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Princípio de funcionamento

Como se podem medir correntes da descarga atmosférica? Como aparecem as sobretensões transitórias? Como se formam sobretensões transitórias nos seus equipamentos e sistemas? Já se deverá ter perguntado certamente sobre estas questões. Nas seguintes páginas, poderá obter informação detalhada sobre a área do registo de correntes da descarga atmosférica.

Estrutura da secção de medição

A secção de medição é composta por um meio transparente (dielétrico), com polarizadores ou filtros de polarização dispostos de ambos os lados. A secção de medição está disposta de modo a formar na derivação um ângulo de 90° em relação à direção de fluxo da corrente. Deste modo, a direção de propagação de uma onda de luz na secção de medição é paralela ao campo magnético do pico de corrente na derivação.

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Polarizadores

Polarizador linear  

Polarizador linear

Os polarizadores ou filtros de polarização são elementos óticos que provocam uma polarização. Nesse processo, as ondas eletromagnéticas são separadas através de absorção ou separação de raios numa luz polarizada de forma linear, elíptica ou circular. Neste caso, a luz é polarizada de forma linear para utilizar o efeito Faraday. Isto significa que apenas a luz com uma polarização linear passa através do filtro de polarização.

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Influência magnética do nível de polarização

Influência magnética do nível de polarização  

Influência magnética do nível de polarização

A onda de luz coloca os eletrões no dielétrico em oscilação. O campo magnético altera o movimento dos eletrões dentro do dielétrico. Tal influencia o nível de polarização da luz. Em princípio, o nível de polarização pode ser rodado em qualquer direção.

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Efeito magneto-ótico no LM-S

O modelo gráfico apresenta todos os elementos e fatores importantes do efeito magneto-ótico no sistema de medição de descargas atmosféricas. Uma onda de luz Φ com uma intensidade luminosa definida é aproximada à secção de medição através de uma fibra ótica.

O filtro de polarização P1 na entrada da secção de medição polariza a luz linear introduzida. A onda de luz polarizada desta forma coloca os eletrões do meio em oscilação e movimenta-se no nível de polarização através do meio da secção de medição. O nível de polarização pode ser influenciado de forma magnética.

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O campo magnético de um pico de corrente roda o nível de polarização da onda de luz dentro do meio em torno do eixo longitudinal. A direção de rotação depende da direção das linhas de campo magnéticas e, assim, da direção de fluxo da corrente. Por exemplo, os picos de corrente criam linhas de campo magnéticas com diferentes orientações, a partir de relâmpagos negativos e positivos.

Quanto maior é a corrente I, mais forte é o campo magnético B e também o ângulo de rotação β. O campo magnético B1 provoca uma rotação para a direita e o campo magnético B2 provoca uma rotação para a esquerda da onda de luz.

Na saída da secção de medição está disposto o segundo filtro de polarização linear P2 num ângulo de 45° em relação ao filtro de polarização de entrada. Assim, de uma onda de luz não influenciada, apenas 50% da quantidade de luz passa através do filtro de polarização de saída. Dependendo da rotação da onda de luz, o filtro de polarização de saída deixa passar mais ou menos luz. Deste modo, é criado um sinal de luz medível e analisável.

Resultado de medição e avaliação

Resultado de medição e avaliação  

Representação de princípio: alteração da quantidade de luz atrás do filtro de polarização de saída

Um relâmpago positivo provoca uma rotação para a direita do sinal de luz polarizado. A quantidade de luz atrás do segundo filtro de polarização é aumentada e situa-se entre 50 e 100%. Quando o ângulo de rotação do sinal de luz atinge os 45°, tal corresponde a 100% do valor de medição de um relâmpago positivo.

Um relâmpago negativo provoca uma rotação para a esquerda do sinal de luz polarizado. A quantidade de luz atrás do segundo filtro de polarização é reduzida e situa-se entre 50 e 0%. Quando o ângulo de rotação do sinal de luz atinge os -45°, tal corresponde a 100% do valor de medição de um relâmpago negativo.

É medida a quantidade de luz atrás do filtro de polarização de saída. A partir da evolução temporal da quantidade de luz são derivados os parâmetros típicos do pico de corrente da descarga atmosférica registada. Trata-se da intensidade máxima de corrente, da velocidade de crescimento da descarga atmosférica, bem como da carga e da energia específica.

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Fatores de influência

Os principais fatores de influência são o material do meio, o comprimento de onda da luz, o trajeto da luz através do meio, bem como a intensidade de campo magnético. Além disso, em seguida são explicadas outras bases teóricas e fatores de influência. Clique nos respetivos títulos para obter mais informações.

O vetor de campo elétrico E descreve a evolução e a posição da onda de luz influenciada. É representado em forma de seta (ver modelo gráfico).

Dielétrico é a designação para qualquer substância não metálica com capacidade de condução elétrica fraca ou não condutora, cujos portadores de carga não se costumam mover livremente. Pode tratar-se de um gás, de um líquido ou de uma matéria sólida. Normalmente estas substâncias não são magnéticas e são-lhes aplicados campos elétricos ou eletromagnéticos.

A constante de Verdet V corresponde à capacidade de rotação por unidade da densidade de fluxo magnético. Esta descreve a intensidade do efeito Faraday para o dielétrico a avaliar. O seu valor depende do comprimento de onda das ondas eletromagnéticas do meio.

O ângulo de rotação β, em torno do qual gira o nível de polarização, é calculado conforme a fórmula:
 
                                                    β = V x d x B
 

d é o comprimento do trajeto da luz através do meio, B é a densidade de fluxo magnético e V é a constante Verdet.

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