Η αιολική ενέργεια είναι μια ανανεώσιμη, «καθαρή» μορφή ενέργειας, που δε μολύνει το περιβάλλον και είναι ανεξάντλητη. Οι ανεμογεννήτριες βρίσκονται συνήθως σε τοποθεσίες με υψηλό υψόμετρο καθώς και σε επίπεδη ύπαιθρο, κάτι που δικαιολογεί τον υψηλό αριθμό κεραυνικών πληγμάτων, τα οποία προκαλούν πολλά προβλήματα στις εγκαταστάσεις. Ο κεραυνός αποτελεί ένα ατμοσφαιρικό ηλεκτρικό φαινόμενο το οποίο θα μπορούσε να ορισθεί ως μια μορφή ηλεκτρικής διάσπασης, χαρακτηριζόμενης από υψηλό ρεύμα, που συμβαίνει σε πολύ μεγάλα διάκενα. Για την καλλίτερη κατανόηση του φαινομένου αυτού, αρχικά περιγράφηκε η ηλεκτρική κατάσταση της γης και η ηλεκτρική συμπεριφορά των νεφών καθώς και οι επιπτώσεις των πληγμάτων των κεραυνών. Αυτά αφορούν στην ανθρώπινη ζωή και στις κατασκευές, στις οποίες διακρίνονται σε θερμικές, μηχανικές και ηλεκτρικές επιπτώσεις. Η αντικεραυνική προστασία των ανεμογεννητριών παρουσιάζει σημαντικές δυσκολίες, με σημαντικότερη την προστασία των περιστρεφόμενων πτερυγίων. Τα κεραυνικά πλήγματα επηρεάζουν αρχικά τα συστήματα ελέγχου, στη συνέχεια τα υπόλοιπα ηλεκτρονικά συστήματα και τελευταία τα πτερύγια και τους αισθητήρες. Τα μηχανικά τμήματα, όπως τα συστήματα πέδησης (αν υπάρχουν), τα μηχανικά φρένα και η ηλεκτρική γεννήτρια δεν επηρεάζονται σε υψηλό βαθμό. Καθώς ο ακριβής τρόπος που το κεραυνικό πλήγμα δρα πάνω στην ανεμογεννήτρια δεν είναι απόλυτα γνωστός, είναι απαραίτητο να βρεθούν ασφαλείς μέθοδοι αντικεραυνικής προστασίας των ανεμογεννητριών που να βασίζονται στο πρότυπο IEC 61400-24. Στο τρίτο κεφάλαιο της παρούσας εργασίας παρουσιάζεται η δομή και τα χαρακτηριστικά λειτουργίας των ανεμογεννητριών. Η ανεμογεννήτρια αποτελείται από τρία βασικά μέρη, κάθε ένα από τα οποία αποτελούνται από άλλα επιμέρους δομικά στοιχεία. Τα τρία βασικά δομικά μέρη μιας ανεμογεννήτριας είναι η νασέλλα, ο πύργος και η βάση. Ο πλέον δημοφιλής τύπος ανεμογεννήτριας είναι ο οριζόντιος τύπος, ο οποίος χαρακτηρίζεται από ένα στροφέα τύπου προπέλας που στηρίζεται πάνω ένα οριζόντιο άξονα με δύο ή τρία πτερύγια. Η ολική ισχύς που υπάρχει στον άνεμο και μπορεί να δεσμευτεί με ένα ανεμοκινητήρα είναι: PA=1/2*p*S*V3. Διακρίνουμε τρεις ταχύτητες στην λειτουργία μιας ανεμογεννήτριας: α) την ταχύτητα έναρξης, β) την ονομαστική ταχύτητα και γ) την ταχύτητα αποσύζευξης. Στη συνέχεια παρουσιάζονται οι επιπτώσεις του κεραυνικού πλήγματος στις ανεμογεννήτριες. Στο σημείο αυτό γίνεται αναφορά στο πρότυπο IEC 61400-24 και κυρίως στις παραγράφους που αφορούν στα πτερύγια των ανεμογεννητριών. Εκτός από τις βλάβες στα πτερύγια που είναι τα πιο εκτεθειμένα μέρη της ανεμογεννήτριας το πλήγμα του κεραυνού έχει επιπτώσεις στα έδρανα κύλισης, στο κιβώτιο ταχυτήτων και στο ανεμόμετρο. Επίσης οι περιελίξεις της γεννήτριας και ο εξοπλισμός ελέγχου και παρακολούθησης μπορεί να υποστούν σοβαρές βλάβες. Οι επαγόμενες τάσεις είναι η τάση επαφής, η βηματική τάση και οι υπερτάσεις. Το πέμπτο και τελευταίο κεφάλαιο αφορά στην αντικεραυνική προστασία των ανεμογεννητριών. Αρχικά παρουσιάζεται η αντικεραυνική μέθοδος που εφαρμόστηκε από τους Παστρομά και συν. σε ένα αιολικό πάρκο στο Παναχαϊκό κοντά στην Πάτρα στην Ελλάδα [10]. Γίνεται υπολογισμός του επιπέδου προστασίας των ανεμογεννητριών με δύο τρόπους: α) εκτιμώντας την παράμετρο Nd για κτήρια που έχει ως μεταβλητή τον