Registracija parametara atmosferskih pra njenja 1 Elektrini parametri

Registracija parametara atmosferskih pra žnjenja 1

Električni parametri l l l l l Osnovni električni parametri su: Amplituda struje groma. Oblik struje groma. Strmina strujnog talasa. Udarna količina elektriciteta: Količina elekticiteta prvog udara: Ukupna količina elektriciteta kompletnog pražnjenja: Toplotni impuls kompletnog pražnjenja: Broj pojedinačnih udara u jednom kompletnom pražnjenju 2

Vremenski oblik negativnog strujnog talasa prvog udara 3

Parametri strmine §I 10 – struja od 10% od prvog maksimuma Imax 1 §I 30 - struja od 30% od prvog maksimuma Imax 1 §I 90 – struja od 90% od prvog maksimuma struje Imax 1 §T 10 – vremenski interval između trenutaka kada nastupa I 10 i I 90 §T 30 – vremenski interval između trenutaka kada nastupa I 30 i I 90 §Smax – maksimalna strmina talasa §S 10 – srednja strmina talasa u intervalu T 10: §S 30 - srednja strmina talasa u intervalu T 30: 4

Prostorno-vremenski dijagram razvoja atmosferskog pražnjenja (gore) i vremenski oblik struje (dole) 5

Zakoniraspodeleamplitude struje groma 1) Eksponencijalni zakon raspodele amplitude struje groma dat je u sledećem obliku: a=26. 1 za ravničarske predele sa malim otporom zemlje a=13. 0 za planinske predele P(Im) – verovatnoća da se pojavi struja groma amplitude I veće od Im Im – amplituda struje groma komplement kumulativnog zakona raspodele 6

Zakoniraspodele strmine struje groma §P(s)=e-s/b s=15, 65 za ravničarske predele s=7, 8 za planinkse predele 7

Eksponencijalni zakon raspodele amplituda i strmina struje groma 8

Brojnevrednosti srednjih amplituda i strmina struja 9

2) Logaritamsko normalna raspodela amplitude strmine struje groma 10

Parametri raspodele količine elektriciteta prvog pražnjenja i kompletnog pražnjenja 11

Parametri oplotn t og impulsa struje groma 12

Verovatnoća pojavlјivanja pražnjenja sa većim brojem udara od broja udara n 13

Meteorolo ški parametri l Keraunički nivo Td l Gustina pražnjenja (Dnevna, Godišnja) l Ng=0, 04 Td 1. 25 14

Meteorološki parametri koji se odnose na nadzemne vodove l Godišnji broj udara u vod na 100 km 3 H 3 H 15

Godišnji broj udara na 100 km voda N 100 km god=3 x 2 x H x Ng 16

Izgled inovirane izokerauničke karte Srbije prema podacimaza 2013. godinu * podaci za KIM nisu poznati 17

Godišnja gustina pražnjenja na području Srbije za 2013. godinu * podaci za KIM nisu poznati 18

Prosečna vrednost godišnje gustine pražnjenja na području Srbije u periodu od 1. 1. 2010 do 10. 12. 2014 (4 godine) je iznosila: • za severni deo Srbije - 2, 34/ km 2/god. • za centralni deo Srbije - 1, 53/ km 2/god. • za južni deo Srbije - 0, 78/ km 2/god. • za celu regiju Srbije - 1, 55/ km 2/god. 19

Godišnja gustina pražnjenja u svetu 20

Tehnike iuređaji za registraciju atmosferskog pražnje nja Tehnike koje se koriste za praćenje i registraciju atmosferskih pražnjenja su: - Direktna merenja struja atmosferskih pražnjenja - Metode merenja električnog i magnetskog polјa - Optičke metode Uređaji koji se koriste za određivanje parametara atmosferskih pražnjenja se prema funkciji dele na: - Brojače atmosferskih pražnjenja Lokatore atmosferskih pražnjenja Registratore amplituda struja atmosferskih pražnjenja Registratore talasnih oblika struje atmosferskih pražnjenja 21

