BÀI TẬP LỚN MÔN TƯƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ Những đặc trưng của sét điện trường liên quan đến lỗi đường truyền vào mùa đông

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Viện Điện Tử Viễn Thông
====o0o====
BÀI TẬP LỚN
MÔN TƯƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ
Đề tài:
Những đặc trưng của sét điện trường liên quan
đến lỗi đường truyền vào mùa đông
Giáo viên hướng dẫn : PGS.TS Đào Ngọc Chiến
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Thành Trung
Lớp : 11BKTTT1

Hà Nội, 01/2012
1
Những đặc trưng của sét điện trường liên quan
đến lỗi đường truyền vào mùa đông
Tóm tắt: Trong bài báo này, dạng sóng của chớp điện trường liên quan đến
lỗi đường dây truyền tải điện năng đáng chú ý trong mùa đông dọc theo bờ biển của
Nhật Bản đã được khảo sát. Hầu hết các dạng sóng của những thay đổi điện từ
trường được quan sát, nhiều hơn năm lần so với mức giảm trung bình của các quan
sát trước đó, được suy ra từ các trường hợp phóng sét. Phóng sét được đưa ra như
đặc trưng dạng sóng được gọi là chớp sáng từ đất tới mây, và đặc trưng liên quan
đến lĩnh vực trường điện từ được khảo sát. Những tia sét vào mùa đông xảy ra xung
quanh bờ biển của Biển Nhật Bản theo nhiều cách khác nhau tùy thuộc vào sự phân
cực của chúng.
I. GIỚI THIỆU
Sét vào mùa đông trong khu vực Hokuriku của Nhật Bản, dọc theo bờ biển
của Biển Nhật Bản, được biết đến rộng rãi do tính chất nguy hiểm của nó đến thiết
bị điện. Lỗi nghiêm trọng trong đường dây truyền tải điện và thường xuyên gây
thiệt hại cho các tua-bin gió do sét trong khu vực này thường xuyên xảy ra mặc dù
đó chỉ là những tia sét nhỏ trong mùa đông.

Lỗi đường truyền tải ít khi bị gây ra bởi sự tấn công gián tiếp của sét. Sét
phóng trực tiếp từ mây đến mặt đất (CG) trên đường dây tải điện, được dẫn trước là
các dây dẫn xuống, có thể gây ra thất bại trong việc che chắn hoặc đánh thủng lớp
cách điện của bề mặt sau. Sự thất bại trong che chắn xảy ra khi lá chắn kim loại
không thể chặn một vật dẫn xuống, mà cuối cùng chấm dứt một dây pha của đường
dây truyền tải. Trong trường hợp thất bại trong việc che chắn, độ mạnh của sét hiện
tại liên kết với nó cũng có giới hạn, và do vậy, khó có thể gây ra nhiều lỗi. Sự
phóng điện trở lại xảy ra khi tia sét kết hợp với 1 dòng điện cao thế đánh trúng lá
chắn kim loại hoặc trạm truyền tải. Trong trường hợp này, điện áp của các nhánh có
thể tăng cao đủ để phá vỡ sự cách ly giữa một dây pha và 1 nhánh. Nếu dòng sét
cao thế rất cao, nó có thể gây ra rò điện nhiều dòng.
Đường dây tải điện ở Nhật Bản thường là mạch kép được trang bị dây che
chắn. Theo số liệu thống kê các lỗi sét của mạch kép 500 kV ở Nhật Bản, tỷ lệ thất
bại liên quan đến tia sét trong khu vực bão vào mùa đông từ tháng 11 tới tháng 3
cao gấp đôi so với giai đoạn từ tháng tháng tư tới tháng mười. Số mạch kép thiếu
khoảng một nửa trong mùa đông, trong khi mùa hè chỉ là 15% trong cùng một khu
vực. Lý do cho tỷ lệ lỗi mạch kép cao bất thường vào mùa đông trong một khu vực
cụ thể, gấp tám lần so với mùa hè, là một câu hỏi khó có lời đáp. Sau đó, chụp ảnh
bằng chứng cho thấy rằng sự thiếu mạch kép của đường dây 500 kV là do sự phóng
điện trở lại. Quan sát ảnh cũng tiết lộ rằng hầu hết sét đánh vào đường truyền tải
trong mùa đông được bắt đầu bởi các vật dẫn hướng lên từ các trạm truyền tải.
Các tác giả đã quan sát những thay đổi điện trường liên quan tới sự sét phóng
ra trên đồng bằng Fukui trong khu vực Hokuriku. So sánh với các ghi chép lỗi
đường truyền tải được đặt giờ GPS với xung điện từ (LEMPs) xảy ra đồng thời cho
thấy sự tồn tại của sét phóng lên, đủ mạnh để gây ra lỗi đường dây truyền tải, phóng
ra từ các trạm truyền tải.
Bài viết này báo cáo về các thuộc tính của LEMP, được suy ra là có liên
quan đến năng lượng sét phóng lên được quan sát xung quanh bờ biển của Biển
2
Nhật Bản vào mùa đông, đã được nghiên cứu bằng cách sử dụng dữ liệu từ một hệ

