Show simple item record

Electrodynamic processes in the lightning channel taking into account the influence of current reflections

dc.contributor.advisorŽivanić, Jeroslav
dc.contributor.otherCvetić, Jovan
dc.contributor.otherMitrović, Nebojša
dc.contributor.otherMilovanović, Alenka
dc.creatorTaušanović, Milica
dc.date.accessioned2016-10-22T10:06:25Z
dc.date.available2016-10-22T10:06:25Z
dc.date.issued2016-09-22
dc.identifier.urihttp://eteze.kg.ac.rs/application/showtheses?thesesId=4068
dc.identifier.urihttps://fedorakg.kg.ac.rs/fedora/get/o:699/bdef:Content/download
dc.identifier.urihttp://nardus.mpn.gov.rs/123456789/6859
dc.description.abstractTeza se bavi elektrodinamikom kanala atmosferskog pražnjenja oblak-zemlja pri povratnom udaru nastalom posle deponovanja naelektrisanja usled prolaska dart lidera. Analiziran je tzv. negativan povratni udar u kojemu se negativna naelektrisanja (elektroni) iz omotača kanala aktiviraju (odvajaju od molekula) i kreću ka površi zemlje gde se neutralizuju sa pozitivnim naelektrisanjima. U tezi je primenjen generalisani model povratnog udara sa putujućim strujnim izvorom (GTCS) koji predstavlja generalizaciju jedne grupe inženjerskih modela. Ovaj model je odabran iz dva razloga. Sa jedne strane dovoljno jednostavan za inženjersku upotrebu, a sa druge strane omogućava detaljnije izučavanje elektrodinamike kanala u cilju objašnjavanja elektrodinamičkih procesa pri povratnom udaru. Model je proširen uzimanjem u obzir refleksija strujnih impulsa od tla i gornjeg dela kanala kao i slabljenja struje duž jezgra kanala. Sa aspekta fizike plazme kanal atmosferskog pražnjenja predstavlja naglo stvorenu plazmu sa temperaturom od oko 30 000 K u jezgru kanala. Vrednosti nekih parametara ove plazme mogu se dosta grubo procenjeni dok su vrednosti većine potpuno nepoznate. Od interesa je objasniti stabilnost ovakve strukture plazme, jer je laboratorijski generisana cilindrična plazma jako nestabilna. Plazmeni stub se usled samosažimanja (pinch efekat) raspada unutar mikrosekunde (sausage instability) dok je u slučaju atmosferskih pražnjenja plazma stabilna najmanje nekoliko stotina mikrosekundi koliko je potrebno da se završi povratni udar. Često se, posle povratnog udara, detektuje kontinualna struja u kanalu između oblaka i zemlje koja može da se održava i po nekoliko desetina milisekundi odnosno do trenutka kada se generiše novi dart lider. Ovo jasno ukazuje na stabilnost kanala plazme u atmosferskim pražnjenjima. U tezi je korišćen model korona omotača sa dve naelektrisane zone i konstantnom prostornom gustinom naelektrisanja. Funkcija pražnjenja korona omotača potrebna za primenu GTCS modela je izračunata iz merenja veoma bliskog električnog polja. Dobijene su vrednosti poluprečnika korona omotača za obe zone u funkciji vremena kao i njihove brzine konfinacije. Izračunato je podužno naelektrisanje u kanalu i brzina povratnog udara. Obe vrednosti se dobro slažu sa nezavisnim merenjima ovih veličina u drugim studijama što potvrđuje ispravnost kako GTCS modela tako i usvojenog modela korona omotača kanala. Izračunata je provodljivost omotača kanala. Ovaj parametar je od suštinskog značaja za razumevanje elektrodinamičkih procesa tokom povratnog udara, jer pražnjenjem naelektrisanja iz omotača nastaje ukupna radijalna struja u omotaču kanala. Provodljivost jezgra se može indirektno izmeriti merenjem temperature jezgra kanala (spektroskopska merenja). Temperatura omotača je mnogo manja pa su zbog prostorne bliskosti sa jezgrom merenja temperature omotača zasenjena i nepouzdana. Zbog toga je proračun provodljivosti omotača kanala, u ovoj fazi studiranja pojave, jedini način da se izučava elektrodinmika kanala povratnog udara. U poslednjoj glavi disertacija je posvećena izučavanju elektrodinamike kanala atmosferskog pražnjenja u prisustvu refleksija strujnih impulsa od površi zemlje. Pokazano je da refleksije struje jako utiču na elektrodinamiku omotača kanala u blizini tačke udara. Objašnjenja je pojava nekompenzovanog pozitivnog polja izmerenog u eksperimentalnim studijama trigerovanih pražnjenja. Sa jedne strane rezultati potvrđuju nelinearnu zavisnost koeficijenta refleksije od struje u tački udara i postojanje zone proboja u tlu tokom povratnog udara sa strujama preko 15 kA. Sa druge strane, indirektno, potvrđen je validnost koncepta proširenog GTCS modela.sr
