Создание системы регистрации тока молнии на опорах ВЛ 220 кВ

Page 1
background image

Page 2
background image

74

СЕТИ

РОССИИ

воздушные ЛЭП

воздушные ЛЭП

О

дним

 

из

 

показателей

 

на

-

дёжности

 

воздушных

 

линий

 

электропередачи

 

(

ВЛ

является

 

их

 

грозо

-

упорность

ВЛ

 

имеют

 

большую

 

про

-

тяжённость

 

и

 

высоту

что

 

делает

 

их

 

весьма

 

уязвимыми

 

для

 

воздей

-

ствия

 

молнии

Для

 

анализа

 

и

 

раз

-

работки

 

системы

 

молниезащиты

 

и

 

мероприятий

 

по

 

её

 

совершенство

-

ванию

 

необходима

 

совокупность

 

множества

 

параметров

 [1], 

кото

-

рые

 

сложно

 

даже

 

перечислить

но

 

особое

 

значение

 

среди

 

них

 

имеют

 

данные

 

о

 

токах

 

молнии

Накоплен

-

ная

 

в

 

настоящее

 

время

 

и

 

исполь

-

зуемая

 

в

 

расчётах

 

статистика

 

за

-

регистрированных

 

токов

 

молнии

 

опирается

 

в

 

основном

 

на

 

данные

 

исследований

 

в

 

Италии

  (

Бергер

при

 

ударах

 

молнии

 

в

 

специально

 

оборудованные

 

вышки

Достовер

-

ные

 

данные

 

о

 

токах

 

молнии

 

и

 

их

 

характеристиках

возникающих

 

в

 

реальных

 

объектах

подвергшихся

 

грозовому

 

воздействию

в

 

частно

-

сти

 

объектах

 

энергетики

практиче

-

ски

 

отсутствуют

Прежде

 

всего

 

это

 

связано

 

с

 

отсутствием

 

доступных

 

по

 

ценам

 

и

 

имеющих

 

удовлетво

-

рительные

 

параметры

 

датчиков

 

тока

 

молнии

позволяющих

 

реги

-

стрировать

 

необходимые

 

данные

 

локальных

 

ударов

 

молнии

 

в

 

опоры

 

ВЛ

тросы

 

или

 

фазные

 

провода

 

и

 

от

-

дельные

 

конструктивные

 

элементы

 

подстанций

 (

ПС

).

В

 

этой

 

статье

 

кратко

 

представ

-

лена

 

работа

 

по

 

созданию

 

таких

 

ло

-

кальных

 

устройств

 

регистрации

 

тока

 

молнии

их

 

возможному

 

примене

-

нию

 

и

 

перспективах

 

дальнейших

 

разработок

 

в

 

этой

 

области

.

ПРОБЛЕМЫ

 

ИЗМЕРЕНИЯ

 

ТОКА

 

НА

 

ОПОРАХ

 

ВЛ

Рассматриваются

 

типичные

 

физико

-

технические

 

условия

при

 

которых

 

должна

 

работать

 

система

 

регистрации

 

тока

 

молнии

 [1, 2].

Основные

 

параметры

 

разряда

 

(

из

 

различных

 

источников

):

• 

средняя

 

величина

 

амплитуды

 

тока

 

молнии

 — 30 

кА

;

• 

количество

 

компонент

 — 3—5;

• 

средний

 

интервал

 

между

 

компо

-

нентами

 — 60 

мс

;

• 

длительность

 

фронта

 — 1—5 

мкс

;

• 

длительность

 

тока

 

молнии

 

по

 

РД

 

[1, 2] — 20—50 

мкс

;

• 

средний

 

заряд

 — 20 

Кл

.

Создание системы 

регистрации тока 

молнии на опорах

 ВЛ 220 кВ

Эдуард БАЗЕЛЯН, заведующий лабораторией

 математического моделирования электрофизических процессов

 ОАО «ЭНИН им. Г.М. Кржижановского», д.т.н., 

Алексей КОЗЛОВ, инженер-программист,

 Александр КОЗЛОВ, начальник отдела 

экспериментальных исследований,

 Сергей КОЗЛОВ, инженер-конструктор,

 Андрей ЧУЛКОВ, генеральный директор,

ЗАО «Специальные энергетические технологии»,

Алексей ШУРУПОВ, директор Шатурского филиала

 Объединённого института высоких температур РАН, к.ф-м.н.


