NO158767B

NO158767B - DEVICE FOR CONTROL OF A DIRECT POWER ELECTROMAGNET.

Info

Publication number: NO158767B
Application number: NO822795A
Authority: NO
Inventors: Vaeinoe Karjalainen
Original assignee: Karjalainen Vaino
Priority date: 1981-08-18
Filing date: 1982-08-17
Publication date: 1988-07-18
Also published as: FI66701B; SE8204728D0; IT8248994A0; NL8203232A; BR8204806A; HU191072B; DD210502A1; GB2104739A; BE894139A; DE3230254A1; GB2104739B; FR2511806A1; AT383903B; ZA825870B; FR2511806B1; YU176882A; SE8204728L; PL237953A1; SE454629B; FI812543L

Description

Fremgangsmåte ved lynvarsling, særlig i forbindelse med grube- og tunnelanlegg med elektrisk antennelse av sprengladninger. Procedure for lightning warning, especially in connection with mine and tunnel facilities with electrical ignition of explosive charges.

Atmosfæriske utladninger har forårsa-ket uønsket detonasjon av sprengladninger Atmospheric discharges have caused unwanted detonation of explosive charges

med elektrisk tenning. For å varsle kom-mende tordenvær har man benyttet forskjellige metoder som f. eks. iakttagelse av with electric ignition. In order to warn of upcoming thunderstorms, different methods have been used, such as e.g. observation of

de forstyrrelser som høres i radiomottagere, the disturbances heard in radio receivers,

men ikke-atmosfæriske støykilder og den but non-atmospheric noise sources and the

subjektive observasjon gjør metoden usik-ker. Man har også benyttet spesialmotta-gere som varsler hvis det innkommende subjective observation makes the method uncertain. Special receivers have also been used as alerts if incoming calls are received

elektromagnetiske signal overstiger en viss electromagnetic signal exceeds a certain

terskelverdi. threshold value.

En annen fremgangsmåte består i å re-gistrere det luftelektriske felt på stedet. Another method consists in registering the air electric field on the spot.

Man kan enten måle strømmen pr. m- eller You can either measure the current per m- or

måle spenningen pr. meter (gradienten). measure the voltage per meters (the gradient).

Det luftelektriske felt vil normalt variere The air electric field will normally vary

langsomt. På dager med bygeaktivitet og slowly. On days with storm activity and

før tordenvær vil man observere en viss before thunderstorms one will observe a certain

uregelmessighet, og normalt vil gradienten irregularity, and normally the gradient will

stige sterkt når en ladet sky nærmer seg rise strongly when a charged cloud approaches

området hvor måleutstyret er montert. the area where the measuring equipment is installed.

Man har benyttet seg av dette og bygget This has been used and built

apparater som gir varsel når gradienten devices that give warning when the gradient

overstiger en på forhånd gitt verdi, av exceeds a pre-given value, of

størrelsesorden et par tusen V/m. Luftens order of magnitude a few thousand V/m. Air's

motstand er tilsynelatende høyere under resistance is apparently higher below

normale værforhold enn under og like etter normal weather conditions than during and immediately after

et tordenvær. Årsaken antas å være øket a thunderstorm. The cause is believed to be increased

ionisering under tordenværet. Man får altså ionization during the thunderstorm. So you get

størst måleverdi ved å måle gradienten før greatest measurement value by measuring the gradient before

tordenværet og strømmen mellom atmo-sfære og jord under og etter tordenværet. the thunderstorm and the flow between atmosphere and earth during and after the thunderstorm.

Hensikten ved den her omhandlete lyn-varsler er å gi signal om tordenvær før tordenværet blir aktivt på observasjonsstedet, altså vil man ved gradientmåling oppnå gunstigere resultat enn ved strømmåling. The purpose of the lightning warning referred to here is to give a signal of thunderstorms before the thunderstorm becomes active at the observation site, so gradient measurement will achieve more favorable results than current measurement.

