Salamavirran mittausjärjestelmä <h3>Salamavirtojen mittaus ja analysointi</h3> Salamaniskut aiheuttavat huomattavia vaurioita rakennuksille ja laitteistoille. Salamavirran mittausjärjestelmä LM-S tarjoaa ratkaisun salamaniskujen mittaukseen ja analysointiin alttiissa tai laajalle hajautetuissa laitteistoissa.

Polarisaattorit tai polarisaatiosuodattimet ovat optisia elementtejä, jotka saavat aikaan polarisaation. Siinä sähkömagneettiset aallot erotetaan absorbtiolla tai säteenosituksella lineaarisesti, elliptisesti tai ympyräpolarisoiduksi valoksi. Faraday-ilmiön hyödyntämiseksi valo polarisoidaan tässä tapauksessa lineaariseksi. Se tarkoittaa, että vain lineaarisesti polarisoitu valo pääsee polarisaatiosuodattimen läpi.

Valoaalto saa eristeen elektronit värähtelemään. Magneettikenttä muuttaa elektronien liikkeen eristeessä. Näin vaikutetaan valon polarisaatiotasoon. Polarisaatiotason voi periaatteessa kääntää mihin tahansa suuntaan.

Graafinen malli näyttää magneettisoptisen ilmiön kaikki olennaiset elementit ja suureet salamavirran mittausjärjestelmässä. Valonvoimakkuudeltaan tietynlainen valoaalto Φ viedään valokaapelia pitkin mittausväliin.

Polarisaatiosuodatin P1 polarisoi syötetyn valon mittausvälin tulossa lineaariseksi. Näin polarisoitu valoaalto saa väliaineessa olevat elektronit värähtelemään ja liikkuu polarisaatiotasolla mittausvälin väliaineen kautta. Magnetismi vaikuttaa polarisaatiotasoon.

Syöksyvirran magneettikenttä kääntää valoaallon polarisaatiotasoa väliaineessa pitkittäisakselin ympäri. Kiertosuunta on riippuvainen magneettisten kenttäviivojen suunnasta ja siten sähkövirran suunnasta. Syöksyvirrat tuottavat esimerkiksi negatiivisista ja positiivisista salamoista eri tavoin suunnattuja magneettisia kenttäviivoja.

Mitä suurempi on sähkövirta I, sitä voimakkaampi on magneettikenttä B ja sitä suurempi on kiertokulma β. Magneettikenttä B1 kääntää valoaallon oikealle ja magneettikenttä B2 vasemmalle.

Mittausvälin lähtöön on sijoitettuna toinen lineaarinen polarisaatiosuodatin P2 45° kulmaan suhteessa tulon polarisaatiosuodattimeen. Näin vaikuttamattomasta valoaallosta vain 50 % menee lähdön polarisaatiosuodattimen läpi. Valoaallon kiertosuunnasta riippuen lähdön polarisaatiosuodatin päästää enemmän tai vähemmän valoa läpi. Näin syntyy mitattava ja analysoitava valosignaali.

Positiivinen salama kääntää polarisoidun valosignaalin oikealle. Valon määrä lisääntyy toisen polarisaatiosuodattimen jälkeen ja on 50 - 100 % välillä. Kun saavutetaan valosignaalin kiertokulma 45°, se vastaa positiivisen salaman 100 % mittausarvoa.

Negatiivinen salama kääntää polarisoidun valosignaalin vasemmalle. Valon määrä vähenee toisen polaarisaatiosuodattimen jälkeen ja on 50 - 0 % välillä. Kun saavutetaan valosignaalin kiertokulma -45°, se vastaa negatiivisen salaman 100 % mittausarvoa.

Valon määrä mitataan lähdön polarisaatiosuodattimen jälkeen. Mitatun ukkossyöksyvirran tyypilliset parametrit johdetaan valomäärän ajallisesta kulusta. Niitä ovat maksimi virranvoimakkuus, salamavirran nousunopeus sekä varaus ja erityisesti energia.

