Internati o nal  Journal of Ele c trical   and Computer  Engineering  (IJE CE)  V o l.  6, N o . 2 ,  A p r il  201 6, p p .  84 4 ~ 85 0  I S SN : 208 8-8 7 0 8 ,  D O I :  10.115 91 /ij ece.v6 i 2.9 540          8 44     Jo urn a l  h o me pa ge : h ttp ://iaesjo u r na l.com/ o n lin e/ind e x.ph p / IJECE  Statisti cal An alysis on Preliminary B r eak d own Pu lses of   Positive Cloud-to-Ground Lightning in Malaysia       Chin-Le o n g  Wooi,  Z u lkur nain Ab dul-Malek,  Noor   Az linda Ahm a d ,  Mehrd a d   Mokhtari,   Behna m Sa limi  Institute of High  Voltag e   and Hi gh Current , Facu lt y  of  El ectrical  Engineering,  Un iv ersiti  T e knolo g i Mal a y s ia,    Johor Bahru, Malay s ia       Article Info    A B STRAC T Article histo r y:  Received Oct 10, 2015  Rev i sed  D ec 14 , 20 15  Accepte d Ja n  6, 2016      This aim of this  paper is to stud y   the preliminar y   breakdown pulses (PBP)  of   positive cloud -t o-ground (+CG) lightning flash e s in Malay s i a . There is a  differen ce  in P B P  chara c ter i s t i c s  when a  co m p aris on is  m a de betw een   positive  and neg a tiv e flashes. To  the best  of the  authors’ knowledge, this is   the first  tim e the  PBP charact eris tics pr e ceding  p o sitive l i ghtning  in Mala ysi a   are r e ported. Th is stud y  was car r ied ou t in  Johor Bahru, Malay s ia using   a  broadband an ten n a s y stem durin g a m onsoon period (Oct-Dec,  2012). It is  found that th e PBP for +CG lightning is much more complicated compared  to the positive  cloud-to-ground  (–CG ) lightnin g  since only  n e gativ e PBP  trains  ar e us ual l y  pr es ent in  the  –CG  lightning .   Out of 21 analyzed positive  flas hes ,  four t ypes  of P B P trains  were identifi e d accord ing to  their init ia l   polarit ies.  These  are neg a tiv e PBP (20%), positive PBP (15%), PBP with  polarity  r e versal (10%), and PBP with  irregular polarity   (15%) .  The  balance  40% of flashes is without an y  PBP.  The effect  of geographical  region may   also cause th e observed d i ff erence s in  the cloud d i schar g e processes  including th e t y pes  of P B P .   M o re s t udies  are needed to d e term ine th e  relationship b e tween th e r e turn   stroke and  PBP. Keyword:  C l ou d-t o - g r o u n d   Li ght ni n g  di sc har g e   Po sitiv e ligh t n i n g   Pr elimin ar y break dow n pu lses   Copyright ©  201 6 Institut e  o f   Ad vanced  Engin eer ing and S c i e nce.  All rights re se rve d .  Co rresp ond i ng  Autho r :  Zul k ur nai n  A b dul -M al ek,    In stitu te o f   Hi gh  Vo ltag e   and  High   C u rren t   Facu lty of Electri cal Engineering,  Un i v ersiti Tekn o l o g i  Malaysia, Jo ho r Bahru, Malaysia   Em a il: zu lk u r nain @u tm . m y       1.   INTRODUCTION  Li ght ni n g  i s   o n e  of  t h e  nat u r a l  di sast er t h at  cause d m a ny   po we r fai l ure   wo rl d  wi de  [1] .  A   negat i v e  g r ou nd  ligh t n i n g  flash  is  u s ually in itiated  at th e lowe r edg e   o f  a n e g a tive ch arg e  cen t er, an d th e  break down  p r o cess is aided  b y  th e electric field  enh a n cem en t cau sed  b y  a  p o sitiv e ch arg e   p o c ket lo cated  b e l o w t h e  n e g a tiv e ch arge cen ter kno wn  as th e  prelimin ary brea kdo wn  pu lses (PBP) o r   in itial  b r eakd own  p u l ses  [2 ].  The feat ures  o f  PB P t r ai ns i n  ne gat i v e cl o u d - t o -g r o u n d  ( C G) fl as hes ha ve bee n  p r evi o usl y  rep o rt e d  [ 3 - 1 4] .  Th e ret u rn  stro k e   o f   p o sitiv e lig h t n i ng  is also  so m e ti me s p r eced e d  b y  a train  o f   b i po lar pu lses (or PBP)  lasting  in  a duration of few  m illisecond [15].  These pulse  trains m a y provi de inform a tion conc erning the first  event t h at lea d s t o  the  electrical  brea k d o w n  i n  t h e  c l ou d.  H o we ve r, t h e m echanis m  for preliminary  b r eakd own  prio r to   p o sitiv e lig h t n i ng  h a s yet  to  b e  con f i r m e d  [6 , 16 ]. Th e larg est am p litu d e  of PBP is u s u a lly   m u ch  s m aller t h an  t h at of th e  fo llowing  ret u rn  stro k e , bu t someti mes it can   b e  co m p arab le o r  ev en  larg er t h an  th at of th e return   strok e   [8 ]. Th e tim e in terv al b e tween   PB P and  th e first  retu rn  strok e  is i n  th e order  o f   1 0 m s,  wi t h  a  m a xim u m  and  m i nim u m  of several  h u n d r ed m i ll i s econ ds [ 4 ,  17 , 1 8 ]  and fe w m ill i s econ d  [5 , 1 8 ,  19] ,   respect i v el y .  