УСТРОЙСТВО РЕГИСТРАЦИИ ТОКА МОЛНИИ

Полезная модель относится к области прикладной электротехники, в частности к устройствам регистрации тока, протекающего через опоры воздушных линий электропередачи (ВЛ) при прямых ударах молнии.
Устройство регистрации тока молнии позволит определять амплитуду и временные параметры компонентов тока молнии при ударе молнии в опору ВЛ и затем сохранять их в виде информационных блоков в энергонезависимой памяти. Устройство регистрации тока молнии устанавливается непосредственно на опору ВЛ и работает автономно в течение всего грозового сезона в режимах, обеспечивающих минимальный расход энергии.
Из уровня техники известно устройство регистрации тока молнии (см. пат RU 1816121 C1, 19.06.1995), включающее радиолокационную станцию, блок определения длительности отраженного сигнала, блок кодирования, генератор кодов эталонных длительностей, блок сравнения кодов и индикатор. Однако данное устройство обладает низкой точностью определения параметров молнии.
Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение точности определения параметров молнии при снижении энергозатрат автономного источника питания, а также упрощение эксплуатационно-технического обслуживания регистратора молнии.
Технический результат достигается тем, что устройство регистрации тока молнии содержит датчик тока молнии, модуль преобразования и записи данных, модуль быстродействующей памяти, модуль энергонезависимой памяти, модуль обмена данными, модуль контроля грозовой обстановки, модуль управления режимами и модуль регистрации тока молнии, причем выходы датчика тока молнии соединены с входами модуля регистрации тока молнии и модуля преобразования и записи данных, модуль регистрации тока молнии связан с модулем управления режимами, вход которого соединен с выходом модуля контроля грозовой обстановки, выход модуля преобразования и записи данных соединен с входом модуля быстродействующей памяти, выход которого соединен с входом модуля энергонезависимой памяти, модуль управления режимами связан с модулем преобразования и записи данных, модулем быстродействующей памяти и модулем энергонезависимой памяти, выход которого соединен с входом модуля обмена данными.
На фиг.1 дана функциональная схема устройства регистрации тока молнии. Устройство содержит связанные между собой электрическими цепями датчик тока молнии 1, в качестве которого может быть использован, например, пояс Роговского, модуль регистрации тока молнии 2, модуль преобразования и записи данных 3, модуль управления режимами 4, модуль быстродействующей памяти 5, модуль контроля грозовой обстановки 6, модуль энергонезависимой памяти 7, модуль обмена данными 8. Выходы датчика тока молнии 1 соединены с входами модуля регистрации тока молнии 2 и модуля преобразования и записи данных 3. Модуль регистрации тока молнии 2 связан электрическими цепями с модулем управления режимами 4, а выход модуля преобразования и записи данных 3 соединен с входом модуля быстродействующей памяти 5. Выход модуля контроля грозовой обстановки 6 соединен с входом модуля управления режимами 4, который связан электрическими цепями с модулем преобразования и записи данных 3, модулем быстродействующей памяти 5 и модулем энергонезависимой памяти 7, вход которого соединен с выходом модуля быстродействующей памяти 5. Вход модуля обмена данными 8 соединен с выходом модуля энергонезависимой памяти 7.
В заявленной полезной модели реализован принцип экономии электроэнергии, остро необходимый для автоматических устройств с автономным источником питания. Это обусловлено тем обстоятельством, что в течение грозового сезона, длящегося в средней полосе России 6-7 месяцев, число часов с грозой, как правило, не превышает 60. Если автоматически переводить прибор из "спящего" в рабочее состояние только в грозовой обстановке, потребление электроэнергии снизится не менее чем в 50 раз. Это обстоятельство учтено при построении функциональной схемы, представленной на фиг.1.
Работа устройства происходит в 4-х режимах.
В наиболее длительном режиме 1 (режим "сна"), когда отсутствует электромагнитное поле от близких разрядов молнии, в рабочем состоянии находятся только модуль контроля грозовой обстановки 6 и модуль управления режимами 4. Энергопотребление устройства в режиме 1 крайне низкое, в пределах долей милливатта. Именно в таком состоянии оно проводит около 98% всего времени грозового сезона.
При возникновении грозовой ситуации (режим 2) электрическая составляющая электромагнитного поля от близких разрядов молнии воспринимается антенной, входящей в модуль контроля грозовой обстановки 6, который через модуль управления режимами 4 переводит в рабочее состояние модуль регистрации тока молнии 2, а также модуль преобразования и записи данных 3, производящий оцифровку сигналов, поступающих от датчика тока молнии 1. Теперь, в режиме 2, модуль преобразования и записи данных 3 ведет запись в собственную буферную память всей (в т.ч. и нулевой) информации, поступающей от датчика тока молнии 1. Запись осуществляется циклически - по мере заполнения буферной памяти вместо ранее записанных данных фиксируются новые. Такой процесс продолжается в течение всей грозы, пока в зоне контроля грозовой обстановки будет происходить хотя бы один удар молнии в течение каждых 5 мин. Энергопотребление прибора в режиме 2 на два порядка выше, чем в режиме 1, однако, как уже было указано, в целом по времени этот режим занимает очень малую часть грозового сезона.
В случае удара молнии в опору ВЛ устройство переходит в режим 3, в котором осуществляется запись полезного сигнала. Момент перехода в этот режим определяется модулем регистрации тока молнии 2, который следит за сигналом на выходе датчика тока молнии 1, пропорциональным току молнии. Превышение установленного порога означает, что ток молнии стал больше минимального контролируемого значения и потому запись о нем должна быть сохранена. Для этого модуль управления режимами 4 формирует команду, прерывающую циклическую запись в буферную память модуля преобразования и записи данных 3 после ее заполнения, и вводит в работу модуль быстродействующей памяти 5, куда в течение нескольких миллисекунд переписывается полезная информация. Эта быстрая перезапись очень важна, потому что надо успеть снять запрет на циклическую запись информации в буферную память модуля преобразования и записи данных 3, чтобы не пропустить фиксации ударов тока последующих компонентов молнии. При их обнаружении описанная последовательность операций повторяется отдельно для каждого компонента. Режим 3 продолжается в течение 1 с, чего практически достаточно для регистрации импульсных токов всех компонентов разряда молнии.
После регистрации токов всех компонентов молнии прибор переходит в режим 4, где осуществляется перезапись информации об очередном ударе молнии из модуля быстродействующей памяти 5 в модуль энергонезависимой памяти 7, в котором информация о зарегистрированном токе молнии может сохраняться неограниченно долго. Завершение процесса перезаписи возвращает модули устройства в режим 2, в котором они готовы к регистрации очередного удара молнии.
Возвращение прибора в режим 1 (режим "сна") с минимальным энергопотреблением произойдет, когда интервалы между близкими разрядами молнии превысят 5 мин. (фактически - при завершении грозы).
Данные о зарегистрированных за грозовой сезон токах молнии могут быть считаны (с целью ее последующей обработки и технического использования) через внешний интерфейс, входящий в состав модуля обмена данными 8.
Использование изобретения позволит повысить точность определения параметров молнии при снижении энергозатрат автономного источника питания, а также упростить эксплуатационно-техническое обслуживание регистратора молнии.