Analytical expressions for current share in lightning protection systems

Abstract

In the present paper a circuit model is proposed, and validated, to simulate a Lightning Protection System (LPS) in which the distances berween the down-conductors and berween the successive horizontal interconnecting rings are varied within a wide range of values. By the systematic application of the circuit model, solved by numerical methods, approximated expressions of current share functions are deduced. By means of such functions it is possible to identify how the lightning current is subdivided among the different conductors of an LPS with varying both the geometric configuration of the system and the typology of the grounding system. The share functions are validated by a series of experimental tests carried out on a real system placed on a building for its protection.

Cálculo del Campo Magnético en el Interior de Edificaciones con Sistemas de Protección Contra Rayos

“…En esta sección se evaluará la precisión del método de cálculo de las corrientes longitudinales por medio de comparación con las medidas experimentales realizadas en Orlandi et al (1995). Para evaluar la distribución de las corrientes longitudinales calculadas en los conductores del LPS, se utilizan coeficientes de división o de distribución de la corriente c k (IEC 62305-3, 2004 Para validar el modulo de cálculo de la distribución de corriente se comparan los coeficientes de división obtenidos a través de la simulación de la estructura mostrada en la figura 1, con los calculados en Ala y Silvestre (2002) y los medidos en Orlandi et al (1995).…”

“…En Orlandi et al (1995), se evalúa un sistema de protección externa LPS con las siguientes dimensiones: 22 m x 5 m y una altura 3,5 m. Las líneas gruesas representan los conductores aéreos y las delgadas los subterráneos. Para la puesta a tierra se colocan conductores que interconectan los bajantes a una profundidad 0,8 m (horizontales) y electrodos verticales en cada esquina de longitud 1,5 m. La resistividad del suelo se considera de 100 Ωm, se inyecta una corriente de 210 A en la parte superior del bajante 1, con un tiempo de frente de 15 µs y tiempo de cola de 56 µs como en Orlandi et al (1995). En la tabla 1 se muestra la comparación entre los valores calculados y medidos de los coeficientes de división de la corriente cuya referencia es el conductor bajante numero uno.…”

“…En la tabla 1 se muestra la comparación entre los valores calculados y medidos de los coeficientes de división de la corriente cuya referencia es el conductor bajante numero uno. Se observa una buena concordancia de los valores obtenidos con las medidas experimentales reportadas en Orlandi et al (1995), con un error no mayor al 4% con respecto a las medidas. Lo que permite concluir que la metodología de cálculo para la distribución de la corrientes es coherente y precisa, y que a partir de estás se pueden calcular valores bastante precisos de la densidad e intensidad de campo magnético en cualquier punto.…”

Numerical electromagnetic analysis on current distribution in building directly hit by lightning

“…• Circuit model [8][9][10][11]: This method replaces the steel frame of the building with a lumped impedance and then solves this based on circuit theory. • Electromagnetic model [12]: This method provides the spatial arrangement of the conductors in the building, solves Maxwell's equation using numerical electromagnetic analysis, and finds the current flowing through the conductors.…”

建築物内直撃雷電流分布の数値電磁界解析

“…• Circuit model [8][9][10][11]: This method replaces the steel frame of the building with a lumped impedance and then solves this based on circuit theory. • Electromagnetic model [12]: This method provides the spatial arrangement of the conductors in the building, solves Maxwell's equation using numerical electromagnetic analysis, and finds the current flowing through the conductors.…”