περιβαλλοντικό παράγοντα Ce και β) με το Nd να αφορά τις εκτιμήσεις για τις ανεμογεννήτριες έχοντας μια μεταβλητή, το ύψος της κατασκευής. Η παράμετρος E είναι ίδια και στις δύο περιπτώσεις. Στη συνέχεια περιγράφεται το σύστημα αντικεραυνικής προστασίας που εφαρμόζεται για την προστασία των πτερυγίων των ανεμογεννητριών, καθώς και τα αποτελέσματα πειραματισμών για την ανάπτυξη ενός υποδοχέα, ο οποίος να έχει επαρκή χωρητικότητα για «σκληρές» κεραυνικές συνθήκες [21]. Στα πειράματα για τη μελέτη των επιπτώσεων των κεραυνικών πληγμάτων σε πτερύγια, χρησιμοποιήθηκαν τρεις διαφορετικοί τύποι πτερυγίων, που διέθεταν τρείς διαφορετικούς τύπους υποδοχέων. Ο πρώτος τύπος διέθετε έναν στερεό μεταλλικό υποδοχέα στην άκρη του πτερυγίου, ο δεύτερος τύπος έναν κυκλικό υποδοχέα εγκατεστημένο στην πλευρά του πτερυγίου και ο τρίτος τύπος τρείς υποδοχείς. Ο ένας είχε σχήμα ράβδου και βρισκόταν στο άκρο του πτερυγίου και οι άλλοι ήταν μικροί μεταλλικοί υποδοχείς που βρίσκονταν και στις δύο επιφάνειες του πτερυγίου. Αυτοί οι τρείς τύποι υποδοχέων καλύπτουν τους περισσότερους τύπους που χρησιμοποιούνται γενικώς. Οι εύκαμπτες συνδέσεις στο εσωτερικό της νασέλλας προκαλούν μια παράκαμψη του ρεύματος του κεραυνού που καταλήγει στην βάση του πύργου. Οι ανεμογεννήτριες χρησιμοποιούν δαχτυλίδια ολίσθησης για να συνδέσουν την καλωδίωση της γεννήτριας με την σταθερή καλωδίωση. Το μεταλλικό πλαίσιο μέσα στην νασέλλα είναι συνδεμένο με την βάση της ανεμογεννήτριας με 50mm2 με XLPE μονωμένα καλώδια. Η νασέλλα, τα ρουλεμάν εκτροπής και ο πύργος συνδέονται και καταλήγουν στη βάση του πύργου. Οι αγωγοί καθόδου χρησιμοποιούνται για να οδηγήσουν με ασφάλεια το ρεύμα του κεραυνού στο σύστημα γείωσης. Το σύστημα γείωσης θα πρέπει να οδηγεί το ρεύμα του κεραυνού και να προστατεύει το προσωπικό από πτώσεις τάσης επαφής και βηματικές. Το ανεμόμετρο προστατεύεται επίσης από κεραυνικά πλήγματα. Στη συνέχεια παρουσιάζεται μία οδηγία για αντικεραυνική προστασία ανεμογεννητριών στη Ιαπωνία η οποία συνοψίζει τα αποτελεσματικά μέτρα για την αντικεραυνική προστασία στις εγκαταστάσεις ανεμογεννητριών, με βάση το ρεύμα των κεραυνών του χειμώνα, τις εργαστηριακές δοκιμές εφαρμογής ρευμάτων υψηλής τάσης σε πτερύγια ανεμογεννητριών και τη μελέτη των κεραυνικών σφαλμάτων σε μονάδες παραγωγής αιολικής ενέργειας [27]. Τελειώνοντας παρουσιάζεται μια πρόταση για μια καινούργια έννοια ζωνών αντικεραυνικής προστασίας των πτερυγίων των ανεμογεννητριών, σύμφωνα με την οποία η άκρη του πτερυγίου θεωρείται ως διαφορετική ζώνη από το υπόλοιπο πτερύγιο [28]. / Wind energy is a renewable, "pure" form of energy that does not pollute the environment and is inexhaustible. Wind turbines are usually sited on high altitude as well as flat countryside, explaining the high number of reported direct lightning strikes. Lightning is an atmospheric electrical phenomenon, characterized by high current, which occurs in very large gaps. For a better understanding of this phenomenon, it is firstly described the electrical behavior of the Earth and the clouds. It is also described the effects of lightning strikes, which are related to human life and structures (thermal, mechanical and electrical effects). Lightning protection of wind turbines presents several difficulties; the main is the protection of the rotating