T h e pe rcent a ge of C G  l i g ht ni n g  wi t h  di sce r n a bl e PB P vari e s  si gni fi ca nt l y   i n  di ffe re nt  st udi e s .   As sum m ari z ed by  [ 20] , s u c h  pe rcent a ge appa re nt l y  vari es wi t h  l a t i t ude. The sm al l e st  percent a ge i s  19 % ,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I S SN :  2 088 -87 08  IJEC E V o l .  6, No . 2, A p ri l  20 16   :    84 4 – 8 5 0   84 5 reco rde d  i n  S r i  Lan k a ( 7 ° N ).  In  re gi o n s  of  h i ghe r l a t i t udes,  t h e pe rce n t a g e  i s  m u ch hi g h e r, s u c h  as  80 % i n   Aust ri a,  90 % i n  Fi nl an d, a n d  10 0%  i n   Swe d en.    Despite t h e  fac t  that m a ny counties al ready  report e d  t h e PBP precedi n g  positive  ret u rn stroke  [4,  6,  16, 21, 22], apart from  our own study  re ported in [23], thi s  is the firs t time prelim inary  breakdown precedi n g  p o s itiv e ligh t nin g  in  Malaysia is rep o rted.  Th e in itial p o l arity o f  PBP in  n e g a tiv e clou d-to-gro und  (-CG)  lig h t n i ng  is always th e sam e  as th at o f  th e first re turn  stro k e . Ho wev e r, th e situ atio n  fo r  p o s itiv e clou d-to- g r ou nd  (+C G ) lig h t n i ng  is m u ch   m o re co m p licated . Op po site in itial  p o l arities b e t w een  PB P and  th e  fo llowing  return  strok e  are o c casio n a lly o b s erv e d  [1 6,  19 ]. In  th is stu d y ,  p o s itiv e ligh t n i n g  sh ows bo t h  return  strok e  cases, ei th erwith   o r   with ou t th e preced e d PBP.  Based   o n  th ese  findin g s , PBP i n   po sitiv e CG ligh t n i ng   was classified in to  four typ e s wh ich  in clud es th e  n e g a ti v e  PBP (-PBP), po sitiv e PB P (+PBP), PB P with  p o l arity rev e rsal, an d  PBP wi th  irregu lar  p o l arity. Fu rth e rmo r e, th e d a ta av ailab l e in  th e literatu re o n  PBP of  p o s itiv e lig h t n i n g  fro m  trop ical th und ercloud s is scarce, an d  th ere is a  n e ed  to  g a th er m o re  d a ta fro m  tro p i cal   th un d e rcloud s. Th is p a per aim s  to  in v e stigate th e n a tu re  an d  tem p o r al ch aracteristic  o f  th e PBP train s  i n   tr op ical r e g i ons. Th is stud y w a s carr i ed  out in  Jo ho r  Bahr u, Malaysia u s in g  a br o a db an d  an tenn a syste m   d u r i ng  th e m o n s oon   p e r i od   (O ct-D ec,  2 012) . In ter e sti n g l y ,  an y v a r i atio n in  th e PBP t r ain s  fo r   g e o g rap h i cal  reg i o n s  m a y in d i cate d i fferences in  th e i n itial b r eak down   pr o cesses i n  th e  clo u d s . Th erefo r e, it is i m p o r tan t  to   analyze and c o m p are the feat ures  of t h ese  puls e t r ai n s  i n  di ffe rent   ge og rap h i cal  re gi o n s.       2.   R E SEARC H M ETHOD  The  l i g ht ni ng  el ect ri c  fi el d m easurem ent s   were pe rf orm e d wi t h i n   t h e m onsoo n peri o d   ( O ct - D ec,  2 012 ) at t h e  Ob serv atory,  Un i v ersiti Tekn o l o g i  Malays ia (UTM ), Joho r. UTM is located  in  t h e so u t h e rn   p o r tion   o f  Pen i n s u l ar  Malaysia wh ich lo cated  i n  trop ical r e g i on s. Th e  O b ser v at o r y  bu ildin g is lo cated   at 142  m  above t h e se a l e vel .  The co nfi g u r at i on  of  t h e m easuri ng  sy st em   i s  sho w n i n  Fi g u re 1 .  The set u p i s  sim i l a r  t o  ex pe ri m e nt al  set ups   used  i n   [2 4- 2 7 ] .  T h e  ve rt i cal  com pone nt   of  el ect r i c fi el d  was ca pt u r ed  usi n g   1 . 5m - h e igh t  flat  p l ate an tenn a. Th e  an tenn a  was con n ected  to a  d i g ital o s cillo scop e (LeCro y  Wav e  R u nn er 44Xi-A,  8 - b it  reso lu tion  with   a sam p lin g  rate  of 50  MSs -1 )  via a n  electronic buffer ci rc uit.  The buffer acts t o  limit  ove r vol t a ges a nd as a n  i m pedance m a t c hi ng bet w ee n t h e a n t e nna a nd  osci l l osco pe wi t h  a fre que ncy  ra n g e  o f   kHz to GHz. T h e buffer circ uit cons ists o f  an  MSK0 033  bu ffer am p lifie r, capacitor and resistors. T h e input   im pedance of M S K0 0 33  i s  1 0 12 Ω . RG5 8  coax ial cab les were u s ed  in  all  co nn ection s  excep t fo r th e  DSO-PC  connection.  