Sistem de monitorizare a curentului de trăsnet <h3>Înregistrarea și evaluarea curenților de trăsnet</h3> Descărcările atmosferice cauzează avarii grave la clădiri și instalații. Sistemul nostru de monitorizare a curentului de trăsnet LM-S oferă soluția pentru înregistrarea și evaluarea descărcărilor atmosferice în instalații expuse sau distribuite pe scară largă.
Aici puteți afla cum funcționează sistemul de monitorizare a curentului de trăsnet și ce domenii de utilizare sunt posibile.
Sistem de monitorizare a curentului de trăsnet
Sistemul de monitorizare a curentului de trăsnet LM-S detectează și analizează toți parametrii importanți ai curenților de descărcare la trăsnet. La o unitate de evaluare pot fi conectați până la trei senzori. Senzorii sunt montați pe descărcătoarele unui sistem de protecție la descărcări atmosferice. Măsurarea cu senzori se bazează pe un efect magneto-optic, așa-numitul efect Faraday. Pentru evitarea influențării măsurătorii, transmiterea semnalului de la senzor la unitatea de evaluare este realizată prin fibră optică.
Puteți găsi mai multe informații despre senzori și alte componente pe pagina cu detalii privind produsele.
Sistemul de monitorizare a curentului de trăsnet LM-S
Hermes Award 2012 pentru sistemul de monitorizare a curentului de trăsnet
În anul 2012, sistemul de monitorizare a curentului de trăsnet a fost distins cu mult-râvnitul premiu internațional pentru tehnologie Hermes Award.
Începând din 2004, Hermes Award este acordat de către Deutsche Messe AG anual pentru produse deosebite, inovatoare.
Pagube și distrugeri datorate loviturilor de trăsnet
În funcție de energia antrenată, o lovitură de trăsnet poate cauza distrugeri masive la clădiri și sisteme, care pot cauza, la rândul lor, alte pagube.
În cazul imobilelor de locuințe sau al întreprinderilor frecventate regulat de persoane, asemenea daune sunt observate imediat. Măsurile de ajutorare pentru limitarea pagubelor pot fi astfel luate în cel mai scurt timp. După un asemenea eveniment, volumul pagubelor poate fi evaluat relativ repede și concret. Printr-o reparație și o reluare imediată a unor funcții importante ale sistemului, pot fi evitate pagubele.
La instalații cu localizare expusă sau cu o suprafață mare nu există practic posibilitatea unei observații continue efectuate de persoane. Distrugerile sau avariile la instalații sunt observate abia după ce s-au produs. Din acest motiv sunt utilizate sisteme de monitorizare din ce în ce mai inteligente. Acestea monitorizează permanent diferitele funcții dintr-o instalație și starea acestora și raportează rezultatele imediat către o unitate centrală de control. Aceasta permite o reacție imediată la deranjamente și astfel se pot evita pagube și timpi lungi de nefuncționare.
Până acum nu exista un sistem de măsurare cu care loviturile de trăsnet într-o instalație să poată fi recunoscute și evaluate fiabil. De aceea nu existau nici raportări de pagube sau deranjamente la evenimentele de acest fel.
Printre sistemele cele mai expuse la pericolul unor descărcări atmosferice se numără, de exemplu, turbine eoliene, sisteme de generare a energiei, fabrici care ocupă o suprafață mare și sisteme feroviare. La asemenea sisteme, o protecție impenetrabilă la descărcările atmosferice este, în principiu, foarte greu de realizat, aproape imposibil.
Sistem de monitorizare a curentului de trăsnet
Sistemul de monitorizare a curentului de trăsnet LM-S
Pentru înregistrarea și evaluarea loviturilor de trăsnet vă stă la dispoziție sistemul de monitorizare a curentului de trăsnet LM-S de la Phoenix Contact. Acesta este format, în principal, dintr-o unitate de evaluare și un senzor montat pe dispozitivul de protecție al unui sistem de protecție la descărcări atmosferice.
Acest sistem de măsurare folosește efectul Faraday, respectiv efectul magneto-optic pentru a analiza înălțimea și direcția de scurgere a curenților de descărcare la trăsnet care survin în paratrăsnete. O undă de lumină este influențată magnetic, iar amploarea influenței este evaluată ca rezultat al măsurătorii. Și transmiterea de semnale se efectuează tot prin fibră optică.
