The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers P
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v.57
no.2
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pp.146-152
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2008
The frequency of lightning is increased due to improbable weather condition and global wanning. This phenomenon increases economical damage as well as human damage. Advanced countries like europe and north america have applied the facility standard of lightning by accumulating a store of quantitative data about lightning research. Lightning facility is composed of the lightning accepting part for induction lightning, ground connected electrode which conducts lightning current. The lightning accepting part is composed of normal rod, horizontal conductor, ESE lightning rod. Moreover, lightning accepting part is taken to use by the method of protection. This paper suggests HEC(Hybrid ESE-Conductor) method which mixes horizontal conductor and ESE lightning rod. This is also discovered by experiment that the starting point of corona discharge current is low, so it is efficient for lightning protection comparing with other methods. Moreover, distribution of electric field is analyzed qualitatively by finite element method. It also results in the relation of the starting point of corona discharge current. Corona discharge current makes minute current about some ${\mu}A$ between the electrodes by the strength of electric field. Also it occurs insulation destruction of gas, and it is developed to the shape of streamer by increase of the strength of electric field. We can find that the initial occurrence of streamer and contact probability of lightning can have advantage after researching the starting point of corona discharge current and discharge current of lightning striking point. This research demonstrates that the suggested HEC method is economically competitive as a lightning protection facility, and it takes a capably perfect role.
Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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v.21
no.10
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pp.40-45
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2007
Lightning warning system plays an important role in protecting human life and other facilities from lightning return strokes. This paper dealt with lightning positioning algorithms and circuits as a main function of lightning warning system, which monitor movements and activities of thunderclouds. Electric field component produced by lightning discharge is detected by the configuration of a whip antenna and a narrow-band resonance amplifier with center frequency of 300[kHz]. Measurement circuit of magnetic field waveform consists of a crossed-loop coil and an integral amplifier, and its frequency bandwidth is ranges from 5[kHz] to 1.2[MHz]. The polarity of lightning discharge is discriminated by electric field component. After-fixing the polarity, we can calculate the direction and distance of lightning discharge by the peak and the zero-cross time of magnetic field waveform.
Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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v.28
no.10
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pp.82-88
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2014
This paper presents the results of model tests for the attachment process of lightning leader to ground which is one of poorly understood processes of cloud-to-ground lightning discharges. In order to simulate the attachment process of lightning leader to ground, we investigated the discharge characteristics of air gap between the tip of needle-shaped electrode and the soil surface as a parameter of moisture content in soils when the positive and negative $1.2/50{\mu}s$ lightning impulse voltages are applied. The breakdown voltage and the discharge light were observed. As a result, the attachment processes of lightning leader to ground are strongly dependent on the grain size and the moisture content of soils. The time to breakdown was shortened with increasing the magnitude of incident impulse voltages. The delay time from application of the highest voltage to breakdown in sand is shortened with increasing the moisture content. The delay time from application of the voltage to breakdown in gravel varied from about $0.5{\mu}s$ to several ${\mu}s$. As the moisture content in soil increases, the breakdown voltages are decreased and the breakdown voltage versus time to breakdown curves are shifted toward the lower side. The results obtained in this work are similar to those for non-uniform air gap stressed by lightning impulse voltages.
Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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v.27
no.11
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pp.82-88
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2013
It is important to give lightning warning prior to a cloud-to-ground (CG) discharge within an Area of Concern (AOC) because most of lightning damage and victim are usually occurred by the first lightning in the AOC. The aim of this study is to find the optimal operation conditions of the automated lightning warning systems in order to make the best use of the available data. In this paper, the test-operated results of the automated lightning alert and risk management system (ALARM) based on detections of CG discharge and eletrostatic field and optimized at probability of lightning have been described. It was possible to obtain the following warning performance parameters: probability of detection (POD), false alarm ratio (FAR), probability of lightning (POL) and failure-to-warn rate (FTW). The data obtained from trial operation for 5months were not sufficient but the first analysis of domestic lightning warning was carried out. We have observed that the evaluated statistical results through trial operation depend on the various factors such as analysis methods and criteria, topographical conditions, etc. Also we suggest some methods for improvement of POL and POD including the finding of the optimal electric field threshold level to be used, based on the high values of FAR and FTW found in this work.
