Устройство для оценки сопротивления земли с целью краткосрочного прогноза землетрясений
Областью применения полезной модели является краткосрочное прогнозирование землетрясений, осуществляемое посредством непрерывного мониторинга сопротивления земли. Предлагаемое устройство использует в качестве элемента сеть электроснабжения и представляет собой группу из трех однофазных (или одного трехфазного) трансформаторов малой мощности. Их первичные обмотки соединяются в звезду, а вторичные обмотки должны быть соединены в разомкнутый треугольник. Соединяя ноль первичной обмотки с заземлением, тем самым организуем путь для токов нулевой последовательности через грунт в данной его окрестности. Предполагается, что сеть электроснабжения, используемая для мониторинга сопротивления грунта, работает без нулевого провода. Ток нулевой точки измеряется при помощи устройства измерения тока (УИТ). Напряжение с разрыва вторичной обмотки поступает в устройство измерения напряжения (УИН). Далее сигналы с УИТ и УИН поступают в устройство оценки сопротивления (УОС) грунта, в котором на основании сравнения величин тока и напряжения гармоник нулевой последовательности вычисляется искомая величина. Полученная информация передается на устройство регистрации для дальнейшего принятия решения.
Областью применения полезной модели является краткосрочное прогнозирование землетрясений, осуществляемое посредством непрерывного мониторинга сопротивления земли.
Основная идея предлагаемого устройства заключается в том, что в нормальных условиях работы системы электроснабжения по земле растекаются электрические токи. В заявляемой полезной модели эти токи используются как зондирующие воздействия. Как правило, по земле протекают токи нулевой последовательности трехфазной системы. На первой гармонике токи нулевой последовательности образуются за счет несимметрии сети и нагрузки, на высших гармониках - за счет несинусоидальности напряжения. В соответствии с ГОСТ в фазном напряжении сети электроснабжения допускается его несинусоидальность, оцениваемая в зависимости от выбранного критерия величиной 3...6% от номинального напряжения. Как известно, наибольшую долю этого отклонения от синусоидальности следует отнести на счет третьей гармоники, образующей нулевую симметричную составляющую системы фазных напряжений.
Измерив токи нулевой последовательности, протекающие по земле и зная напряжения этих гармоник, можно оценить комплексное
сопротивление земли, которое, как известно, резко изменяется за несколько часов перед землетрясением. На рисунке изображен контур протекания токов нулевой последовательности, Zп - сопротивление линии, Zн - сопротивление нагрузки, Zз - сопротивление земли.
Уровень техники
Среди аналогов можно отметить устройство, описанное в патенте RU 1835939 (МПК 6 G 01 V 3/00, 25.07.1991 г). Поставленная цель достигается тем, что геоэлектрический разрез последовательно возбуждается разнонаправленными электрическими линиями. В линию подается периодический сигнал тока. В пунктах наблюдения перпендикулярными установками измеряют первую и вторую разности потенциалов или их отношения. По измеренным величинам определяют элементы матрицы тензорной характеристики электропроводности. Изменение этих элементов во времени и пространстве характеризует изменение геоэлектрических свойств.
Другим аналогом является устройство, описанное в заявке на изобретение №93020812 (МПК 6 G 01 V 3/02, 21.04.1993 г). Поставленная задача решается тем, что в Земле возбуждают переменное электрическое поле путем пропускания тока через два точечных источника А и В, один из которых располагают вблизи вертикальной границы раздела двух различных по сопротивлению сред, при этом регистрируют параметры электромагнитного поля в точках М и N, расположенных симметрично относительно источника А, затем регистрируют значения временных вариаций с помощью регистрирующего прибора, а в качестве параметров электромагнитного поля определяют разность напряженностей электрического поля относительно точечного источника А в точках М и N.
Наиболее близким к заявляемому устройству является устройство, описанное в патенте ЕР 1597609 (МПК 6 G 01 V 1/00; G 01 V 3/02; G 01 V 3/08; G 01 V 1/00; G 01 V 3/02; G 01 V 3/08, 23.11.2005 г). Это устройство состоит из нескольких удаленных модулей и базовой станции, осуществляющей мониторинг удельного электрического сопротивления земли. Базовая станция состоит из бронированной наземной или скрытой конструкции, где расположен блок сбора данных. Удаленный модуль оснащен блоком питания постоянного тока, например с одним или более перезаряжающимися аккумуляторами. Блок питания связан с блоком обнаружения, соединенным в свою очередь с электродами А, В размещенных в земле, на глубине порядка 300 метров. Электроды и блок обнаружения связаны кабелями. Электроды М, N также размещены вдоль кабелей. Электроды так же связаны с блоком сбора данных. Данные передаются блоку памяти, а затем к базовой станции при помощи радиопередатчика и радиоприемника. В базовой станции имеется свой блок памяти и процессор, который осуществляет обработку данных от всех удаленных модулей.