Page 3
background image

75

№ 6 (15), ноябрь-декабрь, 2012

*

  

зависит

 

от

 

конструктивных

 

особен

-

ностей

 

опор

 

ВЛ

например

 

для

 

желе

-

зобетонных

 

опор

 

типа

 

ПСБ

220-11 

значение

 

этого

 

параметра

 — 2, 

для

 

металлических

 

опор

 

типа

 

П

_

МОД

1(220) («

рюмка

» 

с

 

растяжка

-

ми

) — 6.

Наименование

 

параметра

Ед

измер

.

Знач

.

Диапазон

 

амплитуд

 

импульса

 

тока

 

регистрируемых

 

ДТМ

кА

1—70

Длительность

 

импульса

 

тока

 

регистрируемого

 

ДТМ

мкс

20—500

Регистрация

 

биполярных

 

импульсов

 

тока

да

Автономный

 

ресурс

 

работы

 (

АРР

без

 

замены

 

источников

 

питания

не

 

менее

месяц

6

Фиксация

 

времени

 

и

 

даты

 

разряда

 

молнии

 

за

 

период

 

АРР

с

 

точностью

 

не

 

менее

 %

0,01

Временное

 

разрешение

 

записываемых

 

данных

 

на

 

фронте

 

тока

 

(

дискретность

 

преобразования

), 

не

 

более

мкс

0,05

Разрядность

 

преобразования

 

регистрируемых

 

данных

не

 

менее

бит

12

Хранение

 

данных

 

о

 

количестве

 

компонент

 

разрядов

 

молнии

не

 

менее

32

Работоспособность

 

в

 

температурном

 

диапазоне

С

-10 +40

Табл

. 1. 

Основные

 

требования

 

к

 

датчику

 

тока

 

молнии

Условия

 

измерения

 

тока

:

• 

железобетонные

 

или

 

металличе

-

ские

 

опоры

;

• 

количество

 

ветвлений

 

тока

 

мол

-

нии

 

по

 

конструктивным

 

элемен

-

там

 1—6

*

;

• 

отсутствие

 

стационарного

 

элек

-

тропитания

;

• 

высокий

 

уровень

 

электромаг

-

нитных

 

помех

;

• 

необходимость

 

обеспечения

 

вандалозащищённости

.

СУЩЕСТВУЮЩИЕ

 

МЕТОДЫ

 

РЕГИСТРАЦИИ

 

ЛОКАЛЬНЫХ

 

РАЗРЯДОВ

Существующие

 

методы

 

доста

-

точно

 

ограничены

 

и

 

представлены

 

в

 

основном

 

счётчиками

 

разрядов

 

и

 

пиковыми

 

детекторами

в

 

которых

как

 

правило

производится

 

измере

-

ние

  (

фиксация

амплитудных

 

зна

-

чений

 

тока

 

и

 

полного

 

заряда

 [3, 4]. 

Кроме

 

того

эти

 

устройства

 

либо

 

достаточно

 

энергоёмки

 

и

 

требуют

 

подключения

 

к

 

сетям

 

энергоснаб

-

жения

либо

 

требуют

 

специального

 

оборудования

 

для

 

считывания

 

дан

-

ных

Датчики

 

для

 

измерения

 

полно

-

го

 

профиля

 

тока

 

молнии

 

с

 

необхо

-

димым

 

временным

 

разрешением

 

разрабатываются

 

и

 

изготавливают

-

ся

 

в

 

единичных

 

экземплярах

 

в

 

ис

-

следовательских

 

целях

.

ИСХОДНЫЕ

 

ПАРАМЕТРЫ

 

ДАТЧИКА

 

ТОКА

 

МОЛНИИ

 

(

ДТМ

)

Основные

 

технические

 

требова

-

ния

 

к

 

датчику

 

тока

 

молнии

 

представ

-

лены

 

в

 

табл

. 1.

РАЗРАБОТКА

 

И

 

СОЗДАНИЕ

 

ДАТЧИКА

 

ТОКА

 

МОЛНИИ

Поскольку

 

структура

 

современ

-

ного

 

автономного

 

датчика

способ

-

ного

 

зарегистрировать

оцифровать

 

и

 

сохранить

 

данные

достаточно

 

очевидна

:

• 

первичный

 

преобразователь

 

тока

;

• 

нормирующий

 

усилитель

;

• 

быстродействующий

 

АЦП

;

• 

процессор

 

первичной

 

обработ

-

ки

 

данных

 

и

 

управления

 

режи

-

мами

;

• 

память

 

для

 

хранения

 

данных

;

• 

система

 

энергопитания

— 

основной

 

задачей

 

разработки

 

ста

-

ло

 

обеспечение

 

заданной

 

автоном

-

ности

 

устройства

Решение

 

которой

 

в

 

той

 

или

 

иной

 

степени

 

определяло

 

выбор

 

и

 

способ

 

реализации

 

всех

 

основных

 

модулей

 

системы

.