Spre deosebire de o transmitere de semnal prin conductori de cupru, în acest caz avem avantaje decisive. Curenții de descărcare atmosferică surveniți în preajma sistemului de măsurare nu mai pot influența semnalul luminos și nici nu pot interfera în linia de transmitere. Astfel, sistemul electronic al unității de evaluare are la dispoziție un semnal fiabil și neutru din punct de vedere al compatibilității electromagnetice.
Principiu de funcționare
Cum putem măsura curentul de trăsnet? Cum apar supratensiunile? Cum ajung supratensiunile în dispozitivele și instalațiile dumneavoastră? V-ați pus poate deja asemenea întrebări. În secțiunile următoare vă vom informa exhaustiv despre domeniul înregistrării curenților de trăsnet.
Structura tronsonului de măsurare
Tronsonul de măsurare este compus dintr-un mediu transparent (dielectric) cu polarizatori sau filtre de polarizare dispuse pe ambele părți. Tronsonul de măsurare este alcătuit în așa fel, încât direcția de scurgere a curentului în descărcător să facă un unghi de 90°. Astfel, direcția de propagare a unei unde de lumină în tronsonul de măsurare este paralelă cu câmpul magnetic al curentului de supratensiune tranzitorie în dispozitivul de protecție.
Polarizator cu efect linear
Polarizatori
Polarizatorii, respectiv filtrele de polarizare sunt elemente optice care produc o polarizare. Astfel, unde electromagnetice sunt separate prin absorbție sau fascicul de divizare în lumină polarizată liniar, eliptic sau circular. La utilizarea efectului Faraday, lumina este polarizată liniar, în acest caz. Acest lucru înseamnă că lumina este polarizată numai liniar, prin filtrul de polarizare.
Influențarea magnetică a nivelului de polarizare
Influențarea magnetică a nivelului de polarizare
Unda de lumină induce o vibrație a electronilor din dielectric. Câmpul magnetic modifică mișcarea electronilor în interiorul dielectricului. Astfel este influențat nivelul de polarizare al luminii. Nivelul de polarizare poate fi rotit, în principiu, în orice direcție.
Efect magneto-optic în LM-S
Efect magneto-optic în LM-S
Modelul grafic arată toate elementele și valorile esențiale ale efectului magneto-optic în sistemul de măsurare a curentului de trăsnet. O undă de lumină Φ cu intensitate luminoasă definită este condusă către tronsonul de măsurare printr-o fibră optică.
Filtrul de polarizare P1 la intrarea în tronsonul de măsurare polarizează linear lumina condusă la el. Unda de lumină polarizată astfel induce o vibrație electronilor din mediu și se mișcă la nivelul de polarizare în mediul tronsonului de măsurare. Nivelul de polarizare poate fi influențat magnetic.
Câmpul magnetic al unui curent de supratensiune tranzitorie rotește câmpul de polarizare al undei de lumină în interiorul mediului din jurul axei longitudinale. Direcția de rotație depinde de direcția liniilor de câmp magnetic și, implicit, de direcția de scurgere a curentului. De exemplu, curenții de supratensiune tranzitorie din fulgere negative sau pozitive produc linii de câmp direcționate în mod diferit.
Cu cât este mai puternic curentul I, cu atât mai puternic este câmpul magnetic B și cu atât mai mare este și unghiul de rotire β. Câmpul magnetic B1 produce o rotire spre dreapta, iar câmpul magnetic B2, o rotire spre stânga a undei de lumină.
La ieșirea din tronsonul de măsurare este dispus cel de-al doilea filtru de polarizare P2 într-un unghi de 45° față de filtrul de polarizare de la intrare. Astfel, dintr-o undă de lumină neinfluențată, numai 50 % din cantitatea de lumină trece prin filtrul de polarizare de ieșire. În funcție de rotirea undei de lumină, filtrul de polarizare de ieșire lasă să treacă mai multă sau mai puțină lumină. Astfel se produce un semnal luminos măsurabil și evaluabil.
Prezentarea principiului: modificarea cantității de lumină în spatele filtrului de polarizare de ieșire
Rezultatul și evaluarea măsurătorii
Un fulger pozitiv cauzează o rotire spre dreapta a semnalului luminos. Cantitatea de lumină în spatele celui de-al doilea filtru de polarizare crește și ajunge până la între 50 și 100 %. Dacă unghiul de rotire al semnalului luminos atinge 45°, aceasta corespunde valorii de măsurare de 100 % a unui fulger pozitiv.