blades. Lightning strikes have impact firstly on control systems, then the rest electrical system and lastly the blades and sensors. Mechanical parts like gearbox (if exists), mechanical brakes and the electric generator are not affected in high degree. Additionally, taking into account that the way a lightning strike acts on a wind turbine is not clear at this time, makes it necessary to find a quite safe method based on the basics of lightning protection of equipment and wind turbines according to IEC 61400-24. The third chapter presents the structure and operation of wind turbines. The wind turbine consists of three major parts, each of which consist of other sub-components. The three main components of a wind turbine are the nasella, the tower and the base. The most popular type is the horizontal wind turbine type, which is characterized by a propeller-type rotor, resting on a horizontal axis with two or three blades. The total power produced by the generator is: PA = 1/2 * p * S * V3. The three operating speeds of a wind turbine are a) Cut-in speed, b) Rated speed and c) Cut-out speed. The fourth chapter presents the effects of lightning strikes on wind turbines. Standard IEC 61400-24 describes lighting protection of wind turbines. The lighting strike firstly affects the blades. Also affects the bearings, the gearbox and the anemometer. The generator and the control system may be seriously damaged from a lighting strike. The fifth and last chapter describes the lightning protection of wind turbines. Firstly, a practical lightning protection method is presented which was applied by Pastromas et al [10] to a wind park sited on Panachaiko area, near Patras Greece. This method seems to minimize the risk of damages to the turbines from eventual lightning strikes. It derived considering the damage statistics, the consequences on energy production and the evaluation of the risk of lightning damage to a wind turbine, based on IEC 61400-24. Then, the lightning protection applied to protect the turbine blades is described, as well as the results of lightning experiments and simulations for various lightning receptors that are generally used in wind turbines, in order to develop the lightning receptor to protect wind turbine blades under hard lightning condition [21]. The flexible connections, to the internal of nacelle cause a lightning current bypass from the plate, around the blade bearing and the main bearings via the nacelle frame to the tower foundation. The slip ring is an electromagnetic device which allows the transmission of power from a stationary to a rotating structure and connects the turbine wiring to the fixed wiring. The metal frame in the nacelle is bonded to the wind turbine foundation with 50mm2 Cu with XLPE insulation wires. Nacelle, yaw rings and tower are connected and ending to the tower foundation. The down conductor in the tower base is connected with the tower and the grounding system, which is constructed inside the foundation of the tower. The grounding system should lead the lightning current and protect the personnel from contact and step voltage drops. The wind turbine has an ultrasonic anemometer which is protected against lightning strikes by a steel ring around it. Then guidelines for wind power generation