1. Model of lightning-induced voltage on distribution lines
- Author
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Eduardo Antonio Cano Plata, Walter Gustavo Fano, Luis F. Cadavid, Vladimir Henao Céspedes, and COLCIENCIAS, Universidad Nacional de Colombia, Universidad Católica de Manizales, Universidad de Buenos Aires
- Subjects
Physics ,Distribution (mathematics) ,Similarity (geometry) ,Propagación electromagnética ,Telecomunicaciones ,Electromagnetic propagation, Antenna, Lightning, Distribution lines, Electromagnetic fields, Electromagnetic induction, Near – Field ,Line (geometry) ,Mathematical analysis ,Lightning ,Monopole antenna ,Expression (mathematics) ,Ground plane ,Magnetic field - Abstract
In this work the electromagnetic emissions caused by a discharge of a lightning have been modeled, considering the lightning as a short monopole antenna over a perfectly conducting ground plane. By this analogy the radiated electric and magnetic fields are calculated, and then the induced voltage is calculated in a distribution line considered as a short loop. The mathematical expression used for the calculation of the induced voltage was already proposed in a previous work and in the present work is validated by its confrontation in an simulated scenario with two known expressions for the calculation of the induced voltage, one recommended by the IEEE and developed by S. Rusck and another developed by Barbosa. On the basis of the considerations made by Rusck to obtain its expression for the induced voltage, the geometry related to the proposed expression is adapted to make it comparable with Rusck's international reference in the IEEE standard. Later, the dV_ind/dy behaviors of the three expressions in the region of near-field radiation of the lightning were analyzed, determining that the trends (which are hyperbolic) of the proposed expression and that developed by Rusck (internationally standardized in the IEEE 1410 standard) have a great similarity when the radiated fields exceed 20 m, giving validity to the proposed expression., En este trabajo se han modelado las emisiones electromagnéticas ocasionadas por la descarga de un rayo, considerando al rayo como una antena monopolo corto sobre un plano de tierra perfectamente conductor. Mediante esta analogía se calculan los campos eléctricos y magnéticos radiados, y luego se calcula la tensión inducida en una línea de distribución considerada como un lazo corto. La expresión matemática utilizada para el cálculo de la tensión inducida ya fue propuesta en un trabajo previo y en el presente trabajo es validada mediante su confrontación en un escenario simulado con dos expresiones conocidas para el cálculo de la tensión inducida, una recomendada por la IEEE y desarrollada por S. Rusck y otra desarrollada por Barbosa. Sobre la base de las consideraciones realizadas por Rusck para la obtención de su expresión para la tensión inducida, la geometría relacionada con la expresión propuesta es adaptada para hacerla comparable con el referente internacional de Rusck en la norma IEEE. Posteriormente se han analizado los comportamientos dV_ind/dy de las tres expresiones en la región de radiación de campo cercano del rayo, determinando que las tendencias (las cuales son de carácter hiperbólico) de la expresión propuesta y la desarrollada por Rusck (estandarizada a nivel internacional en la norma IEEE 1410) presentan una gran similitud cuando los campos radiados sobrepasan los 20 m, dando validez a la expresión propuesta.
- Published
- 2017