Diseño de un sensor de campo magnético mediante el estudio de la corriente inducida para detectar descargas atmosféricas.

Abstract

En este proyecto desarrolla un prototipo de sensor de campo magnético para detectar descargas atmosféricas aplicando el principio de la corriente inducida. En primera instancia, se estudiaron modelos de detectores utilizados en investigaciones preliminares por diferentes autores vinculados al estudio de los fenómenos atmosféricos. Además, se estudiaron detectores de descargas atmosféricas comerciales con la finalidad de interpretar el principio de funcionamiento de estos y sus aplicaciones. Los parámetros de diseño del detector que se obtuvieron de estudios previos fueron: la forma de la antena, su tamaño, el número de vueltas del bobinado y el material de construcción. Se definió entonces, utilizar una antena de lazo de forma cuadrada debido a que tiene mayor alcance de recepción a variaciones de campos magnéticos, en la cual se induce el flujo magnético producido por la fuente de CEM (Campos Electro Magnéticos), en el bobinado de la antena. Posteriormente la señal ingresa a un circuito en el cual las frecuencias inferiores a 10 kHz y superiores a 15 kHz se discriminan. El tratamiento de la señal se lo realiza con Arduino Mega, y además es el canal de comunicación con el interfaz de LabView en el cual se muestra de forma gráfica el comportamiento del campo magnético y el conteo de variaciones de campo respecto a una referencia (setpoint), este último se almacena en forma de datos con fecha, hora y el valor correspondiente de campo magnético. Respecto a los aspectos constructivos de la carcasa del sensor y la cubierta de la antena, se consideró el uso de material no corrosivo como el polietileno, dado que tiene una excelente resistencia a la degradación causada por acciones de microorganismos. Además, cuenta con una microSD de 4 GB, con la capacidad de almacenar 10435 datos y baterías de LiPo con autonomía de 18 horas. El prototipo se validó tomando como referencia el sensor patrón EMF450, para los registros de campo magnético en instalaciones de potencia como subestaciones y líneas de transmisión obteniendo errores inferiores a 2,20 %. En el caso del registro de variaciones de campo magnético, se validó en el laboratorio de Alto Voltaje, utilizando un transformador para ensayos de disrupción, suponiendo que el punto de disrupción emula el cambio en el campo magnético por efecto de una descarga atmosférica, registrando 7 de cada 10 descargas.

Finalmente, las aplicaciones del prototipo construido son, en primer lugar, evaluar el nivel isoceráunico de una determinada zona del país, y, por otra parte, medir campos magnéticos en elementos de los sistemas eléctricos de potencia como subestaciones eléctricas, líneas de transmisión, cámaras de transformación y todo equipo o maquina eléctrica que genere campos magnéticos en el rango de medición del sensor (0 a 5 microteslas). Los beneficiarios de este proyecto son múltiples, desde el sector eléctrico, hasta los sectores agrícola y ganadero del país, si se continuase con el trabajo orientándolo a la actualización de los niveles isoceráunicos en las zonas de influencia.