business toward selection of sites and protection of wind turbines against natural hazards in Japan are presented. This guideline summarizes effective measures on lightning protection of wind power generation equipments, based on measurement of lightning currents in winter, laboratory high-voltage and high-current tests on wind turbine blades investigation on lightning faults of wind power generation plants [27]. Finally, a new zoning concept of the lighting protection of the blades is presented, where the tip of the blade is treated as a different zone than the remaining part of the blade. The background of the new zoning concept is explained, and the principle is demonstrated used on existing blade

Σε αυτήν την διπλωματική εργασία γίνεται η μελέτη της συμπεριφοράς των γραμμών μέσης τάσης σε καταπονήσεις από κεραυνούς της νήσου Χίου. Οι κεραυνοί αποτελούν ένα φυσικό φαινόμενο με επικίνδυνα αποτελέσματα για την ασφάλεια των ανθρώπων, των κτιρίων και των ηλεκτρικών συστημάτων. Έτσι, κεραυνοί που πλήττουν άμεσα γραμμές διανομής ή γειτονικό σε αυτές έδαφος, είναι υπεύθυνοι για τα σφάλματα που λαμβάνουμε στο ηλεκτρικό σύστημα. Το αποτέλεσμα της πτώσης κεραυνού μπορεί να οδηγήσει σε στιγμιαίο ή και μόνιμο σφάλμα. Οι προβλέψεις για την συμπεριφορά των εναερίων γραμμών διανομής εμπεριέχουν πολλές αβεβαιότητες. Μερικές βασικές παράμετροι όπως η πυκνότητα των κεραυνών, που μετριέται με την πυκνότητα των κεραυνών στο έδαφος (GFD), ή ο υπολογισμός του αριθμού των απευθείας πληγμάτων στην γραμμή απέχουν από την πραγματικότητα. Μελετώντας την εργασία αυτή μπορούμε να κάνουμε προβλέψεις σφαλμάτων λόγω κεραυνών σε μια γραμμή διανομής με μια αρκετά καλή ακρίβεια. / This diploma thesis studies the lightning performance of electric power overhead distribution lines. The lightning is a natural phenomenon with dangerous effects on the safety of people, buildings and electrical systems. So a lightning that strikes directly to a distribution line, or to the nearby area is responsible for the damage happening to the electric circuit. Lightning usually causes temporary faults onoverhead distribution lines. Estimates of the lightning performance of distribution lines contain many uncertainties. Some of the basics such as lightning intensity measured by ground flash density (GFD), or estimating the number of direct strikes to a distribution line may have significant errors. Often, rough estimates or generally accepted practices are just as effective as detailed calculations. This guide is intended to provide straightforward estimates of lightning-caused faults.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετάται η συμπεριφορά των γραμμών μέσης τάσης της ΔΕΗ και συγκεκριμένα των εναέριων γραμμών μέσης τάσης του δικτύου της ΔΕΗ σε κεραυνικά πλήγματα. Οι κεραυνοί συνιστούν ένα φυσικό φαινόμενο που σε ορισμένες περιπτώσεις μπορεί να γίνει επικίνδυνο τόσο για την ασφάλεια των ανθρώπων όσο και την ασφάλεια των κτηρίων ή λοιπών εγκαταστάσεων. Οι εγκαταστάσεις της ΔΕΗ λοιπών και κυρίως οι γραμμές διανομής είναι ευάλωτες σε πλήγματα από κεραυνούς τα οποία συνήθως οδηγούν το σύστημα της ΔΕΗ σε μόνιμο ή παροδικό σφάλμα. Παροδικό ορίζεται όταν το κύκλωμα ξαναμπεί σε λειτουργία χωρίς να χρειαστεί ο ανθρώπινος παράγοντας καθώς επενεργούν οι προστατευτικές