Direktna merenja struja atmosferskih pražnjenja 1) Šantovi za merenje velikih udarnih struja 2) Pojas Rogovskog 3) Fiberoptički uređaj za merenje struje atmosferskog pražnjenja - FOICS (Fibre Optic Impulse Current Sensor) 22

Šantovi za merenje velikih udarnih struja Svodi se na merenje pada napona na poznatoj otpornosti Potrebno je da: - otpornik bude bez induktivnosti, - nema znatnih promena otpornosti usled skin efekta, - vrednost otpornosti nezavisna od veličine i oblika primenjenog napona odnosno struje - vrednost otpornosti se ne menja sa temperaturom Postojanje induktivnosti unosi najveću grešku - l

Šantovi za merenje velikih udarnih struja Prave se od snopa bifilarno motanih Za struje većih amplituda i većih otpornih žica strmina primenjuju se koaksijalni šantovi

Pojas Rogovskog Namotaj u vidu torusa koji obuhvata provodnik u kome treba izmeriti udarnustruju l

Fiberoptički uređaj za merenje struje atmosferskog pražnjenja FOICS (Fibre Optic Impulse Current Sensor) 26

Faradejev efekati princip rada optoelektronskog ure đaja 27

Konstrukcija merne glave a) b) 28

Odziv na šantu za udarnu struju različite amplitude i oblika 8/20 s 29

Odziv na FOICS-u za udarnu struju različite amplitude i oblika 8/20 s 30

Poređenje odziva na šantu i FOICS-u za udarnu struju amplitude 5. 5 k. A i oblika 8/20 s 31

Registratori amplitude struje atmosferskog pražnjenja -Snimanje pada napona na bezinduktivnom otporniku male otpronosti kroz koji protiče struja atmosferskog pražnjenja, -Osciloskop O 3 služi za merenje prvog strujnog udara, O 2 za snimanje struje kompletnog pražnjenja i vremenskog razmaka između uzastopnih udara

Registratori amplitude struje atmosferskog pražnjenja - Snimanje struje na sekundaru specijalnog mernog strujnog visokofrekventnog transformatora. Za snimanje brzopromenlјivih struja velikog intenziteta koriste se specijalni merni transformatori sa jezgrom od ferita ili bez feromagnetskog jezgra. Merenje se vrši na tornju koji je izložen atmosferskim pražnjenjima. Toranj je postavlјen na izolacione ploče kako bi merna struja proticala kroz provodnik (primarni namotaj transformatora) koji se vodi kroz otvor mernog transformatora. 33

Brojač atmosferskog pražnjenja Određuje gustinu pražnjenja na određenom području - Radi na detektovanju naglih promena električnog polja koje nastaje usled atmosferskog pražnjenja - Karakteristika delovanja brojača atmosferskih pražnjenja u zemlju

Efektivni poluprečnik dejstva brojača pražnjenja Ukupan broj reagovanja brojača se l određuje na osnovu slike

l

Prednosti i nedostacirojač b a atmosferskog pražnjenja Osnovne mane brojača: - Daje samo jedan pokazatelј grmlјavinske aktivnosti (gustinu pražnjenja) - Za dobijanje pouzdanih podataka je potrebno dugotrajno registrovanje - Potrebno je formirati mrežu brojača sa ciljem prekrivanja posmatrane teritorije Pozitivne osobine brojača: - Relativna jednostavnost i niska cena uređaja - Pogodno je koristiti ga kao dopunsko registraciono sredstvo 37

