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Principio de funcionamiento

¿Cómo se pueden medir las corrientes de rayo? ¿Cómo se producen las sobretensiones? ¿Cómo llegan las sobretensiones a sus dispositivos e instalaciones? Quizá usted también se ha hecho estas preguntas alguna vez. En las páginas siguientes podrá informarse ampliamente sobre el ámbito del registro de las corrientes de rayo.

Configuración del tramo de medición

El tramo de medición se compone de un medio transparente (dieléctrico) con polarizadores dispuestos a ambos lados o filtros polarizados. El tramo de medición está dispuesto de tal modo que la dirección del flujo de corriente en la derivación adopta un ángulo de 90°. De esta manera, la dirección de propagación de una onda luminosa se encuentra en el tramo de medición paralelamente al campo magnético de la sobrecorriente momentánea en la derivación.

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Polarizadores

Polarizador de acción lineal  

Polarizador de acción lineal

Los polarizadores o filtros polarizados son elementos ópticos que producen una polarización. Para ello, las ondas electromagnéticas se separan a través de la absorción o la división de haz en luz polarizada lineal, elíptica o circular. Para la utilización del efecto Faraday, en este caso la luz se polariza linealmente. Esto significa que a través del filtro polarizado solo llega la luz polarizada linealmente.

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Influencia magnética de los planos de polarización

Influencia magnética de los planos de polarización  

Influencia magnética de los planos de polarización

La onda luminosa alterna los electrones en el dieléctrico con oscilaciones. El campo magnético modifica el movimiento de los electrones en el interior del dieléctrico. De este modo, se ve influido el plano de polarización de la luz. El plano de polarización, en principio, puede girar en cualquier dirección.

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Efecto magneto-óptico en el LM-S

El modelo gráfico muestra todos los elementos y tamaños esenciales del efecto magneto-óptico en el sistema de medición de rayos. Una onda luminosa Φ con intensidad de luz definida se conduce por el tramo de medición mediante un cable de fibra óptica.

El filtro polarizado P1 en la entrada del tramo de medición polariza la luz introducida de manera lineal. La onda luminosa polarizada de este modo alterna los electrones en el medio en oscilación y se mueve sobre el plano de polarización a través del medio del tramo de medición. El plano de polarización puede resultar influido magnéticamente.

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El campo magnético de una sobrecorriente momentánea gira el plano de polarización de la onda luminosa en el interior del medio alrededor del eje longitudinal. El sentido de giro depende de la dirección de las líneas de flujo magnético y, con ello, de la dirección del flujo de corriente. Por ejemplo, las sobrecorrientes momentáneas de rayos negativos y positivos producen líneas de flujo magnético de diferente orientación.

Cuanto mayor sea la corriente I, más fuerte será el campo magnético B y mayor será también el ángulo de giro β. El campo magnético B1 provoca un giro a la derecha y el campo magnético B2 un giro a la izquierda de la onda luminosa.

En la salida del tramo de medición está dispuesto el segundo filtro polarizado lineal P2 en un ángulo de 45° con respecto al filtro polarizado de entrada. De esta manera, de una onda luminosa no influida solo entra el 50 % de la energía lumínica a través del filtro polarizado de salida. En función del giro de la onda luminosa, el filtro polarizado de salida permite que entre más o menos luz. Así se produce una señal de luz medible y evaluable.

Resultado de la medición y evaluación

Resultado de medición y evaluación  

Representación de principios: modificación de la energía lumínica detrás del filtro polarizado de salida

Un rayo positivo determina un giro hacia la derecha de la señal de luz polarizada. La energía lumínica detrás del segundo filtro polarizado aumenta y alcanza entre el 50 % y el 100 %. Cuando el ángulo de giro de la señal de luz llega a 45°, esto se corresponde con el valor comprobado 100 % de un rayo positivo.

Un rayo negativo determina un giro hacia la izquierda de la señal de luz polarizada. La energía lumínica detrás del segundo filtro polarizado se reduce y alcanza entre el 50 % y el 0 %. Cuando el ángulo de giro de la señal de luz llega a -45°, esto se corresponde con el valor comprobado 100 % de un rayo negativo.

La energía lumínica se mide detrás del filtro polarizado de salida. Los parámetros típicos de las sobrecorrientes momentáneas de rayo registradas se derivan del flujo temporal de la energía lumínica. Estos son la intensidad de corriente máxima y la pendiente de la corriente de rayos, así como la carga y la energía específica.

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Magnitudes de influencia

Las magnitudes de influencia más importantes son el material del medio, la longitud de onda de la luz y la longitud del recorrido de la luz a través del medio, así como la intensidad del campo magnético. Asimismo, a continuación se explican otras nociones teóricas y magnitudes de influencia. Haga clic en los títulos para obtener más información.

El vector de campo eléctrico E describe el curso y la posición de las ondas luminosas influidas. Se representa como flecha (véase el modelo gráfico).

Como dieléctrico se denomina toda sustancia no metálica con poca o nula conductividad eléctrica, cuyos portadores de carga en general no se pueden mover libremente. En este caso, puede tratarse de un gas, un líquido o un sólido. Estas sustancias suelen ser no magnéticas y se aplican con campos eléctricos o electromagnéticos.

La constante Verdet V corresponde al poder rotatorio por unidad de la densidad de flujo magnética. Describe la intensidad del efecto Faraday para el dieléctrico que debe evaluarse. Su valor depende de la longitud de onda de las ondas electromagnéticas en el medio.

El ángulo de giro β, sobre el que gira el plano de polarización, se calcula según:
 
                                                    β = V x d x B
 

d es la longitud del tramo de luz a través del medio, B la densidad de flujo magnética y V la constante Verdet.

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