The oscillosc ope   was set  150 m s  pre-tri gge r mode . The  decaying tim e constant of the  buffer wa s  set to  appr ox i m atel y 1 0 m s by ch ang i ng  t h e RC con f igur a tio n  i n sid e  t h e  b u ffer. C r iteria to  id en tify th e PBP  are sim i l a r t o  [ 9 , 1 0 , 2 8 ]  w h i c h m e nt i oned t h at  onl y  pul se s with  am p l i t u d e  larg er th an  twice o f  no ise level are  in clu d e d .    Atm o sp h e ric si gn  co nv en tio n is u s ed  t h ro ugho u t  t h e  p a p e r  th u s   a  p o s itiv e return stro k e   (+CG)  p r od u ces in itially n e g a tiv e  field  ch ang e s.          Fi gu re  1.  Sc he m a t i c  descri pt i o n  o f  t h e l i g ht n i ng  det ect i o n s y st em       3.   R E SU LTS AN D ANA LY SIS  It is co mm o n  t o  no tice th at th e in itial  p o l arity o f  PBP fo r a -CG flash  is always n e g a tiv e, th at is  th e  sam e  p o l arity as th e n e g a ti ve retu rn  stro k e . Th e BIL m o d e l was first propo sed   b y  [3 ] ,  in  wh ich  th e  retu rn   strok e  is i n itiated   b y  three sequ en tial sections. Th e i n itial  breakdo wn  (B), o r   PBP,  is  t h e first  step  wh ich   lasts  for seve ral  m i lliseconds, and  it contains intense electro m a g n e tic rad i atio n. Th is b r eak down  is fo llo wed b y  an   interm ediate state (I) with little electri c field cha nge . Fina lly, a  leader ch ange (L ) follows the inte rm ediate   state, and  th is is con s eq u e n tly   f o l l o we d by   a ret u r n  st ro ke.        Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJECE   ISS N :  2088-8708      St at i s t i c al  A nal ysi s  o n  Prel i m i nar y Bre ak dow n P u l s es  of  P o s i t i ve C l oud -t o- Gro u n d  …   ( Z ul kur nai n A - M)   84 6 3. 1. B I L  M o d e l  i n  Posi ti ve  L i ghtni n g   The B I L m odel  of +C G wa s fo un d t o  be  sim i l a r wi t h  B I L m odel  i n  –C G [ 21] . H o we ve r, t h e   situ atio n  fo r +CG lig h t n i n g   is  m u ch   m o re co m p licated .  Oppo site in itia l p o l arities b e tween  PB P and  the  fol l o wi n g  ret u r n  st r oke a r e oc casi onal l y  o b s e rve d  [ 1 4,  16] . W ave f orm s  of  di ffe re nt  t y pes of PB P are  gen e ral l y   sim ilar with ea ch  othe r.  As  ca n  be se e n   i n  Figure 2,  each pulse  trai n usual l y starts with one  or two  very  sm a l l  pul ses ,   fol l o we d  by  som e  l a rg est  p u l s es  of t h e t r ai n,  an d e n ds  wi t h   p u l s es  of  dec r easi n g a m pli t udes.    Pul s es i n  PB P  t r ai n are m a i n ly  bi pol ar . Pul s es at  t h e begi n n i n g an d m i ddl e of t h e t r ai n  u s ual l y  have  a ve ry  cl ear  bi pol a r  f eat ure .   Ho we ver ,  at  t h e en d  of  t h e  t r ai n,  pul se s s o m e t i m e s appea r  as  u n i p ol ar.   Suc h  a n   exam pl e i s  gi ven i n  Fi gu re 2. It  can be s een t h at  bef o r e  t h e t i m e  of abo u t   − 22.35m s,  pulses are  clearly  b i po lar,  bu t during  th e tim e o f   − 21 m s  to   − 20 m s , p u l ses see m  to  b e   u n i p o lar, and  it is d i fficu lt to  tell wh eth e r  th ey b e long  to   PBP or th e i n term ed iate state.  Th e in term ed ia te stag e in  th e  BIL m o d e l o f   PBP is th oug h t  to   be  cau sed  b y   h o ri zo n t al  p r o p a g a tio n  of lead er  ch ann e l [2 1 ] .  Su ch  horizon tal p r o p a g a tion   p r od u ces little v e rtical  electric field c h anges  at the  ground a n d makes t h e tim e  in terv al  b e tween  PB P an d th e  first retu rn stroke  lo ng er.          Fig u re  2 .  Flash No .  27 111 2.21 9 Th e sam p le wav e fo rm  with  n e g a tiv e i n itial p o l arity d u ring  +CG co m p at ib le  with  BIL m o d e l      3. 2. B L   M o del  i n  P o si ti ve  L i ght n i n g   Al t h o u g h  t h e  B I L m odel  i s   usef ul  as  a  ge neral   de scrip tio n fo r th e ligh t n i ng  ch aracterizatio n ,  the  m a nner  o f  t h e  brea k d o w n p h en om enon  di ffe rs i n  t h e t h un de rst o rm s.  