Propagacja piorunowego zaburzenia elektromagnetycznego nad ziemią

• Autorzy: Gamracki M.

Identyfikatory

DOI

10.7862/re.2015.15

Warianty tytułu

EN

Propagation of lightning electromagnetic disturbance above ground

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wyniki analizy propagacji piorunowego pola elektromagnetycznego nad ziemią. W obliczeniach zastosowano model fali cylindrycznej rozchodzącej się wokół kanału wyładowania. Opisano matematyczne podstawy modelowania zjawiska propagacji piorunowego pola elektromagnetycznego nad ziemią. Przedstawiono podstawowe funkcje służące do wyznaczania składowych pola w dziedzinie częstotliwości dla ziemi traktowanej, jako idealnie przewodząca (odbijająca pole). Do wyznaczenia składowej natężenia pola elektrycznego nad ziemią stratną zastosowano poprawki Rubinstein oraz Cooray-Rubinstein. Dokonano porównania uzyskanych wyników natężenia pola elektrycznego dla wybranych parametrów stratnej ziemi i różnych odległości od kanału wyładowania. Wyniki uzyskane dla przypadku, kiedy ziemia została potraktowana, jako idealnie odbijająca promieniowane porównane zostały do tych z uwzględnieniem poprawek. Obliczeń dokonano dla wybranych parametrów geometrycznych i środowiskowych i dla kilku odległości od kanału wyładowania atmosferycznego. Wyniki analizy zilustrowano na wykresach w postaci charakterystyk czasowych obliczonych sygnałów wyznaczonych za pomocą odwrotnego przekształcenia Fouriera IFFT. W pracy nawiązano także do problemów pojawiających się podczas stosowania pary przekształceń FFT-IFFT dlatego też do obliczań zastosowano zmodyfikowany kształt wejściowego impulsu poddawanego przekształceniu FFT.

EN

The paper presents results the analysis of the propagation of the electromagnetic field of lightning above ground. Calculation was done using a model of the cylindrical wave propagating around the discharge channel. The paper describes also the mathematical basis for modeling the phenomenon of lightning electromagnetic field propagation above the ground. The basic functions for determining the field components in the frequency domain for the perfectly conducting ground (reflecting field) was shown. The horizontal component of the electric field above the lossy ground was compared with Cooray-Rubinstein and Rubinstein approaches. A comparison of the results of the electric field intensity for selected parameters of lossy ground and at various distances from the discharge channel was presented. The results obtained for the case when the soil has been treated as a perfectly reflecting field was compared to those of the approaches. Calculations were performed for selected geometric and environmental parameters and for a few distances from the lightning channel. Results of the analysis are shown on the graphs as calculated time domain characteristics of signals used with the inverse Fourier Transformation IFFT. The study also related to problems when using a pair of transformations FFT-IFFT. Therefore, the calculations were performed using a modified form of the input lightning current pulse subjected to FFT transformation.

Słowa kluczowe

PL

wyładowanie atmosferyczne; prąd piorunowy; pole elektryczne; ziemia stratna; poprawka Rubinstein'a; przekształcenia FFT-IFFT

EN

lightning; lightning current; electric field; lossy ground; Cooray-Rubinstein approach; FFT-IFFT transformation

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Elektrotechnika
• Rocznik: 2015
• Tom: z. 34 [292], nr 2
• Strony: 187--200
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., wykr.

Twórcy

autor

Gamracki M.

• Politechnika Rzeszowska, ul. W. Pola 2

Bibliografia

• [1] Tesche F.M., Ianoz M.V., Karlsson T.: EMC analysis methods and computational models, John Wiley & Sons, Inc., New York, 1997.
• [2] Gamracki M.: Modelowanie matematyczne piorunowych zaburzeń elektromagnetycznych w liniach transmisyjnych, praca doktorska, Politechnika Rzeszowska, Wydział Elektrotechniki i Informatyki, 2004.
• [3] C.A. Nucci at al: Lightning Return Stroke Current Models With Specified Channel-Base Current: A Review and Comparison, Journal of Geophysical Research, vol. 95, 1990, pp. 395-408.
• [4] Rubinstein M.: An Approximate Formula for the Calculation of the Horizontal Electric Fields from Lightning at Close, Intermediate and Long Range, IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, Vol. 38, No. 3, 1996, pp. 531-535.
• [5] Rachidi F. et al.: Influence of a Lossy Ground on Lightning-Induced Voltages on Overhead Lines. IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, Vol. 38, No. 3, 1996, pp. 250-264.
• [6] Haddad M.A., Rakov V.A., Cummer S.A.: New measurements of lightning electric field in Florida: Waveform characteristics, interaction with the ionosphere, and peak current estimates, Journal of Geophysical Research, Vol. 117, 2012, pp. 1-26.
• [7] Bajorek J., Gamracki M., Maslowski G.: Effectiveness of FFT-IFFT transformation during calculation of the electrical pulse under ground surface, Proc. 28th International Conference on Lightning Protection, Kanazawa, Japan, 2006, pp. 501-506.
• [8] Gamracki M.: Modelowanie matematyczne propagacji piorunowego zaburzenia elektromagnetycznego nad ziemią, Przegląd Elektrotechniczny, ISSN 0033-2097, NR 2/2012, s. 23-25.
• [9] Gamracki M.: Modelowanie matematyczne propagacji piorunowego zaburzenia elektromagnetycznego nad stratną ziemią, Przegląd Elektrotechniczny, ISSN 0033-2097, NR. 7/2014, s. 171-174.
• [10] Bajorek J., Gamracki M., Maslowski G.: Modeling of lightning electromagnetic disturbances transmitted into the ground. Proc. XVI International Conference on Electromagnetic Disturbances, Kaunas, Lithuania, (2006), 1132-1137.
• [11] Masłowski G., Gamracki M.: Protection of Structures against LEMP, IEEE Bologna PowerTECH, June 23-26 2003, paper No. 520.
• [12] Karnas G., Masłowski G.: Preliminary measurements and analysis of lightning electric field recorded at the observation station in the South-east part of Poland, Przegląd Elektrotechniczny, ISSN 0033-2097, NR 7/2014, 97-99.
• [13] Karnas G., Wyderka S., Ziemba R., Filik K., Masłowski G.: Analysis of lightning current distribution in lightning protection system and connected installation, Przegląd Elektrotechniczny, ISSN 0033-2097, NR 1/2014, 122-126.