УДК 551.508.9:551.515.4
Системы обнаружения и прогнозирования грозовых явлений производства компании "ВоИек"
К. М. Верхулевский*
Устройства компании "БоНек", отличающиеся широким спектром функциональных возможностей и простотой эксплуатации, позволяют не только оценить текущую грозовую обстановку на расстоянии до 1200 км, но и спрогнозировать изменение и опасность ее воздействия на разные промышленные объекты. Рассматриваются конструктивные и функциональные особенности оборудования компании, даны некоторые рекомендации по развертыванию системы обнаружения грозовых явлений.
Ключевые слова: разряд молнии, грозовая активность, система обнаружения грозовых явлений, флюксметр, грозопеленгатор, оборудование компании "Вокек".
Введение
Как известно, гроза — атмосферное явление, при котором в кучевых облаках, находящихся на высоте 7—15 км и состоящих из смеси капель и кристаллов, возникают многократные искровые электрические разряды — молнии, сопровождающиеся громом, ливнями, градом и усилением ветра. Для большей части территории России характерно развитие грозовой активности в теплый период года. Для центральных регионов интенсивность воздействия грозы составляет приблизительно 50 ч в год, при этом молния воздействует в среднем 2 раза в год на 1 км2 местности. Для южных районов с повышенной грозовой активностью частота возникновения этих опасных явлений увеличивается более чем в 5 раз. Разряды молний относятся к одним из самых распространенных и разрушительных явлений природы. Во время разряда молнии в ее стволе возникают огромные токи, при протекании которых возникают мощные импульсные перенапряжения. Скорость перемещения грозового облака зависит от многих факторов и может достигать значительных величин, в среднем она составляет порядка 20 км/ч, но в экстремальных ситуациях некоторые грозы двигаются гораздо быстрее — со скоростью 65—80 км/ч. Поэтому, чтобы избежать негативных последствий, желательно определить точную метеорологическую обстановку в режиме реального времени.
Наблюдение за грозовой активностью актуально для многих отраслей промышленности. Например, в авиации для обеспечения безопасности воздушного движения и своевременного изменения маршрута необходимо тщательно изучать метеообстановку — как перед полетом, так и во время него. По данным Международной организации гражданской авиации (ИКАО), причиной от 6 до 20% авиационных происшествий за последние 25 лет были официально признаны неблагоприятные метеорологические
* ООО "Квест", г. Выборг; е-таИ: info@icquest.ru.
условия. Особенно часто встречается выход из строя аэронавигационных приборов и оборудования связи из-за воздействия грозовых явлений. В энергетике воздушные линии электропередач (ВЛ) сооружаются на открытой местности и поэтому являются уязвимыми для молний и всех опасных явлений погоды, сопровождающих грозы. В некоторых случаях грозовая активность достигает очень большой интенсивности и без заблаговременно го про гно за и сво ев ре мен но го пред упреж де ния о над ви га ю щей ся стихии невозможно предотвратить возникновение аварий на объектах электроэнергетики и сбои в электроснабжении потребителей. Для предотвращения таких ситуаций необходима современная система грозомониторинга и специализированного прогноза погоды для заблаговременного и оперативного предупреждения диспетчерских и аварийных служб. Для повышения достоверности определения интенсивности грозовой деятельности вдоль трасс действующих и проектируемых ВЛ в целях повышения или разра-бот ки их мол ни е за щи ты це лесо об раз но вмес то карт сред не годо вой продол жи тель нос ти гроз в ча сах ис поль зо вать карты плот нос ти раз ря дов молнии на поверхности земли, составленные по данным регистраторов разрядов молнии автоматизированными системами грозопеленгации.
Повышение эффективности обнаружения и распознавания гроз возможно с помощью пассивных средств регистрации электромагнитного излучения (ЭМИ) грозовых разрядов. К таким средствам относятся однопункто-вые и многопунктовые системы определения местоположения грозовых очагов и разрядов. В большинстве из них (исключение составляют многопунктовые разностно-дальномерные системы) используются радиопеленгаторы и дальномеры, технические основы которых были заложены еще в 1920-е годы. Во второй половине XX в. использовались преимущественно узкополосные грозопеленгаторы с амплитудным и амплитудно-фазовым преобразованием сигналов. В начале 1990-х годов появились проекты по разработке широкополосных модификаций приемников для грозопеленга-торов. Из наиболее известных отечественных решений можно отметить грозопеленгаторы-дальномеры "ШТОРМ", "ОЧАГ-2П", "Пеленг", "ПАГ-1", "Верея" и "Алвес" [2]. Современные системы мониторинга грозовой актив нос ти дают возмож ность ран не го пред упреж де ния о гро зо вой опас нос-ти в интересующем районе. Хорошо зарекомендовали себя в этой области компании "Vaisala" и "Boltek", выпускающие надежное и высокоточное оборудование, прошедшее многолетнюю проверку в сетях наблюдений NLDN, NASA, ALDIS и EUCLID.