διατάξεις του ενώ το μόνιμο έχει την έννοια ότι για να ξαναμπεί το κύκλωμα που έχει πληγεί χρειάζεται η επέμβαση του ανθρώπου συγκεκριμένα των τεχνικών της ΔΕΗ. Η συμπεριφορά των εναέριων γραμμών μέσης τάσης καθορίζεται από αρκετούς παράγοντες μερικοί από τους πιο σημαντικούς είναι οι εξής: η πυκνότητα των κεραυνών για μια συγκεκριμένη γεωγραφική περιοχή (GFD) η οποία μετριέται με την πυκνότητα των κεραυνών απευθείας στο έδαφος, ή ο αριθμός των άμεσων κεραυνικών πληγμάτων απευθείας στη γραμμή. Βέβαια η συμπεριφορά μιας γραμμής εμπεριέχει μεγάλη αβεβαιότητα και τα θεωρητικά αποτελέσματα δύναται να διαφέρουν από τα πραγματικά. Μελετώντας την εργασία αυτή μπορούμε να κάνουμε μια καλή εκτίμηση της συμπεριφοράς μια γραμμής διανομής με μεγάλη σχετικά ακρίβεια όσο αναφορά βεβαίως τα πιθανά σφάλματα της γραμμής από πτώση κεραυνού. Στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η IEEE οδηγία η οποία αναλύει την συμπεριφορά των εναέριων γραμμών διανομής ηλεκτρικής ενέργειας. Αντικείμενο της είναι η εύρεση λύσεων για την μείωση των βραχυκυκλωμάτων που προκαλούνται από κεραυνό στις εναέριες γραμμές. Στο δεύτερο κεφάλαιο εκτιμούνται τα θεωρητικά σφάλματα που αναμένονται από πτώση κεραυνού στις πέντε υπό εξέταση εναέριες γραμμές διανομής μέσης τάσης του δικτύου της ΔΕΗ στη περιοχή της Τρίπολης Αρκαδίας βάση της προαναφερθείσας οδηγίας. Αναπτύσσεται στη συνέχεια η καταγραφή των σφαλμάτων και των βλαβών για τις πέντε γραμμές διανομής με βάση τα στοιχεία που συλλέχθηκαν από τη ΔΕΗ για τα έτη 2008 έως 2011. Τέλος γίνεται σύγκριση μεταξύ των θεωρητικών και πραγματικών μετρήσεων, σύγκριση η οποία παρουσιάζεται με ραβδογράματα για την ευκολότερη εξαγωγή συμπερασμάτων. / This thesis studies the behavior of medium voltage lines of PPC in lightning strikes. The thunderbolts are a natural phenomenon which in some cases can be extremely dangerous for human safety and the safety of buildings or other facilities. The facilities of PPC and most specific the distribution lines are vulnerable to a lightning strike which usually leads to a permanent or a transient error. Transient error occurs when the circuit is put back into operation without having the human interaction , while the permanent error has to rejoin the circuit affected needs human intervention. The behavior of medium voltage overhead lines is determined by several factors. Certainly the behavior of a line involves great uncertainty and the theoretical results may differs from real. We can make a good estimate of a distribution line behavior with relatively high accuracy as reference certainly possible errors of the line from lightning strikes. In the first chapter is analyzed the IEEE directive which explains the behavior of overhead distribution lines for electricity. The purpose is to find solutions to reduce short-circuit caused by lightning to lines. In the second chapter is estimated the theoretical errors expected from lightning strikes in the five overhead medium voltage distribution network of electricity in the region of Tripolis based on the directive of IEE. Furthermore are displayed the recordings of errors and failures in the five distribution lines based on data collected by DEI for the years 2008 to 2011. Finally is held a comparison between theoretical and actual measurements.