thống định vị sét (LLS) và một mạng lưới các trạm quan sát điện trường trên đồng
bằng Fukui.
Trong bài báo này, quy ước dấu hiệu điện khí quyển được sử dụng. Sự thay
đổi điện trường mang điện tích dương tương đương với việc thêm vào một vật mang
điện tích dương. Sự phóng điện trở lại mang điện tích âm, sẽ hút điện tích các đám
mây, và sẽ tạo ra 1 LEMP dương. Trong bài báo này, sét phóng ra tạo nên 1 LEMP
dương được gọi là sét phóng ra mang điện tích âm, và ngược lại.
II. THIẾT BỊ ĐO ĐẠC, DỮ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
Mạng lưới quan sát trên đồng bằng Fukui bao gồm tám trạm với khoảng cách
5 km. Có 5 ăng-ten nhanh (FAS) và 8 ăng-ten chậm (SA). Sự thay đổi điện trường
nhanh chóng được quan sát bởi một thiết bị gọi là FA, là một thiết bị để quan sát
những thay đổi điện trường trên một dải tần số rộng bằng cách sử dụng 1 ăng-ten
điện dung. Tần số của nó thường từ tần số rất thấp (VLF) tới tần số trung bình
(MF). Sự thay đổi điện trường gần như là tĩnh được quan sát bởi 1 thiết bị gọi là
SA, đó cũng là một ăng-ten điện dung. FA và SA được dùng có tần số tương ứng từ
0,32 kHz đến 1,2 MHz, và từ 0,02 Hz đến 70 kHz. Tỷ lệ mẫu cho đầu ra của FA và
SA tương ứng là 0,358 và 50 µs. Cái sau hạn chế tần số trên của các dữ liệu được
ghi lại từ SA đến 10 kHz. Hệ thống quan sát được kích hoạt bởi tín hiệu từ một FA.
Các sự kiện phóng sét liên quan tới các lỗi đường dây truyền tải đáng chú ý trong
vòng 90 km của mạng lưới quan sát đã được kiểm tra chi tiết. Có tổng cộng là 53 sự
kiện như vậy trong khoản thời gian từ năm 1998 đến năm 2007. Trong tất cả các lỗi
đã được điều tra, lỗi của đường dây 77 - và 154 kV là lỗi đa dòng. Trong dữ liệu
của đường dây 275 và 500 kV, có 1 lỗi đơn dòng. Tất cả các đường dây truyền tải
được điều tra là dây mạch kép.
Một số đường dây truyền tải được trang bị với một hệ thống chuyển tiếp tính
giờ theo giờ GPS, và 6 dữ liệu trong số 53 lỗi là của các đường dây đó. Thời gian
được ghi lại bằng hệ thống chuyển tiếp không phải là thời điểm chính xác của các
lỗi đường dây. Tuy nhiên, trong tất cả 6 dữ liệu đó, LEMPs cường độ cao đã được
tìm thấy trong vòng 15 phút từ thời gian hoạt động chuyển tiếp được ghi lại. Phạm
vi bình thường của những LEMPs này là vài chục vôn trên mét trong vòng 100 km,

