Sistema de medição de descargas atmosféricas <h3>Registar e avaliar correntes da descarga atmosférica</h3> Os relâmpagos causam danos devastadores em edifícios e sistemas. O nosso sistema de medição de descargas atmosféricas LM-S oferece a solução para o registo e a avaliação de descargas atmosféricas em instalações expostas ou amplamente distribuídas.

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. 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.

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.

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 assim polarizada 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.

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.

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.

No campo magnético circular, a intensidade de campo eficaz depende da profundidade de imersão do sensor no campo magnético da derivação por onde passa o fluxo de corrente.

A profundidade de imersão é definida no cálculo através do raio. Isto é., quanto menor o raio, maior a intensidade de campo. Para a intensidade de campo ser o mais eficaz possível, é vantajoso montar o sensor o mais perto possível da derivação.

Legenda:
H = intensidade de campo [A/m]
r = raio [cm]
I = corrente [A]

O raio é a medida para a profundidade de imersão do sensor no campo magnético e para o registo da intensidade de campo magnético H eficaz nesse local. O valor corresponde à distância entre a linha central do condutor e a aresta exterior do invólucro do sensor.

O raio é determinado durante a instalação. Tal é importante para a calibração do sistema, uma vez que garante condições de medição iguais com diferentes circunstâncias da instalação.

Através da interface Ethernet RJ-45 é possível integrar a unidade de avaliação em redes padrão. O acesso aos dados registados e à configuração do sistema é realizado através do servidor web interno. O acesso à interface web é realizado via endereçamento IP através do navegador de Internet de um PC ligado.

Os relâmpagos em instalações de difícil acesso ou distantes, como, por exemplo, parques eólicos offshore, não podem ser detetados ou apenas são detetados com grande esforço. O sistema de deteção de descargas atmosféricas LM-S disponibiliza todos os dados de medição através da interface web integrada. Assim, é possível consultar, a qualquer momento, a situação de carga do sistema via acesso remoto, por ex., com um smartphone.

Com os dados avaliados é possível avaliar com exatidão a carga real de um sistema. Os resultados de medição são sempre atuais e permitem uma manutenção preventiva. Para evitar danos subsequentes pode tomar medidas rapidamente, caso seja provável que ocorram danos no sistema. Deste modo, os tempos de inoperação podem ser reduzidos ou mesmo evitados. Mas, se a partir dos resultados de medição for possível deduzir uma carga mínima e acrítica do sistema, tal evita intervenções desnecessárias de manutenção e serviço.

A unidade de avaliação também tem um relé comutador com um contacto remoto saliente. Este contacto normalmente fechado efetua em cada evento um breve impulso que pode ser avaliado por um contador. Assim, também existe a possibilidade de uma avaliação simples ou adicional do número de relâmpagos ocorridos no sistema. O contacto de relé retoma a posição de repouso apenas após a inicialização do sistema. E, em caso de falha no sistema, o relé é desativado. Deste modo, através do contacto remoto também é possível consultar a disponibilidade do sistema.

Este exemplo de aplicação mostra a utilização do sistema de deteção de relâmpagos no Hermannsdenkmal (monumento a Hermann) em Detmold, na Alemanha. A estátua de cobre assenta sobre o pedestal de silicocalcário. Na base da estátua estão ligados três cabos de ligação à terra. Além disso, em caso de queda de relâmpagos na obra com mais de 53 metros de altura, as correntes de pico de corrente da descarga atmosférica são conduzidos para a terra. Os sensores estão montados sobre estes condutores de descarga. A unidade de avaliação está instalada num quadro de comando no interior do pedestal.