Основными недостатками вышеописанных устройств является необходимость специального размещения электродов на достаточно больших глубинах.
В отличие от известных, заявляемое устройство без особого труда может быть подключено к элементам сети электроснабжения и не требует специальных источников питания.
Сущность полезной модели
Заявляемое устройство для оценки сопротивления земли с целью краткосрочного прогноза землетрясений, использующее реальную сеть электроснабжения без нулевого провода, работающую в нормальном режиме состоит из: заземляющего устройства, блока
обработки данных и блока сбора данных (расположенное например, непосредственно на подстанции или у распределительного щита трехфазной нагрузки). Три однофазных (или один трехфазнй) высоковольтных трансформатора малой мощности, в качестве которых могут быть использованы трансформаторы соответствующего уровня напряжения, подключаются к реальной сети электроснабжения (фиг.1). Их первичные обмотки 1 соединяются в звезду, а вторичные обмотки 2 должны быть соединены в разомкнутый треугольник. Соединяя ноль первичной обмотки 3 с заземлением, тем самым организуем путь для токов нулевой последовательности через грунт в данной его окрестности. В этом случае ток нейтрали первичной обмотки будет равен утроенной сумме токов гармоник нулевой последовательности:
где
I01 - ток нулевой последовательности на первой гармонике
I3 - ток третьей гармоники
I9 - ток девятой гармоники
I15 - ток пятнадцатой гармоники
Предполагается, что сеть электроснабжения, используемая для мониторинга сопротивления грунта, работает без нулевого провода. Ток нейтрали измеряется при помощи устройства измерения тока (УИТ) 4. Напряжение со вторичной обмотки поступает в устройство измерения напряжения (УИН) 5. Для данной схемы включения вторичной обмотки это напряжение будет содержать только гармоники нулевой последовательности:
где
U01 - напряжение нулевой последовательности на первой гармонике
U 3 - напряжение третьей гармоники
U 9 - напряжение девятой гармоники
U 15 - напряжение пятнадцатой гармоники
Далее сигналы с УИТ и УИН поступают в устройство оценки сопротивления (УОС) 6 грунта, в котором на основании сравнения величин тока и напряжения гармоник нулевой последовательности вычисляется искомая величина сопротивления. Полученная информация передается на устройство регистрации для дальнейшего принятия решения. Данное устройство также может быть подключено к кабелям, имеющим трехфазную систему напряжений. Для комплексного анализа может быть применена система таких устройств.
Перечень чертежей
На фиг.1 изображена блок-схема устройства для краткосрочного прогноза землетрясений.
Возможность осуществления
В вышеописанном устройстве предполагается использовать типовые трансформаторы и измерительные приборы. Все сооружения: источники электроэнергии, заземляющие устройства, здания - могут быть без заметного ущерба, без мешающего влияния процессу передачи энергии использованы для организации систематического (практически - непрерывного) наблюдения за сопротивлением грунта. Устройство может быть расположено на любой подстанции, а также в любом месте электросети, к которому возможно подсоединиться, в том числе в нагрузке. Для организации системы мониторинга можно расположить совокупность данных устройств на различных подстанциях, либо других элементах электросети, и осуществлять сбор данных на единый пункт.
Устройство для оценки сопротивления земли с целью краткосрочного прогноза землетрясений, использующее реальную сеть электроснабжения без нулевого провода, работающую в нормальном режиме и состоящее из заземляющего устройства, блока обработки данных и блока сбора данных, отличающееся тем, что к сети электроснабжения подключен трансформатор, первичная обмотка которого соединена в звезду с нулевым проводом, а вторичная обмотка соединена в разомкнутый треугольник, выделяющий токи и напряжения нулевой последовательности реальной системы электроснабжения без нулевого провода, а блок обработки данных состоит из устройства измерения тока, которое соединено с нулевой точкой первичной обмотки трансформатора и устройством заземления, и устройства измерения напряжения, которое соединено с вторичной обмоткой трансформатора, а также из устройства деления, осуществляющего деление величины напряжения на величину тока, результатом которого является значение сопротивления току нулевой последовательности, включающее в себя сопротивление земли; это значение передается на блок сбора данных в качестве информации для лиц, принимающих решение.