Un fulger pozitiv cauzează o rotire spre stânga a semnalului luminos. Cantitatea de lumină din spatele celui de-al doilea filtru de polarizare scade, ajungând la o valoare între 50 și 0 %. Dacă unghiul de rotire al semnalului luminos atinge -45°, aceasta corespunde valorii de măsurare de 100 % a unui fulger negativ.
Cantitatea luminoasă este măsurată înainte de filtrul de polarizare de ieșire. Din parcursul temporal al cantității de lumină sunt derivați parametrii tipici ai curentului de descărcare la trăsnet înregistrați. Aceștia sunt puterea maximă a curentului, panta curentului de descărcare electrică, precum și sarcina și energia specifică.
Valori de influență
Valorile de influență importante sunt materialul mediului, lungimea undei luminoase, lungimea undei luminoase în mediu, precum și intensitatea câmpului magnetic. În afară de aceasta, în cele ce urmează sunt descrise și alte baze teoretice și valori de influențare.
Vector de câmp electric E
Vectorul de câmp electric E descrie parcursul și poziția undei de lumină influențate. Este reprezentat ca o săgeată (vezi modelul grafic).
Dielectric
Dielectric este desemnată substanța nemetalică, cu proprietăți de conductor slab sau neconductoare electric, ale cărei purtători de sarcină nu sunt, în general, mobili. Poate fi vorba de un gaz, un lichid sau un material solid. Aceste substanțe sunt, în mod tipic, nemagnetice și sunt supuse la câmpi electrici sau electromagnetici.
Constanta Verdet V
Constanta Verdet V corespunde capacității de rotire pe unitate a inducției magnetice. Aceasta descrie puterea efectului Faraday pentru dielectricul de evaluat. Valoarea ei depinde de lungimea undelor electromagnetice în mediu.
Calcularea unghiului de rotire β
Unghiul de rotire β, în care se rotește nivelul de polarizare, este calculat conform:
β = V x d x B
d este lungimea parcursului luminii prin mediu, B, inducția magnetică și V, constanta Verdet.
Câmp magnetic circular în jurul senzorului
Instalare
În câmpul magnetic circular, intensitatea câmpului depinde de adâncimea de pătrundere a senzorului în câmpul magnetic al descărcătorului străbătut de curent.
Adâncimea de pătrundere este calculată în funcție de rază. Aceasta înseamnă că, cu cât este mai mică raza, cu atât mai mare este intensitatea câmpului. Este așadar avantajos să montăm senzorul pe cât de strâns posibil pe dispozitivul de protecție, pentru ca intensitatea eficientă a câmpului să fie cât mai mare posibil.
Legendă:
H = intensitatea câmpului [A/m]
r = rază[cm]
I = curent [A]
Tronsonul de măsurare se află în partea din față a carcasei senzorului.
Importanța razei pentru calibrarea sistemului
Raza este măsura pentru adâncimea de pătrundere a senzorului în câmpul magnetic și pentru înregistrarea intensității câmpului H. Valoarea corespunde distanței de la linia mediană a conductorului până la marginea exterioară a carcasei senzorului.
Raza este determinată la instalare. Acest lucru este important pentru calibrarea sistemului, fiindcă asigură condiții de măsurare egale la sisteme cu caracteristici diferite.
Transmitere semnal și monitorizare
Cum ajunge semnalul înregistrat de la senzor la unitatea de evaluare? Cum sunt evaluate acolo rezultatele măsurătorilor? Cum poate minimiza sistemul intervențiile de întreținere? Veți găsi răspunsul în secțiunile următoare.
Interfață Ethernet RJ45
Interfață sistem și transmitere semnal
Prin interfața Ethernet RJ45, unitatea de evaluare poate fi conectată la rețele standard. Accesul la datele înregistrate și configurația sistemului are loc prin serverul web intern. Prin adresa IP este accesată interfața web prin browser-ul de internet al unui PC conectat.
Afișarea valorilor de sarcină pe un telefon mobil
Monitorizare de la distanță și întreținere preventivă
Loviturile de trăsnet în sisteme greu accesibile sau îndepărtate, ca de exemplu, parcuri eoliene offshore, nu pot fi recunoscute sau pot fi recunoscute doar cu mare dificultate. Sistemul de monitorizare a curentului de trăsnet LM-S pune la dispoziție toate datele de la măsurători prin intermediul interfeței web integrate. Astfel, prin intermediul accesului de la distanță, de exemplu, cu un telefon mobil, poate fi consultată oricând situația de încărcare a instalației.