cường độ cao hơn nhiều so với mức trung bình của sự phóng điện trở lại đầu tiên
mang điện tích ấm, 5-6 V/m. Trong 6 dữ liệu này, không có LEMPs có biên độ
phạm vi bình thường ở cấp độ 5 V/m được tìm thấy trong vòng vài chục phần nghìn
giây từ thời gian hoạt động chuyển tiếp, ngoại trừ LEMP cường độ mạnh.
Tại số 47 sự kiện lỗi truyền tải khác vào mùa đông được sử dụng để phân
tích, độ phân giải của thời gian hoạt động của các rơle là 1s. Vào mùa đông, tỷ lệ tai
chớp là quá thấp mà nó khá dễ dàng để xác định tia chớp có thể được kết hợp với
một lỗi truyền dẫn. FAs ghi lại thay đổi điện trường trong khoảng 0,8s mà không bị
gián đoạn, và LEMP cường độ cao nhất trong quá trình tia chớp được phân tích. Trừ
1 đến 3 dạng sóng trở lại mang điện cực dương, thì không dạng sóng trở lại nào
được tìm thấy trong số 53 hồ sơ thay đổi điện trường. LLS định vị khoảng 80%
trong số đó trong phạm vi vài km từ trạm truyền dẫn nơi các dấu viết của lỗi được
xác nhận. Bằng việc công nhận nguồn gốc của một LEMP cường độ cao như là
điểm lỗi của đường dây truyền tải, phạm vi bình thường của các LEMP được xác
định bằng V/m trong 100 km.
3
Các lý thuyết về dự toán dòng sét gây ra các lỗi đường dây truyền tải bởi lớp
cách điện ở bề mặt sau được thiết lập. Sét cao thế tối thiểu gây ra lỗi đơn dòng trên
một đường truyền dẫn mạch kép 500 kV được tính là 76 kA, và gây ra lỗi đường
dây mạch kép 113 kA, đối với các dòng có thời gian tăng 2 µs. Dạng sóng thử
nghiệm hiện tại là tiêu chuẩn của Nhật Bản trong việc thiết kế đường dây truyền tải,
và nếu tăng thời gian của tia sét tăng, dòng cao thế cần thiết để gây ra lỗi đường dây
cũng tăng. Từ nền tảng này, nó gần như chắc chắn rằng sét phóng ra, gây nên 53
LEMP có biên độ bình thường từ vài chục V/m, xen vào các dòng cao hơn khoảng
70 kA trong các dòng cao thế đó vào các trạm truyền dẫn.
III. ĐẶC ĐIỂM CỦA SÉT PHÓNG RA TỪ MẶT ĐẤT ĐẾN ĐÁM MÂY
(GC) MANG ĐIỆN TÍCH ÂM
Trong số 53 dạng sóng điện trường kết hợp với các lỗi đường truyền, 21
dạng sóng có cùng một phân cực ban đầu là dạng sóng trở lại mang điện tích âm.
Tất cả 21 dạng sóng này có tính năng tương tự như được hiển thị trong hình. 1(a) và

(b), cụ thể là: 1) xung hẹp đầu tiên không có xung điện trước; 2) xung điện đầu tiên
theo sau đó theo sau bởi một xung hẹp biên độ tương tự trong phân cực ngược lại,
và 3) không có dấu hiệu của chuyển tiếp chậm trước/nhanh được công nhận ở phần
gia tăng của xung đầu tiên, và phần gia tăng đó không hiển thị một dạng lõm đều.
Nửa chiều rộng của xung đầu tiên thu hẹp chủ yếu là ít hơn 20 µs, hẹp hơn nhiều
chiều rộng xung của LEMP từ tia trở lại bình thường tầm vài chục micro giây.
Các tính năng trước đó khác biệt với các tia trở lại đầu tiên mang điện tích
âm. Một dạng sóng trở lại đầu tiên mang điện tích âm điển hình được đặc trưng bởi
các xung đầu tiên, đi trước là các xung đơn cực nhỏ liên kết với vật dẫn, như thể
hiện trong hình. 1 (c), mà là từ tia trở lại đầu tiên mang điện tích âm trong mùa hè.
Ngay cả sau khi truyền đi 50 km trên đất, hình dạng lõm và dấu hiệu của sự tồn tại
của quá trình chuyển đội phía trước chậm/nhanh chóng trong phần tăng của xung
chính được công nhận trong hình. 1 (c), không tồn tại trong hình 1(b).
Hồ sơ thay đổi điện trường trong số 21 phóng điện mang điện tích âm liên
quan với các lỗi đường dây truyền tải không bao gồm tia trở lại mang điện tích âm.
Tính đến báo cáo quan sát hình ảnh mà hầu hết các kênh sét gắn liền với trạm
truyền dẫn vào mùa đông đều có nhánh hướng lên, tia sét phóng ra mang điện tích
âm số 21 được coi là khởi đầu của vật dẫn mang điện tích dương đi lên từ các trạm
truyền dẫn. Chúng được thể hiện như các tia GC, trái ngược với các tia CG, đi trước
là các vật dẫn hướng xuống từ các đám mây theo sau bởi các tia trở lại. Trung bình
từ10% -90% thời gian tăng cho 17 dạng sóng GC trong khoảng cách từ 25 tới 75
km là 12,3 µs. Kết quả này lâu hơn nhiều so với giá trị trung bình của các tia trở lại
mang điện tích âm đầu tiên trong mùa hè, là trong vòng 5 µs. Chiều rộng tại một
nửa tối đa (FWHM) của điện cao thế ban đầu cho 17 mẫu giống nhau là được 13,6
µs và thời gian trung bình tổng thể là 53 µs. Sau đó được định nghĩa là thời gian từ
khi các phần đầu tiên của dạng sóng đi qua 10% của biên độ điện tích dương với
thời gian khi các dạng sóng không tới không tới được điện tích âm đi qua 10% của
cao điểm mang điện tích ấm trong quá trình quay trờ về mốc không. Vì vậy, về số
lượng, xung lưỡng cực chính của loại này mang đặc trưng là tăng chậm và xung hẹp
ban đầu mang điện tích dương, so với dạng sóng điển hình từ tia trở lại đầu tiên