Lokatori atmosferskih pražnjenja l

Uređaji koji rade na principu određivanja pravca magnetnog i električnog polјa -Ovaj sistem se sastoji od dve ortogonalne omčaste antene u kojima se indukuju elektromotorne sile: -U slučaju atmosferskog pražnjenja svaka stanica za detekciju pražnjenja šalјe podatke centralnom računaru. Sve stanice moraju imati sinhronizovane časovnike. U preseku pravaca Ѕ1, Ѕ2 i Ѕ3 je mesto udara groma. 39

l Pražnjenja između oblaka proizvode nisko-frekvencijsko (LF, 30 -300 k. Hz) i visoko-frekvencijsko (VHF, 30 -300 MHz) polјe, dok pražnjenja između oblaka i zemlje proizvode niskofrekvencijsko polje. Šematski prikaz zračenja prilikom atmosferskog pražnjenja između dva oblaka ili oblaka i zemlje 40

Uređaji koji rade na principu merenja kašnjenja signala od različitih mernih tačaka Stanice moraju da formiraju dovolјno gustu mrežu da bi uvek barem dve stanice registrovale jedno atmosfersko pražnjenje. Mesto udara groma je presečna tačka tri hiperbole. Mesto udara groma u presečnoj tački tri hiperbole 41

Lokatori atmosferskih pražnjenja Parametri koji se mogu dobiti upotrebom LLS-a (Lightning Location System) su gustina pražnjenja, gustina udara, maksimum struje groma, broj uzastopnih udara jednog pražnjenja. Metode koje se koriste za lokaciju udara su MDF metoda (Magnetic Direction Finding) azimutna metoda ili metoda tragača pravca , TOA metoda (Time of Arrival) - vremenska metoda ili sistem vremena pristizanja i kombinacija ove dve metode - hibridna metoda ili IMPACT tehnologija (TOA-MDF implementacija). Za klasifikaciju tipova pražnjenja koristi se vreme od maksimuma do nule ( PTZ – Peak to Zero). Talasi koji imaju malo PTZ vreme su pražnjenja unutar oblaka. Pošto su negativna pražnjenja gotovo uvek sačinjena od više uzastopnih udara vrši se grupisanje detektovanih udara u jedno kompletno pražnjenje. Jedan od načina koji se koristi jeste primenom određenog poluprečnika (najčešće 10 km) unutar kojeg se svi udari u određenom vremenskom razmaku grupišu u jedno kompletno pražnjenje. 42

Sistemi za detekciju atmosferskih pražnjenja l l l Verovatnoća detekcije (Detection Efficiency – DE) je definisana kao procenat pražnjenja bilo kog tipa koji detektuje LLS. Koriste se DEs (verovatnoća detekcije svih udara kompletnog pražnjenja), DEsu ( procenat uzastopnih udara bez prvog udara), kao i DEf koja je jedinstvena u smislu da ukoliko se detektuje bilo koji udar, bilo prvi ili uzastopni registruje se pražnjenje pa je samim tim DEf veća od bilo koje druge verovatnoće. Detektovanje pražnjenja kreće sa elektromagnetnim polјem koje stvara atmosfersko pražnjenje. Maksimum električnog ili magnetnog polјa je približno srazmeran maksimumu struje pražnjenja. Jačina rezultujućeg polјa na lokaciji usamlјenog senzora čime je određena verovatnoća detekcije tog senzora je definisana smanjenjem jačine polјa koja je posledica vertikalnog rasprostiranja kao i gubitaka zbog konačne provodnosti duž kanala groma. Kada oslablјeni signal dođe do usamlјenog senzora on mora da pređe prag detekcije senzora. Verovatnoća da će LLS registrovati pražnjenje jako zavisi od konfiguracija mreže (tipa i položaja senzora kao i metoda detekcije koje se koriste). 43

Sistemi za detekciju atmosferskih pražnjenja Ako je rastojanje mesta pražnjenja manje od D 1 senzor će ući u zasićenje, a ako je to rastojanje veće od D 2 signal će biti predaleko i neće preći prag detekcije senzora. Na slici se vidi kako amplituda struje utiče na ove vrednosti. Najpoznatiji sistemi su: EUCLID, LINET, NLDN, ALDIS, CESI-SIRF 44

