Titelaufnahme

Titel
Analysis of the Electric Field of Lightning Discharge in the same and different Channel / von Shahed Hossain Syed Mahmud
Weitere Titel
Analyse der elektrischen Felder von Blitzentladungen in gleichen und unterschiedlichen Kanälen
Verfasser / Verfasserin Syed Mahmud, Shahed Hossain
GutachterGawlik, Wolfgang
ErschienenWien, 2019
Umfang56 Seiten
HochschulschriftTechnische Universität Wien, Diplomarbeit, 2019
Anmerkung
Arbeit an der Bibliothek noch nicht eingelangt - Daten nicht geprueft
SpracheEnglisch
DokumenttypDiplomarbeit
Schlagwörter (DE)Blitzfelder / SCILAB
Schlagwörter (EN)lightning field / SCILAB
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-119947 Persistent Identifier (URN)
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Analysis of the Electric Field of Lightning Discharge in the same and different Channel [2.87 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Das Phänomen „Gewitter und Blitze“ hatte Menschen immer beschäftigt. Neben menschlichem und tierischem Leben gehen auch wirtschaftliche Schäden wie Missernten, Hausund Feuerbrände auf die Rechnung von Blitzen. Die elektromagnetischen Felder, welche von Blitzströmen hervorgerufen werden, erzeugen transiente Fehler in Hochspannungsleitungen und in manchen Fällen führen sie auch zum Ausfall von Hochspannungsnetzen. Aufgrund des großen Umfangs der Kumulonimbus-Wolke von ca. 10 bis 20 km ist es weder leicht, den Einschlagort eines Blitzes genau vorherzusagen, noch die ganze Fläche mit einem Blitzableiter zu schützen. Daher ist es wichtig, die Parameter, die einen Blitzeinschlag bedingen genau zu erforschen. Umso mehr Blitzparameter wir kennen, desto effizienter können wir uns vor Blitzen schützen und das Ausmaß des Schadens verringern. Verschiedene Arten von Blitzen und deren Auftreten zu bestimmten Orten und Jahreszeiten, sowie deren Ursachen, werden von Blitzforschungsinstituten weltweit erforscht. Neben der Blitz-Charakteristik sind auch Faktoren wie Blitzstrom-Parameter, elektrische und elektromagnetische Felder sowie Orte mit hoher Blitzdichte von Forschungsinteresse. Die Untersuchung der Verteilung von Blitzdichten über unterschiedlichen Gebieten (Wohngebiete, Berge, Täler, Wald, Ackerland, etc.) und Blitzschlag an Windturbinen sind ebenso bedeutsam für verschiedenen Anwendungen, wie die Risikoanalyse, Klimaforschung, etc. So hat das Blitzortungssystem ALDIS in Österreich einige Orte mit hoher Blitzdichte aufgedeckt. Außerdem, stellte ALDIS fest, dass Berge und hohe Türme einen Trigger-Effekt für Blitze haben. Nieder gelegene Gebiete weisen hingegen wesentlich geringere Effekte auf. In dieser Masterthesis wird die Hypothese untersucht, dass elektrische Felder von Hauptund Folgeblitzen in dem gleichen Kanal eines negativen Wolke-Erde Blitzes einander mehr ähneln als die Hauptund Folgeblitze vom benachbarten Kanal. Es wurde ein Excel Datenblatt mit elektrischen Felddaten von 74 Blitzen, die insgesamt 319 Hauptund Folgeblitze enthalten, zur Verfügung gestellt. Die Videoaufzeichnungen von diesen Blitzen wurden ebenso bereitgestellt. Das Excel Datenblatt diente der schnellen Orientierung und als Referenz während der Analyse der Blitze. Für die Aufbereitung von Blitzdaten und die Anwendung von statistischen Methoden auf die Blitzdaten wurden Skriptprogramme in der Analysesoftware SCILAB implementiert. Um die Präzession der implementierten Funktionen zu überprüfen, wurden danach die elektrischen Felder der Blitze aus der implementierten Funktion geplottet und mit den, vom DataViewer geplotteten Diagrammen, verglichen. Da die elektrischen Felder mancher Blitze den Kriterien unserer Auswertungsmethodik nicht entsprachen, wurden diese verworfen. Die Felddaten wurden mittels Chi Quadrat und Kreuzkorrelation ausgewertet. Dabei wurden sowohl die Hauptblitze der benachbarten Kanäle desselben Blitzes miteinander als auch die Folgeblitze von benachbarten Kanälen desselben Blitzes miteinander vergleichen. Darüber hinaus wurden die Hauptblitze eines Blitzkanals mit den Folgeblitzen desselben Kanals miteinander und die Folgeblitze desselben Kanals miteinander verglichen. Schließlich wurden Mittelwerte von den Ergebnissen aus Chi Quadrat und Kreuzkorrelation gebildet und mit der Hypothese dieser Diplomarbeit verglichen.

Zusammenfassung (Englisch)

The phenomenon of lightning and thunder has drawn the attention of human beings for billions of years. Besides the loss of human and animal lives, also economic damages like crop failure, house and forest fires are caused by lightning. Further, the electromagnetic field generated by the lightning current frequently causes transient faults and blackouts in power transmission grids. Because of the large horizontal extent of a cumulonimbus cloud, which ranges from 10 to 20 km, it is not easy to predict the striking point precisely and it is not possible to prevent the whole area from being struck by lightning using a lightning rod. The more lightning parameters we understand, the more efficiently we can take precautions against lightning damages. The lightning research institutes all over the world investigate the ratio of cloud to cloud (CC) and cloud to ground (CG) flashes, the dependence of lightning on the season, location and storm type, etc. In addition to the characteristics of different kinds of flashes, other factors that are associated with flashes like lightning current parameters, electric and electromagnetic fields generated by a lightning stroke or spots with high flash density are also of interest. Investigations about the distribution of the lightning density over a large area, lightning strikes in an elevated terrain or to the wind turbine are also significant for several applications like risk analysis, evaluating the performance of lightning detection systems or climate studies. Austrian Lightning Detection and Information System (ALDIS) has discovered spots with significant high flash density in Austria. ALDIS noted that tall objects on mountains have a triggering effect to flashes. Flashes to the tower have significantly higher stroke numbers than flashes to the ground in the vicinity of the tower. In this master thesis, the hypothesis that the electric fields of the first and subsequent strokes of the same channel of a negative CG flash are more similar compared to different channels will be examined. 74 flashes containing 319 strokes in form of binary and video files are provided for the evaluation. These files contain the records of the electric fields and the video of the corresponding strokes. An Excel data sheet containing detailed information about the recorded flashes is provided. This data sheet enables a faster orientation of the flashes and is used as a reference during the analysis of the flashes. For processing and applying statistics to the flashes, scripts in an analysis software called SCILAB are implemented. Subsequently, in order to examine the scripts, the waveforms of each stroke are plotted both, by means of these scripts and by DataViewer. As strokes of some flashes do not coincide with the criteria of the evaluation method, they are discarded and not taken into account in the evaluation. The flashes were evaluated with the help of the chi squares and cross correlation. A comparison between the first stroke versus the first stroke, subsequent versus subsequent strokes of different GSPs of the same flash, the first stroke versus subsequent stroke of the same channel (GPS) and subsequent stroke versus subsequent stroke of the same channel is carried out. Finally, the mean value of the results of the comparisons of these groups are calculated and compared to the hypothesis of this masters thesis.

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