mang điện tích âm.
4
Hình 1. Dạng sóng điện trường liên kết với các phóng sét âm được quan sát bởi FA. (a)
Trường dạng sóng liên quan đến lỗi truyền dẫn vào mùa đông. (b) Tương tự như (a) với trục thời
gian mở rộng. (c) Bước sóng âm đầu tiên tiêu vào mùa hè.
5
Xung lưỡng cực “nhỏ” trước xung chính trong hình. 1 (a) thực sự không phải
nhỏ. Biên độ của họ là 5-6 V/m ở 100 km, có thể so sánh với mức trung bình của tia
trở lại đầu tiên mang điện tích âm trong mùa hè. Những xung lưỡng cực được công
nhận ở khoảng 80% trong số 21 dạng sóng. Dạng sóng của chúng không giống như
dạng sóng của các vật dẫn. Các xung trước như vậy dễ dàng kích hoạt các cảm biến
của LLS, dường như để định vị cho tia GC khi LLS khó khăn trong một số trường
hợp.
Hình 2. Ví dụ về một tập hợp các sóng điện trường được ghi lại đồng thời tại các
trạm khác nhau kết hợp với một phóng sét âm GC được quan sát bởi FA.
Các đặc tính của các dạng sóng như hình. 1 (a) rất rõ ràng rằng rất dễ để để
tìm thấy LEMP tương tự giữa các dữ liệu dạng sóng được quan sát trong mùa đông.
Bằng chứng là loại tia sét phóng ra đáng kể đã chuyển điện tích âm từ đám mây
xuống đất được thể hiện trong hình 2. Sự phóng ra này xảy ra trong mạng lưới quan
sát trên đồng bằng Fukui và tất cả các hồ sơ thay đổi điện trường thu được tại các
trạm trong ba hướng quan sát khác nhau từ khi sự phóng ra thể hiện thay đổi điện
tích dương sau các xung lưỡng cực, cho thấy rằng điện tích âm di chuyển từ đám
mây xuống mặt đất. LEMP này không có các xung lưỡng cực nhỏ đi trước.
IV. MÔ HÌNH-GC
Một mô hình sét phóng ra tạo nên một dạng sóng lưỡng cực đơn giản được
đề xuất trong. Điều này được dựa trên kịch bản tương tự như mô tả trong Hình 5,6,
nơi mà một vật dẫn hướng lên từ mặt đất kết hợp với một kênh trong đám mây tích
điện. Một dây dẫn thẳng đứng với mặt đất, mô phỏng các vật dẫn hướng lên từ mặt
đất, được kết nối với một dây dẫn ngắn ngang tích điện tại đỉnh thông qua một vật
chuyển đổi. Điều này là trái ngược với một tia trở lại bình thường, mà nói chung là