Hvis man registrerer gradienten over et lengere tidsrum, vil man iaktta at denne i godværsperioder kan variere langsomt, mens den under vind og bygevirksomhet vil fluktuere sterkt. Svingetiden for godværs-fluktuasj onene vil vanligvis ligge på flere timer, mens svingetiden for de hurtige bygefluktuasjoner vil være i størrelsesorden mellom sekunder og noen minutter. Under tordenvær vil fluktuasjonene for det første opptre med vesentlig større utslag, dessuten vil svingetiden kunne variere fra brøkdel av sekund opp til en time. Patent-haveren har foretatt registreringer med grafisk opptegning av gradientens forløp. Fig. 1 viser en karakteristisk kurve av gradienten som funksjon av tiden før og under et tordenvær. Under selve tordenværet, eller etterat tordenskyene er kommet nær eller like over observasjonsstedet, vil fluktuasjonene være uregelmessige. Ved analyse av kurven vil man se at den dominerende frekvens vanligvis vil ligge under en svingetid på ca. y2 time. Det karakteristiske er imidlertid at man har en nokså jevn overgangskurve fra hviletilstanden før tordenværet til de urolige forhold setter inn. Det antas at dette skyldes følgende: En tordensky inneholder som oftest en rekke «celler» med lokale potentialforskj eller. Turbulensen, sammen med forandringer av ladningene i de lokale celler, vil utad virke slik at man får en gradientkurve med vilkårlige fluk-tuasjoner. Mens tordenskyen er forholdsvis langt borte, vil antagelig bare ladningen i fronten av skyen virke på måleutstyret. Hvis skyen beveger seg med en forholdsvis jevn hastighet, vil denne «frontladning» være den dominerende som virker på måleutstyret, og den induserte spenning vil danne den karakteristiske kurvedel (påifig. 1 tiden t, til t2 = 10 min). Denne kurvedel kan tilnærmet betraktes som en del av en sinussvingning med svingetid ca. 40 min. If you record the gradient over a longer period of time, you will notice that in periods of good weather it can vary slowly, while during wind and storm activity it will fluctuate strongly. The oscillation time for the good weather fluctuations will usually be several hours, while the oscillation time for the rapid shower fluctuations will be in the order of seconds to a few minutes. During thunderstorms, first of all, the fluctuations will occur with significantly greater impact, and the swing time will also vary from a fraction of a second up to an hour. The patent holder has made registrations with a graphic recording of the course of the gradient. Fig. 1 shows a characteristic curve of the gradient as a function of the time before and during a thunderstorm. During the thunderstorm itself, or after the thunderclouds have arrived close to or just above the observation site, the fluctuations will be irregular. When analyzing the curve, you will see that the dominant frequency will usually lie below a swing time of approx. y2 hours. The characteristic, however, is that there is a fairly smooth transition curve from the state of rest before the thunderstorm to the turbulent conditions. It is assumed that this is due to the following: A thundercloud usually contains a number of "cells" with local potential differences. The turbulence, together with changes in the charges in the local cells, will outwardly act so that you get a gradient curve with arbitrary fluctuations. While the thundercloud is relatively far away, presumably only the charge in the front of the cloud will affect the measuring equipment. If the cloud moves at a relatively uniform speed, this "front charge" will be the dominant one acting on the measuring equipment, and the induced voltage will form the characteristic part of the curve (in fig. 1 time t, until t2 = 10 min). This part of the curve can roughly be regarded as part of a sine wave with a swing time of approx. 40 min.

Man kan altså betrakte variasjonene av det elektrostatiske felt som en vekselspenning med meget lav frekvens. Sying-ningshastigheten (frekvensen) er avhengig av hastigheten av en ladet sky i forhold til observasjonsstedet. Erfaringsmessig vil en skyladning bruke fra ca. 1 til 60 min. fra den kommer inn i målefeltet på éni side inntil den igjen forlater målef eltet på den annen side. Når en skyladning passerer, vil altså det statiske jordfelt, gradienten, svinge som om den naturlige nullverdi var overlagret en vekselspenning med svingetid lik den skyen trenger for å passere!. One can therefore regard the variations of the electrostatic field as an alternating voltage with a very low frequency. The sewing speed (frequency) is dependent on the speed of a charged cloud in relation to the observation location. Based on experience, a cloud charge will use from approx. 1 to 60 min. from when it enters the measurement field on one side until it leaves the measurement field again on the other side. When a cloud charge passes, the static earth field, the gradient, will therefore oscillate as if the natural zero value were superimposed on an alternating voltage with an oscillation time equal to that required by the cloud to pass!.

Et tilsvarende fenomen oppstår når det dannes en ladning i en sky like over observasjonsstedet. Til å begynne med vil en enkeltladning være dominerende, og denne forårsaker en lignende overgangskurve mellom hviletilstanden og den urolige periode. Dette overgangsfenomen inntjreffer en tid før de kraftige utslag i gradient-kurven og eventuell lynutladning finner sted. Ved den foreliggende oppfinnelse benyttes denne overgangskurve til varsling (mens man før brukte toppene under den urolige periode), og man vinner deryed tid. Rekkevidden for måleutstyret er imidlertid begrenset, idet man ikke kan observere statisk ladning i skyer som ikke er godt syn-lige over horisonten. For å oppnå varsling enda tidligere, kan man på kjent måte re-gistrere de elektromagnetiske svingninger som skyldes lynutladning i større ajvstand. A similar phenomenon occurs when a charge forms in a cloud just above the observation site. Initially, a single charge will be dominant, and this causes a similar transition curve between the resting state and the disturbed period. This transitional phenomenon occurs a time before the strong results in the gradient curve and any lightning discharge take place. In the present invention, this transition curve is used for notification (whereas before you used the peaks during the troubled period), and you gain deryed time. However, the range of the measuring equipment is limited, as you cannot observe static charge in clouds that are not clearly visible above the horizon. In order to obtain warning even earlier, the electromagnetic fluctuations caused by lightning discharge at a greater distance can be recorded in a known manner.