Fault pseudotachylytes commonly form by frictional melting due to seismic slip. These fine-grained clastic rocks result from melt quenching and may show a high concentration of fine ferromagnetic grains. These grains are potentially excellent recorders of the rock natural remanent magnetization (NRM). The magnetization processes of fault pseudotachylytes are complex and may include the following: i) near coseismic thermal remanent magnetization (TRM) acquired upon cooling of the melt; ii) coseismic lightning induced remanent magnetization (LIRM) caused by earthquake lightnings (EQL); iii) post seismic chemical remanent magnetization (CRM) related to both devitrification and alteration. Deciphering these magnetization components is crucial to the interpretation of paleointensities to see if coseismic phenomena such as EQL’s were recorded within these rocks. Hence the paleomagnetic record of fault pseudotachylytes provides an independent set of new constraints on coseismic events. Fault pseudotachylytes from the Santa Rosa Mountains, California host a magnetic assemblage dominated by stoichiometric magnetite, formed from the breakdown of ferromagnesian silicates and melt oxidation at high temperature. Magnetite grain size in these pseudotachylytes compares to that of magnetite formed in friction experiments. Paleomagnetic data on these 59 Ma-old fault rocks reveal not only anomalous magnetization directions, inconsistent with the coseismic geomagnetic field, but also anomalously high magnetization intensities. Here we discuss results of rock magnetism and paleointensity experiments designed to quantify the intensity of coseismic magnetizing fields. The REM’ paleointensity method, previously tested on meteorites, is particularly well suited to investigate NRMs resulting from non-conventional and multiple magnetization processes. Overall findings indicate an isothermal remanent magnetization (IRM) in some, but not all, specimens taken from four different Santa Rosa pseudotachylyte samples. The cause of this IRM may be attributed to an LIRM produced by ground lightning (less likely), LIRM produced by an EQL (more likely), or a VRM imparted during laboratory preparation (not likely). The anomalously high NRM recorded in a few specimens points to LIRM as the most likely explanation for the dominant origin of magnetization.

Made available in DSpace on 2014-12-02T11:16:53Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-07-28Bitstream added on 2014-12-02T11:21:16Z : No. of bitstreams: 1 000792387.pdf: 1875374 bytes, checksum: e4d77eefbcf39679da22cb24779a5e61 (MD5) / As previsões de descargas elétricas atmosféricas constituem um desafio na fisica e ciências afins. Campanhas de pesquisas em campo e instalação de redes de sensores têm formado um histórico de observações com um ótimo grau de precisão destes eventos. Apesar da grande quantidade de dados gerados, não se observam muitas publicações sobre modelagem de queda de raios nas torres de linhas de transmissão de energia elétrica. Neste trabalho, busca-se começar a preencher esta lacuna com um estudo para obtenção de um índice potencial de impacto de raios em torres de linhas de transmissão de energia elétrica. Um experimento fatorial completo combinado com as saídas de modelos regionais de previsão de tempo foi utilizado na busca deste índice. Os resultados, apesar da descoberta de poderem ser usados no diagnóstico e previsão de tornados, não foram ainda conclusivos para os objetivos deste trabalho. A ampliação na quantidade das amostragens, a realização de mais experimentos e novas pesquisas podem contribuir para a melhoria do índice potencial de impacto de raios em torres de linhas de transmissão de energia elétrica, já que esta técnica mostrou potencial para auxiliar as pesquisas na modelagem deste fenômeno / The forecast of atmospheric electrical discharges is a challenge in Physics and related Sciences. It is known that field campaigns and installation of the sensor network have shown great precision degree by the historical of the observation. Despite having large amount of data, we have had many scientific papers on modeling of lightning towers in electric transmission lines. This work aims to do a study for obtaining a Potential Index of Impacts Lightning in Electric Transmission Lines. In order to get this Index, an accurate factorial experiment was combined with regional forecast models output. As a result, although the discovery can be used for diagnosis and tornadoes forecasting, its has not been concluded by this work target yet. Having shown the technique can help the modeling research, an expansion of sample as well as new experiment and news research can contribute more for Index improvement

No description available.

