Propagacja piorunowego zaburzenia elektromagnetycznego nad ziemią

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.

Pełny tekst (pdf)

[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.