The  beha vi o r   of t h e l i ght ni n g  fl as he s   v a ries fro m  st u d y  to  stud y, so  it is n o t  c o m p letely  stan d a rd ized. Th e ex isten ce o f   so m e  PBP wh ich  is  fol l o we d di re ct l y  by  sm al l  pul ses i s  p o ssi bl y   an i n di cat i on  o f  l eader  cha n g e s an d t h e n  f o l l owe d  by  t h e  r e t u r n   st ro ke wi t h o u t  t h e i n t e rm edi a te st age nam e d as B L   m odel .   The B L  m odel  of +C G  has  b een sh o w n i n   Fi gu re   3. O n e reas o n  f o r t h e  di spa r i t y  bet w een t h e s e  t w o m odel  of PB P i n  +C G m a y  be due t o  t h e di ffe rent  di st ances  fr om  obser vi n g  si t e , a s  i n  l a rge  di st an ce, s m al l  si gnal s  p r o d u ced  by   st eppe d l e a d er s  m a y  be n o t   de t ect ed ,   resu lting  in  an in term ed iate s t ag e. Howev e r, Tin g   Wu et  al. repo rted  th at  th e d i fferen ces b e tween  th ese two  m odel  of  PB P  m a y  be d u e t o   di ffe re nt  p h y s i cal  pr ocesses  o f   prel i m i n ary  b r eak d o w n   or  st eppe d l e a d er  [ 21] .   So m e ti mes, it is d i fficu lt to  d i fferen tiate th e  B, and   L  part s,  as  pul ses  at  t h e en d  of  t h e  t r a i n seem  t o   gra d ual l y  chan ge f r om  bi pol a r  t o  u n i p ol ar.  Suc h  an e x am pl e i s  gi ve n i n  Fi gu re 3.  It  can be see n  t h at   bef o re   about  − 1 0 m s , pul ses a r e cl earl y  bi pol a r , b u t  du ri n g   − 10 m s  to   − 1 0 . 50m s t i m e , pul ses see m  t o  be uni pol ar, an d   it is d i fficu lt t o  tell wh eth e r  th ey b e lo ng  to PBP o r  step pe d leader  pulses .  In s u ch cases , defi ning the end  of  PB P t r ai n i s  so m e how s u bject i v e, an d i t  al so  m a y  have up t o  0. 5m s erro r i n  cal cul a t i ng t h e d u rat i o n  of  PB P   train .           Fig u re  3 .  Flash No .  27 111 2.20 9 Th e sam p le wav e fo rm  with  po sitiv e an d neg a tiv e i n itial p o l arity d u ring +CG  co m p atib le with  BL m o d e l   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I S SN :  2 088 -87 08  IJEC E V o l .  6, No . 2, A p ri l  20 16   :    84 4 – 8 5 0   84 7 3. 3. T y pes  o f   PB P De tecte d   i n  Posi ti ve  Cl oud - t o - G r o un d L i gh tni n g    Oth e r th an  BIL and  BL m o d e ls,  o ppo site in itial p o l arities b e tween  PB P and  th e  fo ll o w i n g   return  stroke are  occa sionally observed [16,  19]. Therefore ,  PBP of +CG is classi fied into  four ty pes accordi n g to its  in itial p o l aritie s wh ich  are –PBP (20 % ), +PBP (15 % ),  PBP with  p o l arity rev e rsal (10 % ), and  PBP with   i rreg u l a r  pol a r i t y  (15% ).  Out   of t h e  2 0  fl as h e s, 8 fl as hes  o ccur r ed  wi t h ou t  any  PB P (4 0 % ). T w o  PB P  t r ai ns  h a d   PBP with   p o l arity rev e rsal. Th e first reg i on  m i g h t  co nsists o f  pu lses  with  po sitiv e in itial p o l arity an d  t h e  secon d  wit h  pu lses o f   n e gativ e in itial p o l arity an d  v i ce  v e rsa. Two  PB P train s  con t ain  pu re po sitive in itial   p u l se  (+PBP) an d   fo ur PBP train s  con t ain s   pu re  n e g a tiv e initial p u l se (-PBP). Th ere are on ly 3  cases t h at  PBP  train s   co n s ist p u l ses with   i r reg u l ar  po larity. Th e su mm ary o f  typ e s  of  PBP d e tected in  po sitiv e lightn i n g  in  relatio n   with  B I L an d BL m o d e l is as  shown in  Tab l e  1 .       Tab l e  1 .  Ty p e s of PBP d e tect ed  in po sitiv e l i g h t n i n g  in   relatio n   with  BIL an d BL m o d e l  Type of  PBP   -PBP   +PBP  PBP with  polar ity  rever s al  PBP with  ir r e gular  polar ity  W ithout PBP  BI L  2  2 -   2 -   BL  2  1  2  -   -   T o tal  4  3 2 3 8      Figure  2 s h ows a -PBP trai ns which is one of  the  m o st comm on pulse  trains t h at  precede +C G  flash e s. Th is PBP co n t ai n e d   p u l se  with  n e gativ e in itial p o l ar ity. It is n o ticed  th at fro m  Fig u re 2  and  3, if PBP  is v e ry stron g ,  th e fo llo wi n g   first return  st rok e  always  h a pp en aftera sho r t  ti m e ; o n  th e o t h e r  h a n d , if th ere is a  lo ng  wait b e tween  PBP an d th e first retu rn  strok e , th e PBP  m a y  b e  weak  co m p ared   with  th e return stro ke  (RS). As it can b e  seen  in   Figu re  2 ,  t h e lead i n g  