Оборудование компании "Boltek"
Ка над ская кор по ра ция "Boltek" за ни ма ет ли ди ру ю щие по зи ции среди производителей доступного оборудования и программного обеспечения для получения оперативной и аналитической информации о грозовых явлениях. Современные системы детектирования молний "Boltek" устанавливаются по всему миру и позволяют решать задачи штормового оповещения как самостоятельно, так и в составе комплексов мониторинга окружающей среды, в частности, совместно с метеорологическими радиолокаторами [6]. Их применение позволяет спрогнозировать вероятность возникновения чрезвычайных ситуаций, выбрать правильные средства молниеза-щиты, а также учитывать грозовую активность в регионах при проектировании протяженных объектов — трубопроводов, линий электропередач,
железнодорожных магистралей и т. д. Научно-исследовательские и опытно-конструкторские разработки, выполняемые инженерной группой компании в тесном контакте с заказчиками, позволяют постоянно улучшать характеристики выпускаемого оборудования и модернизировать программное обеспечение (ПО) в соответствии с требованиями потребителей. Оборудование и ПО компании "ВоИек" в режиме реального времени обеспечивают контроль состояния электрического поля атмосферы, обнаруживают и фиксируют грозовые разряды на расстоянии до 1200 км, показывают точную информацию о месте и времени грозового разряда в двухмерном отображении и сохраняют полученные статистические данные. Предлагаемое совместно с аппаратурой ПО обработки сигналов позволяет максимально точно определить расстояние, а также разделять разряды молний.
Системы отслеживания грозовых явлений ближнего и дальнего радиуса действия, проектируемые с применением оборудования компании "ВоИек", как минимум содержат флюксметры ЕБМ-100 для мониторинга электрического поля атмосферы, а также детекторы молний ЬБ-250, ЬБ-350 и 81:огтТгаскег. Определиться с выбором устройств для решения определенных задач поможет табл. 1.
Помимо этого, доступен широкий спектр изделий, а также вспомогательные модули для индикации, преобразования и передачи данных. Детекторы молний компании "ВоИек" используются тысячами потребителей по всему миру. К основным областям применения относятся:
— корпоративные и государственные вычислительные центры;
- частные и государственные метеорологические центры;
— производственные предприятия;
— авиационные службы;
— военно-морской и гражданский флот;
— службы предотвращения чрезвычайных ситуаций;
— любительские исследования явлений погоды.
Таблица 1
Особенности применения устройств компании "Boltek"
Характеристика EFM-100 EFM-100M Storm-Tracker LD-250 LD-250M LD-350
Небольшое расстояние, до 38 км + + + + + +
Высокая точность на расстоянии до 38 км + + - - - -
Работа на большом расстоянии, до 480 км - - + + + +
Отображение направления на зафиксированные - - + + + +
мол нии
Обнаружение явлений, предшествующих + + - - - -
появлению молний
Классификация типов разрядов - - + - - +
Наличие интерфейса USB + + - + + +
Переносная работа с ноутбуком + + - + + +
Мобильная работа в автомобиле или лодке - - - + + -
Упрочненная конструкция для полевых работ - + - - + -
Управление внешними устройствами + - - + - +
Связанная сеть детекторов молний - - + - - +
Аппаратные решения сопровождаются примерами программ и библиотеками с реализованными функциями обработки данных, предназначенными для системных интеграторов и разработчиков ПО.
Электростатические флюксметры компании "Вокек"
Основой типовых систем ближнего радиуса действия (максимальная дальность до 38 км) компании "ВоЬек" являются электростатические флюксметры БРМ-100 [4]. Флюксметр БРМ-100 и его модернизированная версия БРМ-100М позволяют не только детектировать грозовые разряды, но и опреде лять со стоя ние вы со кой напря жен нос ти электри чес ко го поля, предшествующее первым разрядам молний. Электрическое поле, являющееся результатом разности потенциалов и возникающее во время грозы, дос ти га ет напря жен нос ти по ряд ка сотен ватт на метр или даже еди ниц киловатт на метр. Молнии могут быть обнаружены по внезапному одновре-мен ному изме не нию верти каль ной и го ри зон таль ных со став ля ю щих это го поля вблизи земной поверхности.
В основу работы устройства заложен принцип действия электростатического генератора. Он состоит в том, что при внесении проводника в переменное электрическое поле в нем возникает движение индуцированных зарядов, причем величина тока, создаваемого перемещающимися зарядами, пропорциональна изменению напряженности поля. Конструктивно электро стати чес кий флюксметр со сто ит из не под виж ных изме ри тель ных электродов и вращающейся над ними экранирующей пластины. Экранирующая пластина имеет шесть одинаковых по форме секторальных вырезов, размещенных симметрично по окружности, средняя линия каждого сектора имеет угол со средними линиями соседних с ним секторов, равный 60°. Двигатель, устанавливаемый на корпусе-основании, поворачивает вал с укрепленной на нем и расположенн
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.