Приводим

 

краткие

 

пояснения

 

к

 

выбору

 

основных

 

компонентов

 

си

-

стемы

.

ПЕРВИЧНЫЙ

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

 

ТОКА

 

МОЛНИИ

Из

 

табл

. 1 

следует

что

 

необходи

-

мо

 

обеспечить

 

полосу

 

пропускания

 

первичного

 

датчика

 0,5—4000 

кГц

Условия

 

применения

 

ДТМ

 

наклады

-

вают

 

дополнительные

 

ограничения

 

на

 

первичный

 

преобразователь

а

 

именно

 

снижение

 

энергопотре

-

бления

 

до

 

минимально

 

возможных

 

значений

По

 

этой

 

причине

 

боль

-

шинство

 

активных

 

датчиков

по

-

зволяющих

 

измерять

 

магнитное

 

поле

 

тока

протекающего

 

по

 

эле

-

ментам

 

конструкции

не

 

удовлет

-

воряют

 

этому

 

условию

Например

типичный

 

датчик

основанный

 

на

 

эффекте

 

Холла

с

 

максимальным

 

быстродействием

 (

Т

ф

 ~ 3 

мкс

имеет

 

потребление

 

несколько

 

мА

 

при

 

на

-

пряжении

 

питания

 5—10 

В

Легко

 

увидеть

что

 

за

 

период

 

автономной

 

работы

 

ДТМ

 

для

 

такого

 

датчика

 

по

-

требуется

 

дополнительный

 

элемент

 

питания

 

ёмкостью

 

не

 

менее

 12 

А

·

ч

Стоит

 

подчеркнуть

что

 

полоса

 

про

-

пускания

 

в

 

области

 

верхних

 

частот

 

при

 

этом

 

будет

 

снижена

 

более

 

чем

 

в

 10 

раз

.

Оптические

 

датчики

основан

-

ные

 

на

 

эффекте

 

Фарадея

датчики

 

на

 

основе

 

магниторезистивного

 

эф

-

фекта

включая

 GMR, 

также

 

облада

-

ют

 

рядом

 

недостатков

приводящих

 

к

 

существенному

 

усложнению

 

и

 

удо

-

рожанию

 

системы

 [5].

Всё

 

вышеперечисленное

 

при

-

водит

 

к

 

выводу

 

о

 

том

что

 

следует

 

выбрать

 

в

 

качестве

 

первичного

 

датчика

 

тока

 

пояс

 

Роговского

 

с

 

внешней

 

интегрирующей

 RC-

цепочкой

 

на

 

дискретных

 

эле

-

ментах

которая

 

дополнительно

 

включает

 

элементы

 

защиты

 

элек

-

тронных

 

цепей

 

от

 

возможных

 

пе

-

ренапряжений

.

ВЫБОР

 

АНАЛОГОВО

-

ЦИФРОВОГО

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

 (

АЦП

)

Учитывая

что

 

современные

 

эко

-

номичные

 

микроконтроллеры

 

не

 

имеют

 

встроенных

 

АЦП

 

необходи

-

мого

 

быстродействия

рассматри

-

вался

 

вариант

 

построения

 

систе

-

мы

 

на

 

отдельном

 

дискретном

 

чипе

 

АЦП

.

Главный

 

недостаток

 

быстродей

-

ствующих

 

АЦП

 — 

высокая

 

мощность

 

потребления

которая

 

обычно

 

со

-

ставляет

 

несколько

 

сотен

 

мВт

 

при

 

частоте

 

выборок

 

от

 20 

МГц

По

 

этому

 

параметру

 

среди

 

многообра

-

зия

 

производителей

 

безусловным

 

лидером

 

является

 

фирма

 Analog 

Device 

с

 

одной

 

из

 

последних

 

раз

-

работок

 — AD9629 (45 

мВт

 

при

 

20 

МГц

), — 

что

 

и

 

определило

 

наш

 

выбор

.