mô hình một dây dẫn thẳng đứng tính kết nối với đất tại điểm dưới của nó thông
qua một vật chuyển đổi.
6
Hình 3. Mô hình phóng sét tới (trái) và phản hồi trở lại (phải).
Hình 3 cho thấy các mô hình tính toán của các trường điện từ từ một mô hình
điện. Trong mô hình điện từ, vật chuyển đổi và điện tích trên dây dẫn được thay thế
bởi một nguồn điện áp, và nguồn này được đại diện bởi một dây dẫn nạp. Mô hình
cho một tia GC được hiển thị bên trái, trong đó có một dây dẫn theo chiều thẳng
đứng với mặt đất dài 2 km, như chiều dài của điện tích âm của GC vào mùa đông
được quan sát bởi một tần số rất cao (VHF) lập mảng từ 2 đến 3 km. Mô hình điện
từ ban đầu cho một tia trở lại được hiển thị trên bên phải để so sánh.
Từ số liệu của dạng sóng trường E được quan sát bởi mạng lưới FA như hình.
2, 3-D vị trí của điểm nguồn tạo ra các dạng sóng lưỡng cực có thể bằng cách sử
dụng kỹ thuật thời gian đến (TOA). Một số liệu cho tia GC trong mạng lưới xảy ra
vào ngày 04 tháng 1 năm 2002, và nó bao gồm năm dữ liệu FA, tạo nên chiều cao
của nguồn sản sinh ra điện cao thế đầu tiên của dạng sóng lưỡng cực 3,5 ± 1 km.
Quan sát này hỗ trợ các mô hình đề xuất của GC rằng việc chuyển đổi xảy ra ở độ
cao.
Hình 4. Đo lường điện trường ở mức 100 km, tương tự như các trường sóng – GC.
Tốc độ truyền của một sóng trên nguồn sét mô hình được thiết lập khoảng
130 m/µs. Chiều dài của dây dẫn ngang là 0,25 km, tính đến độ ngắn (trung bình
0,2 ms) thời gian quan sát của bức xạ VHF trước xung chính của GC. Các nguồn
điện áp tạo ra một dạng sóng điện áp tương ứng với việc chuyển đổi giữa hai vật
dẫn và hình dạng của việc phân bố điện tích dọc theo dây dẫn dọc. Một dạng sóng
điện áp tăng lên trong khoảng 20 µs và từ từ phân rã được tiến hành.
Hình 4 cho thấy dạng sóng điện trường ở 100 km từ nguồn sét được tính toán
về số lượng với sự giúp đỡ của mã điện từ bằng số (NEC) -4, một mã máy tính dựa
7
trên phương pháp khoảnh khắc. Một xung điện trong thời gian ngắn được tạo ra ở
độ cao 2 km bằng cách chuyển đổi giữa 2 nguồn dẫn. Nó truyền xuống nguồn dọc

và phản xạ 100% ở mặt đất tại thời điểm A trong hình.4.
Xung điện phản ánh đến đầu nguồn tại thời điểm B và tạo ra một xung điện
từ của phân cực đối diện. Cơ chế tạo ra xung thứ hai này tại thời điểm B tương tự
như của "hiệu ứng hình ảnh phản chiếu", mà là kết quả của điều kiện phù hợp ở
cuối phía trên của nguồn. Nó có thể đáng để thêm vào rằng mô hình này cũng tái
tạo các thay đổi điện trường mang điện tích dương (bù trừ) sau khi các xung lưỡng
cực, được nhìn thấy trong hình 2. Trong mô hình này, độ rộng của xung phụ thuộc
vào độ dài của nguồn ngang.
V. ĐẶC ĐIỂM CỦA SÉT GC PHÓNG RA MANG ĐIỆN TÍCH DƯƠNG
Trong số 32 tia sét phóng ra mang điện tích dương gắn với các lỗi truyền
dẫn, chỉ có một đến ba dạng sóng cho thấy dạng sóng trở lại mang điện tích dương
điển hình, được đặc trưng bởi độ từ từ trước khoảng thời gian dài. "Một tới ba" có
nghĩa là việc chậm lại phía trước của hai trong số đó không được trôi chảy như các
dạng sóng khác trong số ba dạng sóng đó. 29 dạng sóng LEMP còn lại, có lẽ không
được tạo nên bởi tia trở lại mang điện tích dương thường xuyên, có thể được phân
thành hai loại, tùy thuộc vào hình dạng của đuôi sóng của các dạng sóng, cụ thể là +
GC-I và + GC-II. Đuôi sóng của các dạng sóng + GC-I cho thấy sự không đi tới
điện tích dương sau khi đạt được điện tích âm cao nhất, như đã thấy trong hình 5
(a). Tổng cộng có 20 dạng sóng trong số 29 LEMP là + GC-I, và 9 dạng sóng còn
lại là + GC-II, cho thấy sự biến đổi phức tạp ở đuôi sóng.
Khác với dạng sóng -GC, trên thực tế, khó có thể tìm thấy sự khác biệt rõ
ràng giữa + GC và dạng sóng trở lại mang điện tích dương. 29 dạng sóng được phân
loại là + GC-I và + GC-II được suy luận là được tạo ra bởi các tia sét phóng ra
hướng lên bởi vì chúng có liên quan tới lỗi truyền dẫn trong mùa đông, và chỉ có
một khác biệt nhỏ từ dạng sóng trở lại mang điện tích dương trên mặt sóng của
xugn điện chính. Nhưng người ta đã xác nhận rằng một tia chớp hướng lên gắn liền
với một trạm phát sóng tạo ra các dạng sóng GC-II + thông qua quan sát đồng thời
hiện tại và qua ảnh. Với -GC và + GC-I, cho tới nay vẫn chưa có bằng chứng hình
ảnh cho thấy chúng là sét hướng lên. Trung bình từ 10% đến 90% thời gian tăng lên
cho 12 dạng sóng của + GC-I trong khoảng cách từ 25 đến 75 km là 20