edg e   o f  t h e  in itial h a lf cycle o f  t h e  – P BP  is relativ ely sm o o t h   com p ared t o  t h at  of the  puls es in the  othe r types  of  PB P  t r ai ns . Fi gu re  3  sh o w s t h at   PB P t r ai ns  ha d t w o   d i stin ct reg i o n s. Th e fi rst reg i on  h a s  p u l ses o f   p o s itiv e i n itial p o l arity an d  t h e second  reg i on  h a s  pu lses of  n e g a tiv e in itial p o l arity. Th e two  reg i on s with  p u l ses of  op po site p o l arity are g i v e n  in an  ex p a n d ed   ti m e   scal e. P u l s es i n  t h e  fi r s t  re gi on  are  ve ry  si m i l a r i n  pr o f i l e  t o  t h ose  o f   n a rr ow  bi pol a r   pul se  t r ai ns . T h e  pul se  p r o f ile of th e seco nd  reg i on  is so m e wh at si milar to  th at  of - P B P  t r ai ns i n  F i gu re 2. T h i s  F i gu re sh ow s t h at  t h e  mag n itu d e   o f  t h e  p u l ses in  t h e second  reg i on  is larg er th an th at in  t h e  first  reg i on .  A n  irregu lar i n itial p o l arity in  po sitiv e cloud-to -groun d lig htn i n g  is sh own   in  Figure  4 .             Fig u re  4 .  Flash No .  27 111 2.21 6 Th e sam p le wav e fo rm  with  irreg u l ar in itial p o l arity d u ring  +CG en larg e  co m p atib le with  BIL m o d e l      Som e  i rregul ar  pul se act i v i t y   i s  vi si bl e for a  few m i ll i s econds, eve n  aft e r t h e ret u rn st r o k e . Ho we ver,  [2 9]  has   o b s erv e d th at  in  a  nu m b er of  p o s itiv e ret u rn stro k e s,  a  pu lse  b u rst appeared immed i ately after th e retu rn   strok e , in  wh ich  case, th ere  was no  pu lse activ ity  i mme d i ately p r io r to  th e return  stroke. H e n c e, on e can no t   co nfid en tly co n c lud e , th at the p u l ses,  wh ich  app ear afte r  th e return  strok e  are con tinuatio n s  of th e resp ectiv e  PB P t r ai ns . Th e du rat i o n f r o m  t h e begi nni n g  o f  PB P t r ai n s  t o  ret u r n  st r o ke i n  Fi gu re  4  i s  73m s and t h e  m ean  wi dt h  of t h e  pul ses i s  4. 5µ s. The m ean  pul se se parat i on i s  1 1 µs. It  seem s t h at   t h i s  PB P t r ai ns can be   considere d  t o   be differe n t  from  ch ao tic p u l se train s  t h at  o c cu r m a in ly p r io r to  t h e  n e g a ti v e   retu rn   stroke.    Fi gu re  5 s h ow s t h e + P B P  t r ai ns  occ u r r ed  be fo re +C G. T h e  +PB P  a n d  − P B P i n  +C G  ha ve al m o st  t h e   sam e  ch aracteristics ex cep t  of th eir in itial p o l arity, and   i t  is sp ecu l ated th at d i fferen t  in itial p o l arities are  cause d by   di ff erent   di rect i o n s  of c h a nnel   pr opa gat i o n. T h e  PB P–R S   rat i o  fo r B I L a n d B L  m odel  +C G sho w n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J ECE   I S SN :  208 8-8 7 0 8       St at i s t i c al  A nal ysi s  o n  Prel i m i nar y Bre a k dow n P u l s es  of  P o s i t i ve C l oud -t o- Gro u n d  …   ( Z ul kur nai n A - M)   84 8 i n  fi g u r es  4 an d 3  are  0. 2 1  a n d 0 . 4 2 ,  w h i l e  t h e PB P – R S   rat i o f o r  -PB P  a n d +PB P  i n  Fi g u re  2 a n d 5  are  0. 43   an d 0.59 .Th i s  h a d sh ow n th at  th e  p eak v a l u e of  RS is stro ng er th an  PBP.          Fig u re  5 .  Flash No .   271 112 .25 4  Th e sam p le wav e fo rm  with  po sitiv e in itial po larity du ri ng  +CG      Th e ab sen ce of p r elim in ary b r eak down   pu lses in  po sitiv e  cl o ud-to -groun d  lig h t n i ng  was also   fo und .  Th is is sh own  in  Fig u re 6 .  Th e o s cillo sco p e was set to  sav e  th e sign als 1 5 0 m s b e fore th e trigg e ring  time to   capt u re t h e w h ol e PB P t r ai ns . As i t  i s  cl ear i n  Fi gu re 6 t h e fi rst  ret u rn s t ro ke ha ppe ne d at  15 0m s aft e r t h e   trig g e r tim e. Ho wev e r, t h ere is no   d e tectab le PBPs  b e fo re  t h e retur n   str o k e .  T h e retur n  s t ro ke hap p e n s with   no significa n t electric field change ot h e r than  th at o f  sm a ll step p e d  leader pu lse foun d p r ior to  th e retu rn  stroke.        Fi gu re  6.  Fl ash  N o .  2 8 1 1 1 2 . 1 6 4  T h e sam p l e  wave f o rm  wi t hout   PB Ps t r ai n s  d u ri ng  +C G       4.   CO NCL USI O N   B o t h  B I L a n d  B L   m odel s  o f   PB P we re f o un d i n  +C G an d  –C G.  