Analysis of the electric field distribution in the parallel-plate capacitor designed for testing the immunity of electrical devices to lightning electromagnetic pulse

• Autorzy: Kossowski Tomasz , Szczupak Paweł

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2024.02.48

Warianty tytułu

PL

Analiza rozkładu pola elektrycznego w kondensatorze płytowym, równoległym przeznaczonym do badania odporności urządzeń elektrycznych na piorunowy impuls elektromagnetyczny

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article verifies the actual voltage distribution inside a 2x2x1m capacitor. It is used to test objects an order of magnitude smaller, e.g.: unmanned aerial vehicles and determine the influence of the electrical component on the resulting surges in the circuits of these devices. The theoretical field distribution for an ideal capacitor is uniform, but for a real one, it can deviate significantly from the assumptions. This is affected by a number of factors, including conductive objects in the immediate vicinity, electrical wiring in walls, or water pipes. This is because each real capacitor has a different distribution of the electric field inside as well as near the ends of its covers. The uniformity of this distribution is therefore significantly altered, and it is necessary to determine in which cross-sectional area it is constant and provides the right conditions for reliable measurements. To determine these parameters, time-varying signals of low (a sinusoidal waveform with a frequency of 50 Hz) and medium frequency (a lightning surge pulse with rise/fall times of 6.4/69 µs) were used. The results of the analysis are presented in this article.

PL

W artykule weryfikowano rzeczywisty rozkład napięcia wewnątrz kondensatora o wymiarach 2x2x1m. Służy do badania obiektów o rząd wielkości mniejszych np. bezzałogowych statków powietrznych i określania wpływu elementu elektrycznego na powstałe przepięcia w obwodach tych urządzeń. Teoretyczny rozkład pola dla idealnego kondensatora jest równomierny, ale dla rzeczywistego może znacznie odbiegać od założeń. Wpływ na to ma wiele czynników, w tym przewodzące obiekty w bezpośrednim sąsiedztwie, przewody elektryczne w ścianach lub rury wodociągowe. Dzieje się tak, ponieważ każdy rzeczywisty kondensator ma inny rozkład pola elektrycznego wewnątrz i na końcach jego osłon. Jednorodność tego rozkładu zostaje zatem znacząco zmieniona i konieczne jest określenie, w jakim obszarze przekroju jest on stały i zapewnia odpowiednie warunki do wiarygodnych pomiarów. Do wyznaczenia tych parametrów wykorzystano zmienne w czasie sygnały o niskiej (przebieg sinusoidalny o częstotliwości 50 Hz) i średniej częstotliwości (impuls udarowy piorunowy o czasach narastania/opadania 6,4/69 µs). Wyniki analizy przedstawiono w tym artykule.

Słowa kluczowe

EN

surge voltage generator; drone’s immunity; lightning discharge; electric field distribution

PL

impuls piorunowy; kondensator płytowy

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2024
• Tom: R. 100, nr 2
• Strony: 232--235
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys.

Twórcy

autor

Kossowski Tomasz

• Politechnika Rzeszowska, Katedra Elektrotechniki i Podstaw Informatyki, ul. Wincentego Pola 2, 35-959 Rzeszów

• https://orcid.org/0000-0001-5420-3629

autor

Szczupak Paweł

• Politechnika Rzeszowska, Katedra Elektrotechniki i Podstaw Informatyki, ul. Wincentego Pola 2, 35-959 Rzeszów

• https://orcid.org/0000-0002-5715-3492

Bibliografia

• [1] Bajorek J., Masłowski G., Barański P. Pola elektryczne pierwszego i kolejnego piorunowego wyładowania głównego zarejestrowane w trakcie burzy, Przegląd Elektrotechniczny, 03/2010
• [2] Masłowski, G. Analysis and Modeling of Lightning Discharges for Overvoltage Protection; Publisher AGH: Kraków, Poland, 2010
• [3] PN-EN 61000-4-5:2014-10. Electromagnetic Compability (EMC)—Part 4–5: Methods of Research and Measurement— Shock Resistance Test
• [4] PN-EN 62305-1:2011. Lightning Protection—Part 1; BSI Standards Publication: London, UK, 2011
• [5] FILIK K., KARNAS G., MASŁOWSKI G., WYDERKA R., ZIEMBA R.; Badania funkcjonalne generatora udarów do prób odporności awioniki, Przegląd Elektrotechniczny, 01/2014
• [6] KISIELEWICZ, T., MAZZETTI, C., PIPARO, G. B. L., KUCA, B., & FLISOWSKI, Z. (2014). Lightning electromagnetic pulse (LEMP) influence on the electrical apparatus protection. Organ, 1, 14.
• [7] Szczupak, P.; Kossowski, T., Response of Drone Electronic Systems to a Standardized Lightning Pulse. Energies 2021
• [8] Kossowski, T., Szczupak, P., Identification of Lightning Overvoltage in Unmanned Aerial Vehicles. Energies, 2022
• [9] Kossowski, T., & Szczupak, P. (2023). Laboratory Tests of the Resistance of an Unmanned Aerial Vehicle to the Normalized near Lightning Electrical Component. Energies, 16(13), 4900.
• [10] RTCA DO-160. Environmental Conditions and Test Procedures for Airborne Equipment; Radio Technical Commission for Aeronautics:Washington, DC, USA, 2010.
• [11]Górecki P. Kondensatory stałe, Elektronika dla Wszystkich cz. 2. 4/1996
• [12]Halliday D., Resnick R., Walker J., Podstawy fizyki, tom 3, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2003.
• [13]Praveen Ranganath (2023). Electric Field of a Parallel Plate capacitor using 2D Poisson Equation (https://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/42773 -electric-field-of-a-parallel-plate-capacitor-using-2d-poissonequation), MATLAB Central File Exchange. Access: May 23, 2023.
• [14] Wawrzynek J. Metody opisu i wnioskowania statystycznego. Wrocław. Wydawnictwo Akademii Ekonomicznej im. Oskara Langego we Wrocławiu, 2007

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2025).