Zasada działania
W jaki sposób można zmierzyć prąd piorunowy? W jaki sposób powstają przepięcia? Jak przepięcia docierają do aparatów i instalacji? To pytania, które być może już sobie nieraz zadawałeś. Na kolejnych stronach znajdziesz obszerne informacje na temat rejestracji prądów piorunowych.
Budowa odcinka pomiarowego
Odcinek pomiarowy składa się z transparentnego medium (dielektryk), z polaryzatorami lub filtrami polaryzacyjnymi umieszczonymi po obu stronach. Odcinek pomiarowy jest umieszczony w taki sposób, że przyjmuje położenie pod kątem 90° względem kierunku przepływu prądu w przewodzie odprowadzającym. Dzięki temu kierunek rozchodzenia się fali świetlnej w odcinku pomiarowym leży równolegle do pola magnetycznego prądu udarowego w przewodzie odprowadzającym.
Polaryzatory
Polaryzatory lub filtry polaryzacyjne stanowią elementy optyczne, które powodują polaryzację światła. Fale elektromagnetyczne zostają przetransformowane poprzez absorpcję lub rozszczepienie światła na światło spolaryzowane liniowo, eliptycznie lub kołowo. W celu wykorzystania efektu Faradaya w tym przypadku światło polaryzuje się liniowo. Oznacza to, że tylko światło spolaryzowane liniowo przechodzi przez filtr polaryzacyjny.
Oddziaływanie magnetyczne na płaszczyznę polaryzacji
Fala świetlna wprawia w drgania elektrony w dielektryku. Pole magnetyczne zmienia ruch elektronów w obrębie dielektryku. W ten sposób następuje oddziaływanie na płaszczyznę polaryzacji światła. Zasadniczo płaszczyzna polaryzacji daje się obracać w dowolnym kierunku.
Efekt magnetooptyczny w LM-S
Model graficzny pokazuje wszystkie istotne elementy i wielkości efektu magnetooptycznego w systemie pomiaru prądu piorunowego. Fala świetlna Φ o zdefiniowanym natężeniu światła jest doprowadzana przez światłowód do odcinka pomiarowego.
Filtr polaryzacyjny P1 na wejściu odcinka pomiarowego polaryzuje liniowo doprowadzone światło. Spolaryzowana fala świetlna wprawia w drgania elektrony w medium i przemieszcza się w płaszczyźnie polaryzacji poprzez medium odcinka pomiarowego. Na płaszczyznę polaryzacji można oddziaływać magnetycznie.
Pole magnetyczne prądu udarowego skręca płaszczyznę polaryzacji fali świetlnej w obrębie medium wokół osi wzdłużnej. Kierunek skrętu jest zależny od kierunku linii pola magnetycznego, a więc od kierunku przepływu prądu. Na przykład prądy udarowe pochodzące z piorunów ujemnych i dodatnich tworzą odmiennie skierowane linie pola magnetycznego.
Im większy jest prąd I, tym silniejsze jest pole magnetyczne B i tym większy jest również kąt skręcenia β. Pole magnetyczne B1 powoduje skręcenie fali świetlnej w prawo, a pole magnetyczne B2 w lewo.
Na wyjściu odcinka pomiarowego znajduje się drugi liniowy filtr polaryzacyjny P2, umieszczony pod kątem 45° względem wejściowego filtra polaryzacyjnego. W wyniku tego, w przypadku fali świetlnej pozbawionej oddziaływań, przez filtr wyjściowy przechodzi tylko 50% całej ilości światła. Zależnie od skręcenia fali świetlnej wyjściowy filtr polaryzacyjny przepuszcza więcej lub mniej światła. W taki sposób powstaje mierzalny i możliwy do przetworzenia sygnał świetlny.
Rezultat pomiaru i ocena
Piorun dodatni wywołuje skręcenie spolaryzowanego sygnału świetlnego w prawo. Ilość światła za drugim filtrem polaryzacyjnym wzrasta i wynosi pomiędzy 50 i 100%. Gdy kąt skręcenia sygnału świetlnego osiąga 45°, to odpowiada to 100% wartości pomiarowej pioruna dodatniego.
Piorun ujemny wywołuje skręcenie spolaryzowanego sygnału świetlnego w lewo. Ilość światła za drugim filtrem polaryzacyjnym spada i wynosi pomiędzy 50 i 0%. Gdy kąt skręcenia sygnału świetlnego osiąga -45°, to odpowiada 100% wartości pomiarowej pioruna ujemnego.
Pomiarowi podlega ilość światła za wyjściowym filtrem polaryzacyjnym. Na podstawie czasowego przebiegu ilości światła wyprowadzane są typowe parametry zarejestrowanego prądu piorunowego. Są to maksymalne natężenia prądu, nachylenie charakterystyki prądu piorunowego oraz ładunek i energia właściwa.
PHOENIX CONTACT Sp. z o.o
51-317 Wrocław
"$pageName" na