EUCLID – (European Cooperation for Lightning Detection) l l l l EUCLID – (European Cooperation for Lightning Detection) je Evropska mreža za lokalizaciju atmosferskih pražnjenja nastala saradnjom i udruživanjem mreža pojedinih zemalja sa ciljem otkrivanja i lociranja atmosferskih pražnjenja sa efikasnom detekcijom i preciznim lociranjem na podrucju čitave Evrope. Sastoji se od 75 senzora, četiri različita tipa (LPATS 3, IMPACT; LPATS-IV, IMPACT-ESP). Zemlje koje su uključene u EUCLID su: Nemačka, Austrija, Mađarska, Češka, Slovenija, Danska, Belgija, Luksemburg, Italija, Poljska, Slovačka, Norveška, Finska, Danska, Švedska i Francuska. Za svaki udar analiziraju se glavni parametri: – vreme udara; – geografski položaj (geografska širina i dužina); – amplituda i polaritet udara; – broj povratnih udara. Podaci dobijeni od svih senzora se sakupljaju u dva središnja pogonska centra, Karlsruhe (Nemačka) i Beč (Austrija), gde se obrađuju istovremeno. Izlazni podaci se zatim šalju prema centralnom serveru, a na kraju se dobije celokupna slika atmosferskih pražnjenja u realnom vremenu. 45

EUCLID – (European Cooperation for Lightning Detection) - Evropska mreža za lokalizaciju atmosferski pražnjenja Lokacije senzora EUCLID mreže 46

EUCLID – (European Cooperation for Lightning Detection) Lokacije senzora EUCLID mreže 47

LINET (Evropski sistem za lociranje atmosferskih pražnjenja) l l Novi Evropski sistem za lociranje atmosferskih pražnjenja (LINET) je razvijen u Nemačkoj, gde je instalirano 30 senzora, a dodatnih 35 senzora je postavljeno u ostalim evropskim državama. Ovaj sistem koristi vrlo niski/niski frekvencijski opseg i otkriva elektromagnetne signale pri atmosferskom pražnjenju pomoću dve međusobno okomito postavljene petljaste antene. Udaljenost između susednih senzora iznosi oko 200 km ili manje. Senzori u ovom sistemu mere gustinu magnetnog toka direktno u zavisnosti od vremena. To svojstvo je korisno za obradu malih signala. Svi signali su obrađeni bez obzira na njihov talasni oblik; to je moguce zbog toga što je razlikovanje između OO i OZ izvršeno pomoću posebno razvijenog 3 D algoritma u centralnoj upravljačkoj jedinici, a ne uz pomoc merenja talasnog oblika u senzorima. Ova 3 D tehnika je jako pouzdana, naročito ukoliko je omogućeno da najmanja udaljenost među senzorima ne prelazi 200 do 250 km. Svojstva LINET sistema: Mogućnost detekcije i lociranja ukupnog atmosferskog pražnjenja (sa jednakom tačnošcu pražnjenja: oblak-oblak (OO) i oblak – zemlja (OZ). Visoka tačnost detektovanja obe vrste pražnjenja sa niskim amplitudama struje. Nova 3 D tehnika za pouzdano razlikovanje OO i OZ pražnjenja. Izveštaj o nadmorskoj visini OO pražnjenja. Postizanje tačnosti lokacije do 100 m. 48

LINET – (Evropski sistem za lociranje atmosferskih pražnjenja) Grmljavinska karta sistema LINET 15. maja 2007. (levo) ; Grmljavinska karta dobijena sistemom LINET (OO: crvene tačkice, OZ: zelene tačkice) (desno) 49