Depuis une vingtaine d'années, la qualité de la prévision de la trajectoire des cyclones tropicaux a fortement progressé mais peu d'améliorations ont été apportées à la prévision de l'intensité. Cette thèse s'intéresse aux changements d'intensité des cyclones tropicaux du sud-ouest de l'océan Indien sous l'angle original de l'activité électrique.Une première étude climatologique s'appuyant sur les données du réseau de détection d'éclairs World Wide Lightning Location Network (WWLLN) a permis de valider la qualité de ces données et de montrer que les cyclones tropicaux pouvaient être une source importante de production d'éclairs à l'échelle du bassin. À partir de ce résultat, une étude ciblée a été menée en considérant la spécificité du bassin et trois régions ont été définis (océan ouvert, région à proximité de la côte est de Madagascar et Canal du Mozambique). L'activité électrique des cyclones tropicaux dépend de la région où ils se trouvent ainsi que de leur stade d'intensité. Les éclairs semblent être un marqueur des phases d'intensification et d'affaiblissement dans certains situations. La troisième étape de cette thèse a consisté à simuler de manière idéalisée un cyclone tropical mature et a tenté d'expliquer les processus physiques à l'origine de l'activité électrique. Le modèle reproduit bien le comportement sporadique des éclairs habituellement observé. Des bilans montrent que ce cyclone présente trois phases caractéristiques, chacune associée à un comportement dynamique, microphysique et électrique différent. Enfin, une deuxième étude purement numérique a tenté d'identifier des estimateurs de l'activité électrique. Pourcelà deux approches ont été adoptées : une étude globale et une étude par cellule. Dans les deux cas, les meilleurs estimateurs sont la masse totale de graupel, le volume d'updraft et le produit des flux des masses de glace précipitante et non précipitante. / Tropical cyclone track forecast has improved over the past two decades but little improvement have been done in intensity changes forecast. This thesis focuses on the intensity changes of tropical cyclones in the southwest Indian ocean through the original aspect of lightning activity. A climatology of lightning activity in the southwest Indian ocean using data from the World Wide Lightning Location Network (WWLLN) is first proposed. Results showed that the WWLLN was able to locate and capture the lightning activity in the basin and that tropical cyclones can be considered as a major source of lightning flashes in some oceanic parts of this region. From this result, study of lightning activity in tropical cyclones of the southwest Indian ocean has been done considering the basin configuration. Thus, three regions were defined: open ocean, region near the eastern coast of Madagascar and the Mozambique Channel. The location and intensity of lightning activity depend on the region and the intensity stage. Lightning flashes seem to be a proxy of intensification or weakening under some conditions. The third step of this thesis was to simulate in an idealized framework a mature tropical cyclone. The model was first able to reproduce the sporadic behavior of lightning activity as observed. Budgets have shown that the presence of three distinctive phases characterized by different dynamical, microphysical and electrical behaviors. Finally, another purely numerical work tried to identify some proxies of lightning activity according two approaches : a global analysis anda per-cell analysis. In both cases, the best proxies are the total graupel mass, the updraft volume and the product of precipitating and non-precipitating ice mass fluxes.