Page 4
background image

76

СЕТИ РОССИИ

ПРОЦЕССОР

 

ПЕРВИЧНОЙ

 

ОБРАБОТКИ

 

ДАННЫХ

 

И

 

УПРАВЛЕНИЯ

 

РЕЖИМАМИ

Жёсткие

 

временные

 

параме

-

тры

связанные

 

с

 

необходимостью

 

управления

 

потоками

 

данных

 

более

 

20 MIPS 

при

 

минимально

 

возмож

-

ном

 

энергопотреблении

определи

-

ли

 

выбор

 

основного

 

управляющего

 

процессора

 — 

предпочтение

 

было

 

отдано

 ARM Cortex-M3 LPC 1759.

При

 

решении

 

задачи

 

сниже

-

ния

 

энергопотребления

 

системы

 

за

 

счёт

 

реализации

 

эффективных

 

алгоритмов

 

управления

 

режимами

 

энергосбережения

 («

сна

») 

и

 

обеспе

-

чения

 

дополнительных

 

сервисных

 

функций

 

возникла

 

необходимость

 

включения

 

в

 

структуру

 

системы

 

процессора

 MSP430F2410, 

харак

-

теризующегося

 

низким

 

энергопо

-

треблением

основное

 

назначение

 

которого

 

заключается

 

в

:

• 

управлении

 

режимами

 

энер

-

госбережения

 («

сна

») 

основных

 

модулей

 

системы

;

• 

контроле

 

работоспособности

 

системы

;

• 

управлении

 

режимом

 

обмена

 

данными

 

с

 

внешними

 

устрой

-

ствами

;

• 

обработке

 

и

 

записи

 

дополни

-

тельных

 

сервисных

 

параметров

 

системы

.

Рис

. 1. 

Блок

-

схема

 

ДТМ

стемы

 

в

 

течение

 

двух

-

трех

 

недель

Учитывая

что

 

время

 

автономной

 

работы

 

ДТМ

 

должно

 

составлять

 

не

 

менее

 6 

месяцев

возникла

 

необхо

-

димость

 

обеспечения

 

дополнитель

-

ного

 

питания

необходимого

 

для

 

пе

-

риодической

 

подзарядки

 

основного

 

аккумулятора

Очевидным

 

решени

-

ем

 

при

 

выборе

 

системы

 

дополни

-

тельного

 

питания

 

стало

 

применение

 

солнечной

 

батареи

Предваритель

-

ная

 

оценка

 

метеоусловий

 

для

 

пе

-

риода

 

май

-

октябрь

 

в

 

зоне

 

примене

-

ния

 

датчиков

 

показала

 

достаточно

 

высокую

 

эффективность

 

солнечных

 

батарей

  (

изготовитель

 

ООО

  «

Альт

-

Энергия

», 

Анапа

).

БЛОК

-

СХЕМА

 

ДТМ

Кратко

 

покажем

 

назначение

 

и

 

основные

 

принципы

 

взаимодей

-

ствия

 

элементов

 

блок

-

схемы

клас

-

сифицируя

 

описание

 

по

 

режимам

 

работы

 

системы

 (

рис

. 1).

Режим

 1

В

 

исходном

 

состоянии

 

работа

-

ют

 

только

 

модули

выделенные

 

на

 

блок

-

схеме

 

жёлтым

 

цветом

АЦП

 

под

 

управлением

 

процессора

 

сбора

 

данных

 

находится

 

в

 

режиме

 

непре

-

рывного

 

преобразования

Данные

 

циклически

 

сохраняются

 

в

 

ОЗУ

 

про

-

цессора

Быстродействующая

 

бу

-

ферная

 

память

 

и

 

флеш

-

накопитель

 

с

 

системой

 

обмена

 

отключены

По

-

требление

 

системы

 

в

 

этом

 

режиме

 

составляет

 

около

 90 

мВт

.

РАЗРАБОТКА

 

СИСТЕМЫ

 

ЭНЕРГОПИТАНИЯ

Поскольку

 

оценка

 

энергопотре

-

бления

 

в

 

активном

 

режиме

 

датчи

-

ка

 

тока

 

молнии

 

давала

 

величину

 

порядка

 100—200 

мВт

в

 

качестве

 

основного

 

источника

 

питания

 

была

 

выбрана

 

аккумуляторная

 

батарея

 

Delta DT 1212, 

которая

 

гарантирует

 

полностью

 

автономную

 

работу

 

си

-

Рис

. 2. 