H o w e ve r ,  t h e ch aract eri s t i c  of PB P   in  po sitiv e lig h t n i ng   was fou n d  to   b e  d i fferen t with  t h ose in  n e g a tiv e lig h t n i ng .  Acco rd ing  to  th ei r in itial  p o l arities, th e  PBP in po sitive CG ligh t n i ng  is classi fi ed   in to   fou r  typ e swh i ch  are–PB P, +PB P ,  PBP with  pol a r i t y  revers al , and PB P  wi t h  i rre g u l a r  pol ari t y . O u t  of t h e  20  fl ashes,  8 fl as he s, or  4 0 % o f   fl ashes ,   o ccurred   witho u t  an y PBP.  It is no ticed  t h at if PB P  is  v e ry stron g , the du ration   b e t w een PBP and RS is  sh ort.On  the oth e r h a nd , if t h ere is a lon g   wait b e twee n  PBP and  th e fi rst return  stroke, th e PBP is always  weak c o m p are d  with the RS. The PB P – R S  rat i o  f o r B I L  and B L  m ode l s  are 0. 21 a n d 0 . 4 2 ,  respe c t i v el y ,   wh ile th e  PBP– RS ratio fo r  -PBP and  +PBP are 0.43  an d  0 . 5 9 ,  respect i v el y .  Fo r t w o di st i n ct  regi on s o f   PB P,   resu lts sh ow th at th e m a g n itu d e   o f  t h e pu l s es in  th e secon d   reg i o n , wh i c h  h a s a  n e gativ e po larity, is larg er  th an  t h at in  the first reg i on   (p o s itiv e  po larity). Sev e ral  p o sitiv e lig h t n i ng flash e s  o c cu rred  wit h ou t an y  PBP  pr ocess .  The e ffect  o f  ge og ra phi cal  re gi o n  m a y  al so caus e  t h e obse r ve d  di ffe rences i n  t h e cl oud  di sc har g e   pr ocesses i n cl udi ng t h e t y pes of PB P .  M o re st u d i e s are  neede d  t o   det e rm i n e t h e rel a ti ons hi p  bet w e e n t h e   retur n   stro ke a n d  PBP.       ACKNOWLE DGE M ENTS  Au t h ors  wish  to  th an k Un iversiti Malaysia  Perlis   (Un i map ) ,  Min i stry o f  Edu cation  (MOE),  and  Un i v ersiti Tekn o l o g i  Malaysia (Research   Vo te  No . 4F291   an d 10H61) for th e fin a n c ial  aid .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I S SN :  2 088 -87 08  IJEC E V o l .  6, No . 2, A p ri l  20 16   :    84 4 – 8 5 0   84 9 REFERE NC ES   [1]   T.H. Z e ng , et  a l . , "Stud y  on Lightning Intrudin g  Overvolta g e  in Yantan Exten s ion Substation,"  TE LKOMNIK A   Indonesian Jour nal of Elec trical Engineering,  vol. 12 , pp . 2458-2 464, 2014 .  [2]   M. J.  Murphy , et  al. , " L ightn i n g  charg e   anal ys es  in s m all  Convect ion and  P r ecip ita tion  Ele c t r ific ation  (CaP E )   experiment stor ms,"  Journal of  Geophysical Rese arch: Atmospheres ( 1984–2 012) ,  vol. 101, pp. 29615-29626 ,  1996.  [3]   N. Clar ence  and  D. Malan, "P reliminar y  disch a rg e processes  in  lightning f l ashes to ground,"  Quar terly Journal o f   the  Royal Meteo r ological Society,  vol. 83 , pp . 161 -172, 1957 .  [4]   W .  Beas l e y , e t  al . , "El ect ric  fi eld s  preced ing  clou d-to-ground l i gh tning f l ashes,"  Journal of Geoph ysical Resear ch:  Oceans ( 1978–2012) ,  vol. 87 , pp . 4883-4902 , 19 82.  [5]   M. Brook, "Breakdown electric  f i elds in  winter storms,"  Res. L e tt.  Atmos.  El ectr ,   v o l. 12 , pp . 47-52 , 1992 .  [6]   C. Gom e s and V. Cooray , "R adiation fi eld pulses  associat ed with t h e init iat i on of p o sitive cloud to  ground lightning   flashes,"  Journal of a t mospheric  and  solar-terrestrial physics,  vo l. 66, pp. 1047-10 55, 2004 .  [7]   J. S.  Mä ke lä , et al. , "Properties of preliminar y  breakdown  processes in Scandi navian lightning,"  Journal of  Atmospheric and  Solar-T e rre strial Phy s ic s,  vol. 7 0 , pp . 2041-205 2, 2008 .  [8]   A. Nag and  V.A .  Rakov , "Electric field  pu lse tr ains occurring  prior to th e f i rst str oke in  negative  cloud-to-ground   lightning ,"  Electromagnetic Com patibility , I E EE  Transactions on,  vol. 51, pp. 147 -150, 2009 .  [9]   Z.A. B a harud i n , et  al. , "Comparative stud y   on pr eliminar y  br eakd o wn pul se tr ains  observed  in Joh o r, Malay s ia  and  Florida, USA, "  Atmosphe ric  re s e arc h ,   vo l. 117,  pp. 111-121 , 20 12.  [10]   Z.A. B a harudin , et al. , " E lectr i c field  chang e s generated b y   the  pr eliminar y  br eakdown for the n e gative  cloud-to - ground lightn i ng  flashes in  Malay s ia and Swed en ,"  Journal o f  Atmospheric and S o lar-Terrestrial Physics,  vol. 84,  pp. 15-24 , 2012 .  [11]   K. M e hranzam i r , et al. , "Comparative stud y   of lightning models w ith lightn i ng discharg es in Mala y s ia ," i n   Electrica l  Insula tion and  Dielectric Ph enomena ( C EIDP) ,  2013 I EEE Conferen ce on , pp. 1085-10 88, 2013 .  [12]   B. Salim i , et al. ,  "Statisti cal  Ana l y s is of  Ligh tnin g Ele c tr ic Fi eld  Measured Under  Equator i a l  Reg i on Condition , "  Pr ocedia  T echn o logy,   vol. 11 , p p . 525-531 , 201 3.  [13]   Z.A.M.C . L. Wooi, Noor Azlind a Ahma d, Mehr dad Mokhtari  an d Amir Hesam  Khavaridsa, "A Review of Recent  Studies on Positive Lightning ,"  Applied  Mecha n ics and Materia l s,  In pre ss.  [14]   Q.  Li , et  a l . , "Transform of Lightning Electro m agne tic Pulses  Based on Lap l ace Wavelet,"  TE LKOMNIKA  Indonesian Jour nal of Elec trical Engineering,  vol. 11 , pp . 4911-4 917, 2013 .  [15]   C. Schumann , et al. , "El e ctric f i elds changes pro duced b y   positiv es cloud-to-grou nd lightning fl ashes,"  Journal of  Atmospheric and  Solar-T e rre strial Phy s ic s,  vol. 9 2 , pp . 37-42 , 20 13.  [16]   A. Nag and V. A. Rakov, "Positiv e l i ghtning : An overview, new  observations, and inferen c es,"  Journal of  Geophysical Research:  Atmospheres ( 1984–2012 ),  vol. 117 , p .  D0 8109, 2012 .  [17]   E. P i er ce , "El e c t ros t ati c  fi eld-ch anges due to  lightning discharg es,"  Quarterly Jour nal of th e Ro yal  Meteorolog ical  Socie ty,   vol. 81 ,  pp. 211-228 , 19 55.  [18]   Z.A. B a harudin , et al. , "E le ctri c  field  chang e s genera ted b y  pr el im inar y breakdo wn pulse for positive l i ghtnin g   ground flashes  in Sweden."   [19]   T. O. Ushio , et  a l . , " E lectr i c f i elds of in itial br eakd o wn in positive  ground flash,"   Journal of Geoph ysical Resear ch:   Atmospheres ( 1984–2012) ,  vol. 1 03, pp . 14135-1 4139, 1998 .  [20]   A. Nag and V.A. Rakov, "Som e  inferen ces  on the role of lower positive ch arge region in facil i t a ti ng different t y p e s   of ligh t ning,"   Geophysical Res e a r ch Letters,  vol. 36,  2009 .  [21]   T. W u , et al. , " P reliminar y  br eakdown pulses  of cloud- to-grou nd  lightn i ng in   winter  thunderstorms in Japan,"  Journal of Atmo spheric and So la r-Terrestrial Physics,  vo l. 102, p p . 91-98 , 2013 .  [22]   Z.A. B a harudin , et al. , "E le ctri c  field  chang e s genera ted b y  pr el im inar y breakdo wn pulse for positive l i ghtnin g   ground flashes  in Sweden," 201 4.  [23]   C.L. Wooi , et al. , "A Com p arat ive Stud y  on th e Positive Light ning Return Stroke Ele c tri c  Fie l ds in Different   Meteorolog ical Conditions,"  Ad vances in  M e teo r ology,  vo l. 201 5, p .  12 , 2015 .  [24]   N.  Azlinda Ahmad , e t  al. , "The first electric field pulse of cl oud and cloud-to-grou nd lightning discharges,"  Journa l  of Atmospheric  and Solar-T errestrial Ph ysics,  v o l. 72 , pp . 143-1 50, 2010 .  [25]   N.  Azlinda Ahmad , et al. , "Char a cter istics of narr ow bipol ar pulses observed in Malay s ia,"  Journal of Atmospheric  and Solar-Terrestrial Ph ysics,  v o l. 72 , pp . 534-5 40, 2010 .  [26]   B. Salim i , et al. , "Statistical analy s is of lightning  electric  field measured under  Malay s ian cond ition,"  Asia-Pa c if ic  Journal of Atmo spheric Scien ces ,  vol. 50 , pp . 133 -137, 2014 .  [27]   Z.A. Baharud i n,  "Characteri zatio ns of ground f l as hes from tropic to northern  reg i o n ," 2014.  [28]   A. Nag and V.A. Rakov,  "Pulse trains that are  ch aracteristic of  pr eliminar y  br eakd o wn in cloud-to- g round lightnin g   but ar e no t follo w ed b y  r e turn stroke pulses,"   Jo urnal of Geoph ysical  Re search:  Atmospheres  ( 1984–2012) ,  vol.  113, 2008 .  [29]   V. Coora y , "Further cha r ac ter i sti c s of positiv e ra diation f i elds fro m  lightning in Sweden,"  Journal of Geophysical  Research: Atmospheres  ( 1984–2012) ,  vol. 89 , pp .  11807-11815, 1 984.            Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J ECE   I S SN :  208 8-8 7 0 8       St at i s t i c al  A nal ysi s  o n  Prel i m i nar y Bre a k dow n P u l s es  of  P o s i t i ve C l oud -t o- Gro u n d  …   ( Z ul kur nai n A - M)   85 0 BIOGRAP HI ES OF  AUTH ORS       Chin-Leong Wooi received th e  B.Sc. degr ee in  electrical  and electron i c eng i neering from the  Universiti Malaysia Sabah ,  Mala y s ia,  in 2011 , th e M.E. d e gree in  electr i cal  engin eering  from th e  Universiti Tekn ologi  Mal a y s ia, Johor,  Malay s i a ,  in 2013,  and is  current l y  pursu ing the Ph.D.  degree in e l e c tr ica l  engine ering  at the Ins titut e  of High Voltage and High Current (IVAT),  Universiti T e kn ologi Mala ysi a .  His research i n te rest in clud es the high volt a ge engine ering ,   ele c trom agnet i c   field  and  ligh t ni ng m eas urem ent .             Z. Abdul-Malek  received th e B . E. d e greein electrical  and  computer s y stems from Monash   University , Melbourne, Australia, in 1989,  the  M. Sc.degr ee in  electri cal and  electromagnetic  engineering with  industrial appli cations from the University  of  Wa les Cardiff,  Cardiff, U.K., i n   1995 and th e Ph .D.degr ee  in hig h  voltag e  eng i neer ing from Card iff University , Cardiff, U.K .,  in  1999. He was a Lecturer with U n iversiti  Teknol ogi  Malay s ia (U TM) for 25  y ear s, where he is  currently a Professor of  High Vo ltag e  Engineerin gwith  the Faculty  of Electrical Engineer ing. He  is currentl y   the  Director of th eIn s titute of Hi gh V o ltag e  and High  Current (IVAT),  UTM. He has  publishedtwo bo oks, and has authored and co- a uthor ed more than  100 papers in v a rioustechnical  journals and  con f erence proceed ings. His research  inter e sts inclu d ehigh-vol ta ge  inst rume nt a t i o n,   lightning protection, detection  a nd warning s y stems, partial d i s c harges , n a no diel ectr i cs , and   condition monitoring of power equipment. Dr.  Abdul-Malek  is actively   invo lved in man y   nation a l committees. He is the  Chairman, Wo r k ing Group on High-Voltage  an d High-Current  Test Te chniques .  He is also a m e m b er of IEC Certifi cat ion Bod y  Manag e m e nt Com m ittee ,   Techn i cal Com m ittee on High   Voltage Power  Transm ission,  Working Group  on High Volt age   Switchgear and Controlgears,  Technical  Working   Group for Electrical Test ing, an d  Department  of Standards IEC 17025 Technical Assessors. He is  amember of  the Power  and  Energ y  Society ,   Diele c tri c s  and   Ele c tri cal  Ins u la t i on S o ci et y,  and   CIGRE.           Noor Azlinda Ahm a d received  her B.Eng. (E le ct ri cal) and M .   Eng. (El ectr i c a l)  Degree from  Universiti Tekn ologi Malay s ia  in 2001 and 20 03,  respect ivel y. She com p leted her PhD in  Atmospheric Discharge from Uppsala  University , Sweden in 2011. At present she  is a lecturer  at  Institute of High  Voltage and Hi gh Current  (IVAT) Universiti  Teknologi Malay s ia. Her m a jor  res earch  in teres t s  are  ligh t ning pr otec tion,  m eas ur em ent,  det ect ion  and  char ac teri za tion.                 M. Mokhtari  received  the B . Sc.  degree in  electr ical  engin eering   from the Univer sity  of Science  and Technolog y, Tehran , Ir an,  in 2003, the M.E.  degr ee in  electr i cal  engineering from the  Universiti Tekn ologi  Mal a y s ia, Johor,  Malay s i a ,  in 2013,  and is  current l y  pursu ing the Ph.D.  degree in e l e c tr ica l  engine ering  at the Ins titut e  of High Voltage and High Current (IVAT),  Universiti  Tekn ologi Mal a y s ia .  His research  int e re st  includ es th e high vo lt age  e ngineer ing,  the   power s y stem tr ansient simulatio n , software  dev e lopment for high -frequency  grou nding s y stems,  and insulation  coordination .           B. S a lim i rece iv ed the B.S c . de gree in el ectr i c a l   engine ering fr om  the Azad Univers i t y  (S aveh  Branch), Ir an, in  2008, the M.E .   degree in  elec tr i cal eng i neering  from  the Universiti Tekno logi  Malay s ia, Johor , Malay s ia, in 2 011, and  is curr ently  pursuing  the Ph.D.  d e gree in electrical  engine ering at t h e  Institu te   of High  Voltag e   a nd High Curren t  (IVAT), Univ ersiti  Tekno logi   M a la y s ia . His  r e s earch  int e res t  includ es  the  L i ghtning Dis c h a rges , power s y s t em  trans i en t  sim u lation,  and  i n sulation  coordi nation .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.