µ
s, lâu hơn
nhiều so với trung bình từ 10% đến 90% thời gian tăng 8,7
µ
s với dạng sóng trở lại
mang điện tích dương quan sát trong mùa đông ở Nhật Bản. Vì vậy, có sự khác biệt
về số lượng trong sự tồn tại của bề mặt sóng. FWHM trung bình của điện cao thế
ban đầu với 12 mẫu tương tự nhau là 42 µs, và tổng thời gian trung bình là 197 µs.
8
Định nghĩa của các thông số thời gian giống như với các dạng sóng -GC. Bảng I
tóm tắt các thông số dạng sóng của -GC và +GC với giá trị trung bình và độ lệch
chuẩn.
Độ rộng xung trung bình và thời gian của dạng sóng +GC-I rộng hơn từ 3
đến 4 lần và dài hơn của –GC; tuy nhiên, các dạng sóng +GC-I cũng có thể được
tạm tái tạo bằng các mô hình của hình 3 bằng cách mở rộng chiều dài của kênh
ngang. Thời gian quan sát dài hơn nhiều của bức xạ VHF trước khi xung chính của
+ GC-I (trung bình 8 ms) chứng minh cho một mô hình như vậy. Việc quan sát bức
xạ VHF ngụ ý rằng sét phóng ra mang điện tích dương bắt đầu trong các đám mây,
và các vật dẫn nối mang điện tích âm rất dài mở rộng hướng lên từ những cấu trúc
cao trên mặt đất hướng xuống các vật dẫn magn điện tích dương. Có thể không có
nhiều khác biệt giữa +CG và +GC trong các cấu trúc tổng thể của các đường phóng
ra trong những đám mây.
VI. TỪ TRƯỜNG
LEMP được quan sát bởi mạng lưới quan sát rất khó để định vị nếu nó ở xa
bên ngoài mạng lưới; tuy nhiên, nếu LEMP đồng thời được định vị bởi LLS, vị trí
ban đầu của nó được biết đến và các dữ liệu có thể được phân tích chi tiết. Bằng
cách này, 274 tia sét phóng ra mang điện tích âm và 216 tia sét phogns ra mang điện
tích dương với điện trường cao tuyệt đối được bình thường hoá cao hơn 18 V/m vào
mùa đông trong khoảng 80 km từ mạng lưới được thu thập. Các giai đoạn tập hơn
các tia phóng ra mang điện tích âm là tháng 12 và tháng 1 từ năm 2001 đến năm

2005, và với các tia phóng ra mang điện tích dương, đó là trong giai đoạn từ tháng
11 năm 2001 đến tháng 1 năm 2002. Phạm vi bình thường hoá điện trường cao tuyệt
đối 18 V/m cao hơn nhiều so với mức trung bình của phạm vi trường cao thế được
bình thường hoá từ các tia đầu tiên mang điện tích âm vào khoản 6 V/m. Phạm vi
bình thường hoá điện trường cao tuyệt đối 18 V/m là điện cao thế tối thiểu giữa các
LEMP xảy ra đồng thời được quan sát với 53 lỗi đường truyền tải vào mùa đông.
9
Bảng

1:
Thông số bước sóng của lưỡng
cực xung được kết hợp với -GC và +
GC
Hình 6. Phân phối của điện trường đạt cao
điểm sét từ phóng sét âm ước tính trong
mùa đông được quan sát bởi FA và LLS.
Dạng sóng -GC được xác
định rõ ràng. Hình 6 cho thấy sự
phân phối thường xuyên trong phạm
vi trường cao thế được bình thường
hoá của ba nhóm tia phóng ra mang
điện tích âm. 274 LEMP được chia
nhỏ ra thành 167-GC và 107 -CG, và
nhóm thứ ba là 21 dạng sóng được
ghi nhận đồng thời với lỗi đường
truyền, mà là tất cả -GC. Rõ ràng là
tia -GC có sự phân bố cường độ
khác nhau từ các tia trở lại đầu tiên
mang điện tích âm (-CG). Ngoài ra,
ngay cả số lượng các tia -GC lớn