Корпус

 

и

 

основные

 

блоки

 

разработанного

 

ДТМ

 

1 — 

основная

 

крышка

 

корпуса

 

ДТМ

  (

на

 

наклонной

 

грани

 

устанавливается

 

солнечная

 

батарея

); 2 — 

основание

 

корпуса

 

служит

 

для

 

размещения

 

и

 

крепления

 

основных

 

модулей

 

ДТМ

; 3 — 

электронный

 

блок

 

с

 

интерфейсным

 

разъёмом

 

в

 

ниж

-

ней

 

части

 

корпуса

; 4 — 

аккумуляторная

 

батарея

 

с

 

элементами

 

крепления

.

Преобразователь

тока

 

молнии

 —

пояс

 

Роговского

Модуль

 

обнаружения

 

разряда

Процесс

 

управления

 

и

 

обмена

Управляемый

 

преобразователь

 

питания

Модуль

 

управления

 

зарядом

Аккумулятор

Солнечная

 

батарея

Флэш

 

накопитель

Модуль

 

обмена

 

данными

Интерфейсный

 

разъём

Быстродействующий

 

усилитель

 

и

 

АЦП

Быстродействующая

 

буферная

 

память

Быстродействую

-

щий

 

процесс

 

сбора

 

данных


Page 5
background image

77

№ 6 (15), ноябрь-декабрь, 2012

5

0

-5

-10

-15

-20

100

Ток

 8,7 

А

120

t, 

мкс

I

кА

140

160

180

200

220

240

260

280

300

14

12

10

8

6

4

2

0

-2

Ток

t, 

мкс

I

кА

150

170

190

210

230

250

270

290

Режим

 2

При

 

обнаружении

 

разряда

 

тока

 

соответствующий

 

модуль

 

переводит

 

процессор

 

управления

 

в

 

режим

 

со

-

хранения

 

образа

 

ОЗУ

 

в

 

быстродей

-

ствующую

 

буферную

 

память

тем

 

самым

 

обеспечивая

 

запись

 

одной

 

компоненты

 

разряда

Время

 

за

-

писи

 

буферной

 

памяти

 

составляет

 

несколько

 

миллисекунд

в

 

течение

 

которых

 

потребляемая

 

мощность

 

возрастает

 

до

 280 

мВт

После

 

этого

 

система

 

возвращается

 

к

 

режиму

 1 

и

 

в

 

течение

 

последующей

 

секунды

 

ожидает

 

очередные

 

компоненты

 

разряда

 

молнии

При

 

их

 

обнаруже

-

нии

 

повторяется

 

режим

 2.

Режим

 3

По

 

окончании

 

времени

 

записи

 

всех

 

компонент

 

разряда

  (

до

 

одной

 

секунды

система

 

переходит

 

к

 

перезаписи

 

данных

 

из

 

быстродей

-

ствующей

 

буферной

 

памяти

 

в

 

энер

-

гонезависимую

 

память

 — 

флеш

-

накопитель

Мощность

 

потребления

 

на

 

время

 

перезаписи

 (

около

 60 

мс

возрастает

 

до

 370 

мВт

По

 

оконча

-

нии

 

этого

 

режима

 

система

 

вновь

 

переходит

 

к

 

режиму

 1.

Конструктивное

 

исполнение

 

ДТМ

 

приведено

 

на

 

рис

. 2—4.

ОПЫТНАЯ

 

ЭКСПЛУАТАЦИЯ

В

 

грозовой

 

сезон

 2011 

года

 

ДТМ

 

в

 

количестве

 100 

шт

прошли

 

опытную

 

эксплуатацию

 

на

 

воздуш

-

ной

 

линии

 220 

кВ

 

ЦГЭС

-

ШЗО

 

МЭС

 

Юга

.

По

 

окончании

 

опытной

 

эксплуа

-

тации

 

внешний

 

осмотр

 

ДТМ

 

пока

-

зал

 

удовлетворительное

 

состояние

 

и

 

возможность

 

их

 

дальнейшей

 

экс

-

плуатации

Результаты

 

дополни

-

тельных

 

лабораторных

 

испытаний

 

нескольких

 

образцов

 

ДТМ

прошед

-

ших

 

опытную

 

эксплуатацию

пред

-

ставлены

 

на

 

рис

. 5.

Рис

. 3. 

ДТМ

 

в

 

сборе

Рис

. 4. 

ДТМ

установленный

 

на

 

железобетонной

 (

а

)  

и

 

металлической

 (

б

опоре

Рис

. 5. 