Ympyränmuotoisessa magneettikentässä vaikuttava kentänvoimakkuus on riippuvainen anturin upotussyvyydestä johdon magneettikenttään, jonka läpi sähkövirta kulkee.

Upotussyvyys määritetään laskelmassa säteen kautta. Se tarkoittaa, että mitä pienempi säde on, sitä voimakkaampi on kenttä. Jotta kentän tehokas voimakkuus on mahdollisimman suuri, anturi kannattaa asentaa mahdollisimman lähelle johtoa.

Selitteet:
H = kentän voimakkuus [A/m]
r = säde [cm]
I = virta [A]

Säde on anturin upotussyvyyden mitta magneettikentässä ja mitta paikan päällä vaikuttavan magneettikentän voimakkuuden H mittaukseen. Arvo vastaa johtimen keskiviivan ja anturikotelon ulkoreunan välistä etäisyyttä.

Säde mitataan asennuksen yhteydessä. Se on tärkeä järjestelmän kalibrointiin, sillä se takaa samat mittausehdot, kun järjestelmien ominaisuudet ovat erilaisia.

Analysointiyksikkö voidaan asentaa perusverkkoihin RJ45-Ethernet-liitännän kautta. Mitattuihin tietoihin ja järjestelmän konfigurointiin pääsee sisäisen verkkopalvelimen kautta. Web-käyttöliittymä avataan liitettynä olevan tietokoneen internetselaimen kautta IP-osoitteen avulla.

Vaikeapääsyisiin tai kaukana oleviin järjestelmiin, esim. merellä sijaitseviin tuulipuistoihin, osuvat salamaniskut on mahdoton tai vaikea havaita. Salamavirran mittausjärjestelmä LM-S tarjoaa kaikki mittaustiedot käyttöön integroidun verkkoliitännän kautta. Näin järjestelmän kuormitustilanteesta voidaan lähettää kysely milloin tahansa etäkäytöllä esim. matkapuhelimen avulla.

Järjestelmän todellinen kuormitus on analysoitujen tietojen avulla erittäin tarkasti arvioitavissa. Mittaustulokset ovat aina ajankohtaisia ja mahdollistavat ennaltaehkäisevän huollon. Kun järjestelmän oletetaan vaurioituneen, toimenpiteisiin voidaan ryhtyä nopeasti välillisten vahinkojen välttämiseksi. Näin seisokkiajat lyhenevät tai ne vältetään täysin. Kun mittaustuloksista voidaan päätellä vähäinen ja harmittomampi järjestelmän ylikuormitus, vältetään turhat huolto- ja kunnossapitokäynnit.

Analysointiyksikössä on myös kytkentärele, jossa on etäkosketin. Tämä avautuva kosketin antaa jokaisesta tapahtumasta lyhyen impulssin, jonka laskuri tunnistaa. Näin on myös mahdollista suorittaa yksinkertainen analysointi järjestelmään osuneista salamaniskuista. Relekosketin sulkeutuu järjestelmän käynnistyksen jälkeen. Järjestelmähäiriöiden yhteydessä rele avautuu. Näin järjestelmän valmiudesta suoritetaan kysely myös etäkoskettimen kautta.

Tämä sovellusesimerkki näyttää, miten salamoiden mittausjärjestelmää käytetään Armeniuksen muistomerkissä Saksan Detmoldissa. Kuparipatsas on kalkkihiekkakivestä olevan alustan päällä. Patsaan jalustaan on liitetty kolme maadoitusjohtoa. Salaman iskiessä tähän yhteensä yli 53 metriä korkeaan rakennelmaan syöksyvirrat johdetaan maahan. Näihin johtoihin on asennettuina antureita. Analysointiyksikkö on asennettuna alarakenteen sisäpuolella olevaan kytkentäkaappiin.