Det er ønskelig å kunne gi en selektiv alarm, det vil si at man av alarmens ka-rakter kan danne seg et bilde av faresituasjonen. Dette oppnås ved den foreliggende oppfinnelse ved å kombinere et apparat som på kjent måte påvirkes av elektromagnetiske svingninger i forskjellig styrke, med et apparat som på kjent måte påvirkes av det statiske jordelektriske felt. Der oppnås dessuten en øket fordel, idet man får forlenget tiden mellom varslingen) og den akutte faresituasjonen hvis det utstyr som påvirkes av gradienten, gir signal under overgangsperioden fra hvile til uro. For å oppnå dette kan man benytte et arrange-ment som vist på fig. 2. Spenningen mellom antennen AE og jord forsterkes i én bred-båndsforsterker A, hvis utgangsspenning e tilføres frekvensfilter som er sammensatt av et høypassfilter HP og et lavpassfilter LP. Høypassfiltret slipper igjennom frekvenser over ca. 0,0002 Hz, og lavpassfiltret slipper igjennom frekvenser under ca. 0,003 Hz. Den karakteristiske svingning ved over-gang fra hviletilstand før tordenvær til urotilstand under tordenvær, med egen-frekvens ca. 0,0008 Hz, vil altså slippe igjennom filtret og gi en spenning e' mellom vt og v2. Denne spenning benyttes på kjent måte til signalgivning. It is desirable to be able to give a selective alarm, that is to say that one can form a picture of the dangerous situation from the character of the alarm. This is achieved by the present invention by combining a device which is known to be affected by electromagnetic oscillations of different strength with a device which is known to be affected by the static earth electric field. An increased advantage is also achieved, as the time between the notification) and the acute danger situation is extended if the equipment affected by the gradient gives a signal during the transition period from rest to disturbance. To achieve this, one can use an arrangement as shown in fig. 2. The voltage between the antenna AE and ground is amplified in one wide-band amplifier A, whose output voltage e is fed to a frequency filter composed of a high-pass filter HP and a low-pass filter LP. The high-pass filter lets through frequencies above approx. 0.0002 Hz, and the low-pass filter lets through frequencies below approx. 0.003 Hz. The characteristic oscillation when transitioning from a state of rest before a thunderstorm to a state of disturbance during a thunderstorm, with a natural frequency of approx. 0.0008 Hz, will thus pass through the filter and give a voltage e' between vt and v2. This voltage is used in a known manner for signaling.

Fig. 3 viser den prinsipielle løsning for å kombinere de f orskj ellige metoder f or alarmgivning. Dx er en detektor som registrerer gradienten, enten ved på kjent måte å gi signal (gjennom linje Lj) ved Fig. 3 shows the principle solution for combining the different methods for alarming. Dx is a detector which registers the gradient, either by giving a signal (through line Lj) in a known manner

tallmessig store avvikelser, eller som gir numerically large deviations, or which give

signal som beskrevet ovenfor når gradienten svinger med en karakteristisk frekvens signal as described above when the gradient oscillates with a characteristic frequency

(gjennom linje L2). D2 er en detektor som (through line L2). D2 is a detector which

på kjent måte registrerer innkommende registers incoming in a known manner

elektromagnetiske svingninger. D2 kan inn-rettes til å gi signal i flere trinn, avhengig electromagnetic oscillations. D2 can be set to give a signal in several steps, depending

av nivået på det innkommende signal (gjennom linje L3, eller opptil linje Lx ved of the level of the incoming signal (through line L3, or up to line Lx at

x forskjellige terskelverdier). Signalene fra x different threshold values). The signals from

D2 og fra Dj føres inn på et signalorgan B, hvor de kombineres og gir forskjellige sig-nalbilder, f. eks. ved hjelp av fargete lamper. D2 and from Dj are fed into a signal device B, where they are combined and give different signal images, e.g. using colored lamps.