Осциллограммы

зарегистрированные

 

датчиками

 

токов

 

а

в

 

лаборатории

 

ЗАО

 «

СЭТ

»

б

в

 

лаборатории

 

ОАО

 «

НПО

 

Стример

»

Проверка

 

состояния

 

системы

 

автономного

 

питания

 

показала

 

сле

-

дующее

:

• 

солнечные

 

батареи

 

незна

-

чительно

 

снизили

 

мощность

 

(

менее

 10%) 

в

 

связи

 

с

 

наличием

 

загрязнений

 

поверхности

;

• 

проверка

 

аккумуляторов

 

показа

-

ла

 

снижение

 

их

 

первоначальной

 

ёмкости

в

 

связи

 

с

 

этим

 

в

 

схему

 

дополнительно

 

был

 

введён

 

модуль

 

управления

 

зарядом

.

Считывание

 

данных

 

со

 

всех

 

ДТМ

 

показало

что

 

сведений

 

о

 

прохожде

-

нии

 

тока

 

молнии

 

через

 

опоры

 

не

 

за

-

регистрировано

.

По

 

данным

 

других

 

систем

ис

-

пользованных

 

на

 

этой

 

линии

 

элек

-

тропередачи

с

 

достаточно

 

высо

-

кой

 

степенью

 

достоверности

 

на

 

опоре

 319, 

где

 

установлен

 

ДТМ

 

 57, 

был

 

зарегистрирован

 

ток

 

молнии

 

с

 

амплитудой

 5,65 

кА

По

-

следующий

 

анализ

 

позволил

 

сде

-

лать

 

вывод

что

 

порог

 

срабатывания

 

модуля

 

при

 

обнаружении

 

разряда

 

недостаточен

 

при

 

растекании

 

тока

 

по

 

конструктивным

 

элементам

 

опор

 

а

)

а

)

б

)

б

)


Page 6
background image

78

СЕТИ РОССИИ

и

 

при

 

длительности

 

разряда

 

менее

 

30 

мкс

.

В

 

настоящее

 

время

 

выполнена

 

доработка

 

ДТМ

направленная

 

на

 

устранение

 

этого

 

недостатка

и

 

по

-

рог

 

регистрации

 

тока

 

для

 

бетонных

 

двухстоечных

 

опор

 

составляет

 

около

 

1,5 

кА

для

 

металлических

 — 

не

 

бо

-

лее

 1 

кА

.

Начало

 

грозового

 

сезона

 2012 

г

для

 

ДТМ

 

оказалось

 

более

 

продуктив

-

ным

На

 

воздушной

 

линии

 220 

кВ

 

ЦГЭС

-

ШЗО

 

МЭС

 

Юга

 

был

 

зареги

-

стрирован

 

разряд

 

тока

 

через

 

две

 

соседние

 

металлические

 

опоры

 

при

 

ударе

 

молнии

 

в

 

фазный

 

про

-

вод

Данные

считанные

 

из

 

памяти

 

датчиков

в

 

графическом

 

виде

 

пред

-

ставлены

 

на

 

рис

. 6.

В

 

настоящее

 

время

 

ведётся

 

об

-

работка

 

данных

 

по

 

синтезу

 

полного

 

тока

 

молнии

связанная

 

с

 

учётом

 

всех

 

влияющих

 

факторов

Таким

 

образом

подтверждена

 

на

 

практи

-

ке

 

возможность

 

применения

 

авто

-

номных

 

датчиков

 

тока

 

молнии

 

для

 

регистрации

 

локальных

 

ударов

 

не

-

посредственно

 

в

 

объекты

 

электро

-

энергетики

.

ДАЛЬНЕЙШЕЕ

 

РАЗВИТИЕ

 

ПРОЕКТА

В

 

течение

 

лета

 2011 

г

специали

-

сты

 

ЗАО

  «

СЭТ

» 

осуществили

 

разра

-

ботку

 

следующего

 

поколения

 

реги

-

страторов

 

тока

 

молнии

 — 

РТМ

-2 

и

 

РТМ

-3.

РТМ

-2

В

 

новой

 

разработке

  (

РТМ

-2) 

полностью

 

изменена

 

схема

эле

-

ментная

 

база

 

и

 

в

 

значительной

 

ча

-

сти

 

переработан

 

алгоритм

 

функцио

-

нирования

 

регистратора

На

 

рис

. 7 

представлена

 

блок

-

схема

 

РТМ

-2.

Режим

 2

При

 

обнаружении

 

данных

 

о

 

гро

-

зовой

 

активности

 

активизируется

 

работа

 

модулей

  «

регистрации

 

тока

 

молнии

» 

и

  «

преобразования

 

и

 

за

-

писи

 

данных

». 