Hydropower plants contains a lot of vital electrical power technology such as generators and transformers. To prevent damage to this equipment due to overvoltage, they are often protected by surge arrester and in some cases also by surge capacitors. The design and dimension of these components vary between different sites and regions and are often done using a template without considering the actual conditions of the site. In this thesis Simulink and Simscape Power System are used to study the case when a hydropower station is exposed to overvoltage. One of Fortum’s hydropower stations is simulated when being exposed to lightning and switching overvoltage to see how the existing overvoltage protection handles this stress. The results show that the surge arresters mounted in front of the generator managed to keep it safe for all overvoltage scenarios it is exposed to. They also shows that the surge capacitors mounted in front of the generator reduces the gradient of the overvoltage surge. However, as the surge arresters already keeps the overvoltage at safe levels, there is no need of reducing the overvoltage gradient and the surge capacitors becomes excessive in this particular hydropower plant. / Vattenkraftverk innehåller många vitala komponenter så som generatorer och transformatorer. För att skydda dessa oftast väldigt dyra komponenter mot överspänningar, används ventilavledare och ibland också överspänningskondensatorer. Utformning och dimensionering av skydden varierar mellan olika anläggningar och regioner. Dimensioneringen av skydden görs ofta schablonmässigt, utan någon väsentlig anpassning till de faktiska förhållandena. I detta examensarbete används simuleringsverktyget Simulink tillsammans med tillägget Simscape Power Systems för att simulera vad som händer när ett vattenkraftverk utsätts för olika överspänningar. Ett av Fortums vattenkraftverk studeras när det utsätts för blixt- och kopplingsöverspänningar för att se vad ventilavledarna samt överspänningskondensatorerna i denna anläggning fyller för funktion. Resultaten visar att ventilavledarna monterade framför generatorn klarar av att hantera alla överspänningar de utsätt för under simuleringarna. Resultaten visade också att överspänningskondensatorerna monterade framför generatorn sänker spänningsgradienten, men eftersom ventilavledarna redan håller spänningen på en säker nivå blir överspänningskondensatorerna överflödiga i denna station.

Lightning activity is considered a severe meteorological hazard that needs to be studied, monitored as well as predicted. This thesis focuses on the prediction of lightning activity by the Lightning Potential Index (LPI) in the COSMO numerical weather prediction (NWP) model that comprises 1- and 2-moment (1M and 2M, respectively) cloud microphysical schemes. The objective of this thesis is to investigate the correlation between the predicted lightning activity and the detected one (by the European network for lightning detection EUCLID). Events of the years 2018 and 2019 that recorded significant lightning activity over Czechia are considered for the analyses. For the first time over Czech region, the prognostic values of LPI calculated for each event are verified. In particular, the spatio- temporal distribution of the predicted vs. detected lightning activity is evaluated. Both spatial characterizations and diurnal course of detected lightning activity correspond well to the theoretical knowledge. Thus, spatial (horizontal) and temporal approaches are applied to verify the lightning activity prediction. The results of this thesis successfully verify the LPI prognostic values both in space by comparing the LPI values with the proximity of detected lightning flashes, and in time by contrasting the...

As a part of the European research program CAL, sprite observations were carried out from the OMP observatory in the French Pyrenees during the summer 2003. Images of the sprites were taken by two remotely controlled CCD cameras. The 23 July was considered particularly interesting because we then had access to data concerning both cloud-to-ground and intracloud lightning activity. This day was therefore chosen as the object of the present study. A large thunderstorm with two convective cores, one to the north and the other to the south, developed over the South of France during the late afternoon, and about two hours after sunset, the first sprite was detected. During a little more than three hours, 13 sprites were observed, 7 over the northern system and 6 over the southern system. The images enabled us to determine the azimuth angle of each sprite from the OMP observatory. 12 of the 13 sprites could be associated to positive cloud-to-ground flashes, and by putting together the sprite directions and the locations of the associated flashes on the radar images, we managed to get a rough idea of the position of the sprites in the storm system, and also to estimate their vertical and horizontal extent. Satellite images were included at this point of the study, and it appeared clear that sprites tend to occur over the stratiform region of the storm system in the area with the coldest (highest) cloud tops. The associated positive flashes were also within or close to this portion of the storm. The sprite occurrences were studied in relation to the cloud-to-ground and to the intracloud activity. We found that sprites seem to occur in a late stage of each storm system, when the rate of negative cloud-to-ground flashes has considerably decreased, and when the ratio of positive cloud-to-ground flashes is much higher then during the most active phase of the storm. Globally, the intracloud activity is also low during the sprite-producing periods, but sudden "bursts" of intracloud lightning could frequently be observed at the moment of the sprite. The peak current of the positive flashes was found to be rather weakly correlated to their sprite-generating capacity. The available Schumann resonance measurements seem to indicate that the charge moment is a much more adequate parameter in this respect. The areal coverage of the radar echo was calculated. The result supports the idea that sprite events tend to appear almost exclusively over large thunderstorm systems.