Cu datele colectate se poate aprecia exact nivelul de încărcare al instalației. Rezultatele măsurătorilor sunt mereu actuale și permit o întreținere preventivă. Pentru a evita defecțiunile ulterioare, puteți lua rapid măsuri atunci când suspectați o avarie a instalației. Astfel pot fi reduși sau eliminați timpii de oprire. Dacă din rezultatele măsurătorilor se poate deduce o încărcare minimă necritică a instalației, acest lucru va economisi intervenții inutile de întreținere sau service.
Alocarea contactului de la distanță
Contact de la distanță
Unitatea de evaluare dispune și de un releu de comutare cu contact de la distanță scos în afară. Acest contact normal-închis emite în cazul fiecărui eveniment un mic impuls care poate fi evaluat de un contor. Astfel există și posibilitatea unei evaluări simple sau suplimentare a numărului de lovituri de trăsnet asupra instalației. Releul electromecanic intră în repaus abia după ce sistemul este pornit. Iar în cazul unor defecțiuni de sistem, releul se oprește. Astfel poate fi consultată disponibilitatea sistemului prin intermediul contactului de la distanță.
Exemple de aplicații
În continuare sunt prezentate câteva exemple de utilizare care pot fi implementate cu sistemul de monitorizare a curentului de trăsnet.
Turbină eoliană
Turbinele eoliene expuse, de exemplu, parcurile offshore, prezintă un risc ridicat la descărcările atmosferice. La asemenea sisteme, o protecție impenetrabilă la descărcările atmosferice este, în principiu, foarte greu de realizat, aproape imposibil. În asemenea cazuri se poate utiliza sistemul de monitorizare a curentului de trăsnet.
Ilustrația arată dispunerea componentelor sistemului unei turbine eoliene. Pe dispozitivele de protecție la descărcările atmosferice de pe palete este montat câte un senzor. Unitatea de evaluare se află într-un tablou de comandă din butuc. Legătura de semnal dintre senzori și unitatea de evaluare se realizează prin conductori cu fibră optică. Legătura Ethernet la controlerul central se efectuează prin inele colectoare între gondolă și nacelă. Unitatea de evaluare funcționează cu o tensiune continuă de 24 V.
Atunci când este necesar, contactul de la distanță este conectat la controler. Astfel, în plus, fiecare lovitură de trăsnet poate fi semnalizată și numărul evenimentelor poate fi evaluat.
Reprezentare schematică a unei aplicații LM-S prin exemplul unei turbine eoliene
LM-S la monumentul lui Arminius din Detmold
Monument cultural
Acest exemplu de aplicație ilustrează utilizarea sistemului de înregistrare a curenților de descărcare la monumentul lui Arminius din Detmold, Germania. Statuia din cupru stă pe un soclu din gresie calcaroasă. La soclul statuii sunt conectate trei cabluri de împământare. Prin acestea, curentul de descărcare la trăsnet din edificiul înalt de peste 53 de metri este condus la pământ. Pe aceste descărcătoare sunt montați senzorii. Unitatea de evaluare este instalată într-un tablou de distribuție aflat în interiorul soclului.
Stație de transformatoare
Descărcările electrice în liniile de înaltă tensiune duc la încărcarea transformatoarelor din stațiile de transformatoare. Adesea sunt montate elemente de protecție la tensiuni de descărcare în amonte față de transformatoarele prin care curenții de supratensiune tranzitorie sunt conduși la pământ. În trecut, cel mai frecvent erau folosite eclatoare ca elemente de protecție. De câțiva ani sunt preferate varistoarele.
LM-S vă oferă posibilitatea să înregistrați si să evaluați solicitarea efectivă a elementelor de protecție. Limitele de solicitare pot fi astfel detectate din timp, iar elementele de protecție afectate pot fi înlocuite.
Instalarea senzorilor se efectuează pe dispozitive de protecție, între elementele de protecție și pământ. Fibra optică transmite semnalele de măsurare către unitatea de evaluare, instalată într-un tablou de distribuție separat.
Reprezentare schematică a unei aplicații LM-S prin exemplul unei stații de transformatoare