Система

 

работает

 

в

 

режиме

 

непрерывной

 

циклической

 

записи

 

в

 

собственную

 

буферную

 

па

-

мять

 

данных

 

от

 

первичного

 

преоб

-

разователя

 

тока

 

молнии

При

 

этом

 

быстродействующая

 FRAM-

память

 

находится

 

в

 

отключённом

 

состоя

-

нии

Потребление

 

системы

 

в

 

этом

 

режиме

 

составляет

 

около

 90 

мВт

.

Режим

 3

Случай

 

возникновения

 

разряда

 

тока

 

фиксируется

 

модулем

 

реги

-

страции

 

тока

 

молнии

по

 

сигналу

 

ко

-

торого

 

модуль

 

преобразования

 

и

 

за

-

писи

 

данных

 

переводится

 

в

 

режим

 

перезаписи

 

образа

 

буферной

 

па

-

мяти

 

в

 

быстродействующую

 FRAM-

память

Время

 

перезаписи

 

буфер

-

ной

 

памяти

 

составляет

 

несколько

 

миллисекунд

в

 

течение

 

которых

 

по

-

требляемая

 

мощность

 

возрастает

 

до

 200 

мВт

.

После

 

этого

 

система

 

возвраща

-

ется

 

к

 

режиму

 2 

и

 

в

 

течение

 

после

-

дующей

 

секунды

 

ожидает

 

очеред

-

ных

 

компонент

 

разряда

 

молнии

Рис

. 6. 

Зарегистрированные

 

с

 

помощью

 

ДТМ

 

токи

 

молнии

 

через

 

металлические

 

опоры

Рис

. 7. 

Блок

-

схема

 

РТМ

-2

Ниже

 

очень

 

кратко

 

описаны

 

на

-

значение

 

и

 

основные

 

принципы

 

взаимодействия

 

элементов

 

блок

-

схемы

классифицированные

 

по

 

ре

-

жимам

 

работы

 

системы

.

Режим

 1

В

 

исходном

 

состоянии

 

работают

 

только

 

модули

 

грозовой

 

активности

 

и

 

управления

 

режимами

обеспечи

-

вая

 

минимальную

 

мощность

 

потре

-

бления

 

на

 

уровне

 0,6 

мВт

В

 

таком

 

режиме

 

при

 

выбранном

 

источнике

 

питания

 

система

 

сохраняет

 

работо

-

способность

 

более

 12 

мес

Первичный

 

преобразователь

 

тока

 

молнии

Модуль

 

преобразования

 

и

 

записи

 

данных

Модуль

 

быстродействующей

 

энергонезависимой

 

памяти

Модуль

 

обмена

 

данными

Модуль

 

регистрации

 

тока

 

молнии

Модуль

 

управления

 

режимами

Модуль

 

контроля

 

грозовой

 

активности

Батарея

 

питания

Датчик

 79

Датчик

 22

Время

мкс

То

к

кА

6

5

4

3

2

1

0

-1

100

150

200

250

300

350

400

450


Page 7
background image

79

№ 6 (15), ноябрь-декабрь, 2012

При

 

их

 

обнаружении

 

повторяется

 

режим

 3. 

По

 

окончании

 

времени

 

фиксации

 

всех

 

компонент

 

разряда

 

(

одна

 

секунда

система

 

снова

 

пере

-

ходит

 

к

 

режиму

 2.

Время

 

нахождения

 

системы

 

в

 

режиме

 2 

управляется

 

программно

 

и

 

определяется

 

состоянием

 

сигна

-

лов

 

от

 

модуля

 

грозовой

 

активности

 

и

 

заданным

 

интервалом

 

ожидания

 

разряда

.

Опытные

 

измерения

 

интервалов

 

между

 

сигналами

фиксирующими

 

грозовую

 

активность

 

в

 

ближней

 

зоне

 

грозового

 

фронта

составляли

 

от

 

не

-

скольких

 

секунд

 

до

 3,5 

мин

что

 

по

-

служило

 

основанием

 

для

 

выбора

 

пя

-

тиминутного

 

интервала

 

для

 

перевода

 

системы

 

из

 

режима

 1 

в

 

режим

 2. 

По

 

истечении

 

этого

 

интервала

 

и

 

в

 

отсутствии

 

сигналов

 

грозовой

 

ак

-

тивности

 

система

 

возвращается

 

в

 

режим

 1 

с

 

минимальной

 

потребляе

-

мой

 

мощностью

.