Fig. 4 viser en relékobling som er teg-net i hviletilstand. Forvarslingen gis på kjent måte fra et elektromagnetisk registreringsorgan (D2, fig. 3) ved at kontakten Kj brytes, og reléet G, som normalt er inn-koblet og vist i tiltrukket stilling, vil slippe sitt anker og gi varsel ved å tenne lampen Bv Ved å anvende elektromagnetiske re-gistreringsorganer med forskjellig følsom-het og koble disse til hver sin relémelde-krets, oppnås en forvarsling som innen grove grenser angir avstanden til lynutlad-ninger i stor avstand fra registreringsste-det. Således kan et elektromagnetisk registreringsorgan med' mindre følsomhet virke på kontakten K2, som brytes etter K1, altså etter at tordenværet er kommet nær-mere observasjonsstedet, og koble inn lampen B2 ved å bryte holdekretsen for reléet H som er koblet og virker på samme måte som kretsen for relé G1( idet kontakten k2 brytes og kontakten kj sluttes. Fig. 4 shows a relay connection which is drawn in the rest state. The warning is given in a known manner from an electromagnetic recording device (D2, fig. 3) by breaking the contact Kj, and the relay G, which is normally connected and shown in the attracted position, will release its armature and give a warning by lighting the lamp Bv By using electromagnetic recording devices with different sensitivities and connecting these to each relay signaling circuit, a warning is obtained which, within rough limits, indicates the distance to lightning discharges at a great distance from the recording location. Thus, an electromagnetic recording device with less sensitivity can act on the contact K2, which is broken after K1, i.e. after the thunderstorm has come closer to the observation point, and switch on the lamp B2 by breaking the holding circuit for the relay H which is connected and works in the same way as the circuit for relay G1 (as contact k2 is broken and contact kj is closed.

Fra et elektrostatisk registreringsorgan som er beskrevet ovenfor (fig. 2), gis alarm ved at dette registreringsorgans utgangsspenning e' etter forsterkning, likeretning og omdannelse til et spenningspulstog e" påvirker et blinkrelé C som på kjent måte vil bryte og slutte strømtilførselen til sig-nallampen B2 periodisk. From an electrostatic recording device described above (fig. 2), an alarm is given by the fact that this recording device's output voltage e' after amplification, rectification and conversion into a voltage pulse train e" affects a flashing relay C which, in a known manner, will break and stop the power supply to the sig- the teddy bear B2 intermittently.

Etter varsling stilles reléene G og H After notification, relays G and H are set

på kjent måte tilbake ved å tilføres spenning ved hjelp av hver sin kvitteringstrykk-knapp Tt og T2. in a known way back by applying voltage using each acknowledgment push-button Tt and T2.

Ved dette eksempel får man altså den With this example, you get it

første forvarsling ved at lampe Bt tennes, first warning by lamp Bt lighting up,

annet varsel ved at også B2 tennes, og other warning in that B2 is also lit, and

tredje varsel når tordenskyen er innen sikt third warning when the thundercloud is within sight

ved at Bj lyser konstant og B2 blinker. Hvis in that Bj lights up constantly and B2 flashes. If

Bj ikke lyser men B2 blinker, vil dette være Bj does not light up but B2 flashes, this will be it

et tegn på at der er en statisk ladning nær a sign that a static charge is near

observasjonsstedet og at man kan risikere the observation point and that one can risk

statisk ladet nedbør. statically charged precipitation.

Ved arbeide i tunnel trenger man lang When working in a tunnel, you need a long

tid for å komme bort fra faresonen. Når time to get out of the danger zone. When

man arbeider i dagen trenges kortere tid, you work during the day, less time is needed,

men man må da også ha varsel ved fare but you must also have a warning in case of danger

for statisk ladet nedbør. På de fleste større for statically charged precipitation. On most larger ones

tunnelbyggesteder vil man ha arbeider av tunnel construction sites you want workers from

begge ovennevnte kategorier. Det ovenfor both of the above categories. The above

beskrevne varslingsutstyr, som kombinerer described warning equipment, which combines

de forskjellige varslingsmetoder, vil derfor the different notification methods, will therefore

gi en vesentlig forhøyet sikkerhet. provide significantly increased security.

Claims

1. Procedure for lightning warning, especially in warning systems in connection with mine and tunnel facilities with electrical ignition of explosive charges, character created by the fact that electromagnetic oscillations and the earth's electric field are registered in a separately known manner, which registrations take place at the same time, and that signals from the two recording devices are combined in a common warning device.

2. Method for lightning warning according to claim 1, characterized in that the recording of the earth's electric field takes place in such a way that the signal from an antenna (AE, fig. 2) is amplified and fed through a high-pass filter (HP) to recording points (vt , v2), between which there is a low-pass filter (LP).

3. Procedure for lightning warning according to claim 1 or 2, characterized in that recording equipment for electromagnetic oscillations, which affect the warning device, warns of different degrees of danger, e.g. lights alarm lamps of different colours, and by the warning device being affected in different ways by the two registration systems, e.g. by leaving the alarm lights on constantly when they are affected by the electromagnetic oscillation detection system, and by letting the alarm lights flash when they are affected by the ground electric field detection system.