Studies have claimed that ESE (Early Streamer Emission) air terminals offer a vastly increased zone of protection over that of traditional lightning rods (Franklin rods) by causing the emission of an upward streamer/leader: The upward streamer/leader will propagate towards the tip of the downward leader at an early stage in the attachment process.. This paper shows the results of a performance evaluation test of a particular type of the ESE air terminal (called "ElecHippo") with a simple rod tested at the Korea Electrotechnology Research Institute (KERI). The corona emission current of the ElecHippo made by Yong-Jin Enterprise Corp. has also been measured at the Occupational Safety & Health Research Institute (OSHRI). The results show that the ElecHippo meets the French standard of NFC 17-102-1995. The results also verify the ESE performance by measuring the ion emission current generated in the discharge electrode gap as a function of the capacitance and inductance of the equipped devices. Finally, we propose a new method for grounding the system to reduce the lightning damage by combining the ESE air terminal, the early discharge earth plate, the lightning strike recorder and the surge protection device.
V-p characteristics and the discharge luminous characteristics in inhomogeneous $SF_6$ gas gap under the positive and negative lightning impulse voltages are presented. The test gap was composed of the plane-to-plane with a needle-shaped protrusion. The applied voltage and the predischarge current were measured by the electric field sensor and the shunt of 50 ${\Omega}$, respectively. The light emission signals were observed by a photomultiplier tube, and a high-speed camera. In a consequence, the dielectric strengths of $SF_6$ gas gap under positive lightning impulse voltages were independent of the gas pressure. In the presence of the positive polarity, the branches of discharge channel were created and the directions of the discharge paths were random. On the other hands, the discharge paths of the negative polarity were more thicker and brighter.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.60
no.11
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pp.2097-2102
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2011
Discharge analysis technique for dielectric liquid was presented by using the Finite Element Analysis (FEA) under a lightning impulse incorporating two-phase flow phenomena which described gas and liquid phases in discharge space. Until now, the response of step voltage has been extensively explored, but that of lightning impulse voltage was rarely viewed in the literature. We, therefore, developed an analyzing technique for dielectric liquid in a tip-sphere electrode stressed by a high electric field. To capture the bubble phase, the Heaviside function was introduced mathematically and the material functions for the ionization, dissociation, recombination, and attachment were defined in liquid and bubble, respectively. By using this numerical setup, the molecular dissociation and ionization mechanisms were tested under low and high electric fields resulted from the lightning impulse voltage of 1.2/50 ${\mu}s$. To verify our numerical results, the velocity of electric field wave was measured and compared to the previous experimental results which can be viewed in many papers. Those results had good agreement with each other.
The response of lightning impulse voltage was explored in dielectric liquids employing hydrodynamic modeling with three charge carriers using the finite element method. To understand the physical behavior of discharge phenomena in dielectric liquids, the response of step voltage has been extensively studied recently using numerical techniques. That of lightning impulse voltage, however, has rarely been investigated in technical literature. Therefore, in this paper, we tested impulse response with a tip-sphere electrode which is explained in IEC standard #60897 in detail. Electric field-dependent molecular ionization is a common term for the breakdown process, so two ionization factors were tested and compared for selecting a suitable coefficient with the lightning impulse voltage. To stabilize our numerical setup, the artificial diffusion technique was adopted, and finer mesh segmentation was generated along with the axial axis. We found that the velocity from the numerical result agrees with that from the experimental result on lightning impulse breakdown testing in the literature.
This study analyzes the results of thunderstorm data observed in the mid-western part of Japan during the winter of 1996-1997. There were 35 instances of thunderstorms with 4,426 instances of lightning detected during the observation period. This study estimates the frequency of lightning occurrence through classification of detected lightning into two types, and analyzes the relationship between lightning types and synoptic pattern. According to the analyzed results, cloud-to-cloud discharge and positive polarity occupied 78% and 42.3% of total discharge, respectively. It is rare for lightning to occur in the winter season, usually occuring during the night (midnight to 5 a.m.). Lightning frequently occurs when there is a prevailing synoptic wind from the norhwest. According to the analyzed results of multiplicity and multi-point lightning, the mean values of multiplicity and multi-point lightning are 1.4 and 1.2, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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