hơn so với -CG trong phạm vi điện
cao thế hơn 30 V/m ở 100 km. Vì
vậy, trong phạm vi hiện tại, các tia
10
Hình 5. Điện trường dạng sóng của tia sét dương liên
quan tới các lỗi đường dây truyền tải trong mùa đông
được quan sát bởi FA. (a) Ví dụ về một + GC-I Bước
sóng. (b) Ví dụ về một dạng sóng + GC-II. (c) Ví dụ về
một dạng sóng phản hồi sóng dương.
phóng lên ảnh hưởng đến tần số phân bổ của dòng sét cao thế được quan sát bởi
LLS, mặc dù chỉ trong một mùa nhất định và 1 khu vực nhất định.
Cường độ trung bình của phạm vi bình thường hoá của 21-GC liên quan với
các lỗi đường truyền tải là 70 V/m, và với 29 +GC và
3 +CG là -62 V/m.
VII. PHÂN PHỐI KHÔNG GIAN
Hình 7 cho thấy các đường bờ biển và đường
viền của địa hình và vị trí của khoảng 5800 tia mang dòng âm được dò bởi LLS trên
toàn mạng lưới quan trắc trong suốt tháng 12 năm 2001 và tháng 1 năm 2002.
Hình 7. Phân phối các phóng sét âm
được phát hiện bởi LLS xung quanh khu vực
Fukui vào mùa đông.
Mạng lưới trường quan sát được đặt
xung quanh gốc (0, 0), và nửa bên trái
của khu vực hiển thị là biển. Khoảng
1000 dòng trong 5800 dòng âm được
coi như là dòng được phóng bởi LLS
trong mây và khoảng 20% dòng –GC
được bao gồm trong đó. Trong khi đó,
4800 dòng còn lại được coi như là
dòng CG, có thể chứa khoảng 1400

dòng trong đám may. Hiệu quả phát
hiện của LLS là đồng nhất trên toàn
khu vực này quan sát.
Hình 8. Không gian phân phối của
phóng sét dương vào mùa đông. (a)
Phóng sét âm. (b) Phóng sét dương.
Mật độ phóng sét âm trong
khoảng 30 km từ bờ biển cao gấp đôi
vùng biển xa bờ. Trong khu vực nội
địa cách bờ biển 40 km, mật độ sóng
bất ngờ giảm bất kể địa hình nào. Sự
phân bố không gian của dòng dương
là giống nhau và không được hiển thị.
Từ quan sát này, rõ ràng là có một sự
tương tác giữa đất và khối lượng
không khí qua một vùng biển ấm áp,
liên quan đến việc triển phát triển của
hoạt động tích điện trong các đám
mây vào mùa đông dọc theo bờ biển
Nhật Bản.
Sự phân bố khu vực của phóng
sét, cái mà sinh ra điện trường mạnh
11
hơn mức bình thường là khác với sự
phân bố của Hình 7. Hình 8 cho thấy
sự phân bố không gian của 274 dòng
âm và 213 dòng dương với mức điện
trường có cường độ cao hơn mức
trung bình. Trường sóng được FA ghi
lại rất cần thiết để phân biệt các loại

tia sét, và hiệu quả phát hiện của mạng
lưới quan trắc không thống nhất trên khu vực quan sát bởi vì sự nhạy cảm của FA
trong mạng được thiết lập khá thấp. Diện tích trống ở góc phía tây bắc trong hình 8
là do hiệu quả phát hiện thấp của FA trong mạng lưới quan sát.
Theo hình. 8 (a), gần như tất cả các – GC trên đất liền, trong khi - CG hiện
nay phân phối đồng đều cả trên biển và trên đất liền. Lỗi vị trí của LLS xác định
-GC có xu hướng nhiều so -CG do sự khác biệt trong trường bước sóng. Do đó, một
số –GC đượcLLS xác định nằm trên biển có thể liên quan đến lỗi vị trí và các địa
điểm thật sự của chúng có thể lại là trên đất liền.
Khác với sự phân bố không gian của tia sét mang dòng âm với mức điện
trường có cường độ cao hơn mức bình thường, tia sét mang dòng dương phân phối
điện trên biển tương tự như trên đất liền, như đã thấy trong hình. 8 (b). Mật độ
không gian của tia mang dòng dương trên đất liền giảm nhanh hơn so với dòng
dương do khoảng cách từ bờ biển tăng.
VIII. KẾT LUẬN
Các tính năng của bước sóng điện trường số 53 liên quan tới các tia sét, cái
mà có khả năng gây ra lỗi đường truyền trong mùa đông, được tách ra và sắp xếp
thành bốn loại: một cho các dòng âm và ba cho dòng dương. Tất cả các dòng âm và
khoảng 95% các tia sét gây ra lỗi truyền dẫn dòng vào mùa đông được khắc phục
bởi cáp dẫn chính đi lên từ đường dây truyền tải, và được dẫn vào mạnh cao thế
hiện tại tới các tháp truyền dẫn dẫn tới việc phóng điện trở lại. Một hoặc ba dạng
sóng trong số 53 dữ liệu cho thấy đặc điểm của những dòng dương đi xuống gây ra
bước sóng trở lại.
Những tia sét tạo ra năng lượng đi lên được gọi là dòng GC. Phần gia tăng
của trường sóng dòng GC chậm, và không hiển thị sóng lõm và thẳng phía trước, đó
là các tính năng của bước sóng trở lại bình thường. Đối với dạng sóng + GC,
thường có khó khăn trong việc xác định chúng từ các trường sóng nào. Tuy nhiên,
có sự xác nhận bằng hình ảnh rằng tia sét mang dòng dương đi lên trong mùa đông
từ một tháp vô tuyến được tạo ra trường sóng tương tự như dạng của + GC.
Phạm vi trung bình tuyệt đối của điện trường chuẩn của LEMP, mà được