dc.description.abstractThe thesis deals with the electrodynamics of the lightning channel of an atmospheric cloud-to-ground discharge during the return stroke, generated after charge is deposited by the dart leader. The so-called negative return stroke is analyzed, in which negative charge in the corona sheath envelope is activated (electrons are detached from molecules) and sent to the ground, where it neutralizes the positive charge at the Earth's surface.The generalized traveling current source return stroke model (GTCS) is applied, which represents a generalization of one type of engineering models. This model has been chosen for two reasons. On one hand, it is simple enough for engineering practice, while on the other it permits a more comprehensive study of the lightning channel electrodynamics during the return stroke. The model is extended by taking into account the reflections of current pulses from the ground and from the upper part of the channel as well as the current attenuation along the channel core. From the standpoint of plasma physics, the lightning channel represents a suddenly created thin plasma column with a temperature of about 30 000 K in the channel core. Values of certain parameters of this plasma can be estimated, albeit rather roughly, whereas the values of most other remain completely unknown. It is of practical interest to explain the stability of this plasma structure, since the cylindrical plasma generated in a laboratory is very unstable. The plasma column in laboratory conditions decays within a microsecond due to the pinch effect (sausage instability), while in the case of a natural atmospheric discharge the plasma channel is stable for at least a few hundred microseconds, the time interval necessary for the return stroke to complete. Moreover, after the return stroke has ceased, a continuous current is often established between the cloud and the ground, for a period of up to a few tens of milliseconds, until a new dart leader is generated. This clearly points to a certain stability of the lightning plasma channel in atmospheric discharges. The thesis implements a two-zone corona sheath model with constant space charge density. The corona sheath discharge function, needed within the GTCS model, is calculated from the measured values of electric field in close proximity to the channel core. Time dependencies are obtained for the radii of both zones of the corona sheath, as well as for the velocities of their boundaries. Linear charge density in the channel and the return stroke velocity are calculated. Both values are in good agreement with independent measurements of the same parameters obtained in other studies. This clearly confirms the validity of both the GTCS model and the adopted corona sheath model. Finally, corona sheath conductivity is calculated. This parameter is essential for the understanding of electrodynamic processes during the return stroke, because it determines the rate of sheath charge depletion that generates the total radial current in the corona sheath. Conductivity of the channel core can be measured indirectly, by means of temperature (spectroscopic) measurements. The temperature of the corona sheath is comparatively much smaller, and due to the proximity of the core, corona temperature measurements are screened by core temperature variations and unreliable. Consequently, at this stage of the study, calculation of channel sheath conductivity is the only way to investigate return stroke channel electrodynamics.en
dc.formatapplication/pdf
dc.languagesr
dc.publisherУниверзитет у Крагујевцу, Факултет техничких наука, Чачакsr
dc.rightsAutorstvo-Nekomercijalno-Bez prerade 3.0 Srbija (CC BY-NC-ND 3.0)
dc.sourceУниверзитет у Крагујевцуsr
dc.subjectatmosfersko pražnjenjesr
dc.subjectatmospheric dischargeen
dc.subjectlightning return strokeen
dc.subjectsuddenly created plasmaen
dc.subjectconductivityen
dc.subjectcoefficient of reflectionen
dc.subjectsurge ground impedanceen
dc.subjectpovratni udarsr
dc.subjectnaglo stvorena plazmasr
dc.subjectprovodljivostsr
dc.subjectkoeficijent refleksijesr
dc.subjectimpulsna otpornost uzemljenjasr
dc.titleElektrodinamički procesi u kanalu pri atmosferskom pražnjenju sa uticajem strujne refleksijesr
dc.titleElectrodynamic processes in the lightning channel taking into account the influence of current reflectionsen
dc.typeThesis
dcterms.abstractЖиванић, Јерослав; Цветић, Јован; Миловановић, Aленка; Митровић, Небојша; Таушановић, Милица.; Електродинамички процеси у каналу при атмосферском пражњењу са утицајем струјне рефлексије; Електродинамички процеси у каналу при атмосферском пражњењу са утицајем струјне рефлексије;


Files in this item

Thumbnail
Thumbnail

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record