LINET senzorske antene (ortogonalni prsteni) i GPS antene 50

LINET senzorske antene (ortogonalni prsteni) i GPS antene 51

LINET Šema toka podataka u sistemu za praćenje atmosferskih pražnjenja LINET 52

NLDN (National Lightning Detection Network) NLDN - Američka nacionalna mreža za detekciju atmosferskih pražnjenja (National Lightning Detection Network) je započela sa radom pre dvadesetak godina ujedinjavanjem senzora postavljenih u zapadnom i istočnom delu SAD-a. Sastoji se od dve vrste senzora: IMPACT i LPATS – III i prekriva gotovo čitavu površinu SAD-a (oko 20 miliona km 2). l Oni omogućuju detekciju udara struja manjih udara i daju podatke o vremenu nastanka, kao i o smeru kretanja elektromagnetskog talasa. Ispitivanje tačnosti ovog sistema je napravljeno pomoću međusobnog poređenja sa sistemm CGLSS koji se nalazi u NASA-i. Iz tog poređenja se dobilo da je srednja greška lociranja atmosferskih pražnjenja sistema NLDN oko 0, 6 km. l 53

NLDN (National Lightning Detection Network) NLDN karta senzora 54

ALDIS (Austrian Lightning Detection & Information System) Austrijski sistem ALDIS(Austrian Lightning Detection & Information System) je utemeljen 1991. godine kao projekat saradnje OVE-a (Austrijskog elektrotehničkog društva) i Verbunda – vodećeg isporučitelja električne energije. Sistem ALDIS je mreža od osam IMPACT senzora. Korišćeni senzori imaju sposobnost otkrivanja atmosferskih pražnjenja u dometu od 400 km. Najćešće će udar groma biti otkriven od najmanje 4 senzora, pa se na taj način postiže tačnost mesta udara sa greškom manjom od 1 km. l Unutar austrijske teritorije svake godine se registruje od 100000 do 220000 udara. Prostorna gustina udara u Austriji varira od manje od jednog udara po km 2 do više od 6 udara po km 2 godišnje. l 55

ALDIS (Austrian Lightning Detection & Information System) Sistem ALDIS Godišnja gustina pražnjenja na području Austrije dobijena sistemom ALDIS 56

CESI – SIRF(Sistema Italiano Rilevamento Fulmini ) l Sistem lokalizacije atmosferskih pražnjenja instaliran na italijanskom području od kraja 1994. godine i vođen je u institutu CESI u Milanu pod nazivom „Sistema Italiano Rilevamento Fulmini“, a poznat je pod skrćenicom CESI – SIRF. Italijani su se odlučili za korišćenje američke hibridne tehnologije sa senzorima baziranim na tehnologiji IMPACT koja kombinuje svojstva DF (Detection finder) i TOA (Time of Arrival) metoda za lociranje munja. Vremenski signal svake antene sinhronizovan je GPS-om. Srednja tačnost sistema je oko 500 m. Mrežu čini 16 senzora koji se nalaze u Italiji i 7 senzora u graničnim područjima Francuske, Švajcarske i Austrije. 57

CESI – SIRF (Sistema Italiano Rilevamento Fulmini) Raspored senzora IMPACT u Italiji i susednim zemljama 58

SCALAR (Slovenski Centar za Avtomatsko Lokalizacijo Atmosferskih Razelekritev ) l U projektu stvaranja prvog sistema za lokalizaciju munja u Sloveniji su se 1996. godine udružili Elektroinštitut Milan Vidmar (EIMV) i Elektro Slovenija (ELES). Sistem je pušten u pogon 1997. godine uz pomoć finskog meteorološkog instituta koji je doprineo softverom analizatora položaja. Pocetkom juna 1998. godine su puštena u pogon dva LPATS III senzora koji su bili potpomognuti sa 8 senzora iz ALDIS sistema. Ovaj sistem je nazvan SCALAR (Slovenski Centar za Avtomatsko Lokalizacijo Atmosferskih Razelekritev). 59

SCALAR (Slovenski Centar za Avtomatsko Lokalizacijo Atmosferskih Razelekritev Lokacije senzora u sistemu SCALAR Senzor u sistemu SCALAR 60