quan sát đồng thời với các lỗi đường truyền, đã được thấy gấp mười lần mức trung
bình điện trường của bước sóng âm đầu tiên trở lại.
12
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] H. Sugimoto, “Lightning protection against
winter
lightning,” in
Proc.
28th
Int. Conf. Lightning Protection, Kanazawa,
Japan,

Sep.
2006, vol. 1, no. INV-5, pp.
26–32.
[2] S. Yokoyama and Y. Hongo, “Evaluation of characteristics of winter light- ning
and testing results related to lightning protection for wind turbines,” presented at the
29th Int. Conf. Lightning Protection, Uppsala, Sweden, vol. 9c-3, Jun. 2008.
[3] IEEE Guide for Improving the Lightning Performance
of

Transmission
Lines,
IEEE Standard 1243, 1997.
[4] M. Miki, “Observation of current and leader development characteris- tics of
winter lightning,” in Proc. 28th Int. Conf. Lightning Protection, Kanazawa, Japan,
Sep. 2006, vol. 1, no. INV-3, pp. 14–19.
[5] M. Ishii, “Electromagnetic fields associated with
lightning
discharges

in
winter,” in Proc. 28th Int. Conf. Lightning Protection, Kanazawa, Japan, Sep. 2006,
vol. 1, no. INV-4, pp. 20–25.
[6] M. Ishii, M. Saito, F. Fujii, J. Hojo, M. Matsui, N. Itamoto, and K. Shinjo,
“LEMP from
lightning discharges
observed by JLDN,” IEEJ Trans. Power Energy,
vol. 125, no. 8, pp. 765–770, Aug. 2005.
[7] M. Ishii, M. Saito, J. Hojo, and K. Kami, “Location of charges associated with
positive C-G
flashes
in winter,” in Proc. 12th Int. Conf. Atmos. Electr., Versailles,
France, Jun. 2003, pp. 151–154.
[8] C. D. Weidman and E. P. Krider, “Submicrosecond rise times in lightning
return-stroke fields,” Geophys. Res. Lett., vol. 7, pp. 955–958, 1980.
[9] V. A. Rakov and M. A. Uman, Lightning—Physics
and

Effects. Cam
bridge,
U.K.: Cambridge Univ. Press, 2003.
[10] S. Miyazaki, M. Saito, and M. Ishii,
“Reproduction

of
features of
electromagnetic field waveforms associated with upward lightning dis- charge,”
(in Japanese), presented at the 2006 Annu. Meeting of IEE Jpn., Yokohama, Japan,
Mar. 2006, no. 7-30.
[11] Y. Baba and M. Ishii, “Numerical electromagnetic field analysis of light-

ning current in tall structures,” IEEE Trans. Power Del., vol. 16, no. 2, pp. 324–
328,
Apr.

2001.
[12] M. Ishii, M. Saito, and N. Itamoto, “High current upward lightning flashes in
winter,” in Proc. 13th Int. Conf. Atmos. Electr., Beijing, China, Aug. 2007, pp.
321–324.
[13] M. A. Uman, D. K. McLain, and E. P. Krider, “The electromagnetic
radiation from a finite antenna,” Amer. J. Phys., vol. 45, pp. 33–38, 1974.
[14] J. Hojo, M. Ishii, T. Kawamura, F. Suzuki, and R. Funayama, “The fine
structure in the field change produced by positive ground strokes,” J.Geophys.
Res., vol. 90, pp. 6139–6143, 1985.
13