Главное

 

отличие

 

РТМ

-2 

от

 

ДТМ

 

заключается

 

в

 

следующем

:

• 

отсутствие

 

дополнительных

 

источников

 

питания

  (

солнечных

 

батарей

);

• 

реализация

 

контроля

 

грозовой

 

обстановки

 

по

 

электромагнит

-

ному

 

излучению

 

канала

 

молнии

 

для

 

управления

 

режимами

 

энер

-

госбережения

;

• 

значительное

 

снижение

 

мас

-

согабаритных

 

характеристик

 

измерителя

;

• 

введение

 

в

 

схему

 

радиоканала

 

(

опция

обмена

 

данными

 

для

 

обеспечения

 

промежуточного

 

считывания

 

данных

.

Регистратор

 

тока

 

молнии

 

РТМ

-2 

представлен

 

на

 

рис

. 8.

Рис

. 9. 

Осциллограммы

 

записи

 

грозового

 

разряда

 

от

 

модуля

 

грозовой

 

активности

а

типичная

 

осциллограмма

 

грозового

 

разряда

 

в

 

ближней

 

зоне

б

осциллограмма

 

грозового

 

разряда

 

с

 «

радиовспышками

»

Следует

 

отметить

что

 

в

 

данном

 

регистраторе

 

по

 

результатам

 

опыт

-

ной

 

эксплуатации

 

снижено

 

быстро

-

действие

  (

дискретность

 

преобразо

-

вания

 0,25 

мкс

), 

но

 

в

 

дополнение

 

к

 

стандартным

 

параметрам

 

осущест

-

вляется

 

запись

 

данных

 

о

 

времени

 

развития

 

и

 

ухода

 

грозового

 

фронта

 

в

 

зоне

 

установки

 

РТМ

-2.

Необходимо

 

подчеркнуть

что

 

полевые

 

испытания

 

РТМ

-2 (

осень

 

2011 

г

.) 

показали

 

не

 

только

 

эффек

-

тивность

 

контроля

 

электромагнит

-

ного

 

излучения

 

молнии

 

для

 

управле

-

ния

 

энергопотреблением

 

системы

но

 

и

 

возможность

 

внесения

 

до

-

полнительных

 

функций

 

в

 

РТМ

-2 

по

 

мониторингу

 

состояния

 

ВЛ

 

в

 

части

 

Рис

. 8. 

Регистратор

 

тока

 

молнии

 

РТМ

-2

400

300

200

100

0

-100

-200

-300

-400

-500

-0,3

-0,2

-0,1

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

мс

П

ост

.

 

мВ

мс

П

ост

.

 

мВ

400

300

200

100

0

-100

-200

-300

-400

-500

-250

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

250


Page 8
background image

80

СЕТИ РОССИИ

регистрации

 

повышенного

 

уровня

 

коронных

 

и

 

искровых

 

разрядов

На

 

рис

. 9 

представлены

 

осциллограм

-

мы

 

записи

 

грозового

 

разряда

 

от

 

мо

-

дуля

 

грозовой

 

активности

.

РТМ

-3

Появление

 

на

 

рынке

 

микро

-

процессоров

 

новой

 

разработки

 

(EFM32G

ххх

с

 

рекордными

 

параме

-

трами

 

по

 

производительности

 (ARM 

Cortex-M3, 32-bit) 

и

 

экономичности

 

позволили

 

обеспечить

 

разработку

 

следующей

 

серии

 

регистраторов

 

тока

 

молнии

 — 

РТМ

-3. 

Регистратор

 

тока

 

молнии

 

РТМ

-3 

представлен

 

на

 

рис

. 10.

В

 

данной

 

разработке

 

сохранены

 

все

 

параметры

 

РТМ

-2, 

но

 

система

 

работает

 

в

 

режиме

 

непрерывной

 

записи

 

данных

 

с

 

ресурсом

 

автоном

-

ной

 

работы

 

не

 

менее

 2 

лет

На

 

гро

-

зовой

 

сезон

 2012 

г

запланированы

 

полевые

 

испытания

 

регистратора

.

ПЕРСПЕКТИВЫ

Дальнейшее

 

развитие

 

проекта

 

предполагает

 

совершенствование

 

методов

 

регистрации

 

токов

 

молнии

увеличение

 

сроков

 

автономной

 

ра

-

боты

 

регистраторов

развитие

 

интер

-

фейсов

 

доступа

 

к

 

данным

 

и

 

решение

 

целого

 

ряда

 

дополнительных

 

задач

.

Представленная

 

работа

 

пред

-

полагает

 

в

 

дальнейшем

 

форми

-

рование

 

кластерной