El sistema de detección de tormentas ATSTORM®, operado remotamente por los expertos de Aplicaciones Tecnológicas S.A., cuenta con la doble tecnología de sensores de campo electrostático y sensores basados en campo electromagnético. La lectura de cualquier sensor ambiental puede verse interferida por cualquier elemento exterior. La redundancia de unidades de detección de ATSTORM® permite obtener una alarma homogénea válida para toda el área objetivo, gracias a la auto compensación equilibrada de los valores obtenidos que garantiza una exactitud excepcional.
La norma IEC 62793:2020 “Protección contra el rayo – Sistema de Aviso de Tormentas”1 estudia la necesidad de instalación de un sistema de detección de tormentas eléctricas para evitar las pérdidas que puedan ocasionar el impacto de rayos (pérdidas o daños sobre personas, pérdidas económicas tanto por daños sobre bienes como por la falta de continuidad de servicios, y pérdidas y daños medioambientales). La norma contempla dos categorías de detectores de tormenta: los sensores basados en campo electromagnético y los de campo electrostático.
En ambos casos, se trata de sensores ambientales cuya lectura puede verse interferida por cualquier elemento exterior, cercano o no, ajeno al parámetro que se quiere medir. Por ello, los fabricantes deben incorporar los filtros y métodos de instalación adecuados para minimizar estas interferencias e incrementar la fiabilidad y exactitud de las medidas. Los sensores de campo electromagnético y electrostático empleados en los sistemas de detección de tormenta no son una excepción. La instalación de unidades de detección redundantes es necesaria para garantizar el correcto funcionamiento de los sensores y, además, puede aprovecharse para mejorar los criterios de alerta en términos de exactitud y precisión.
Interferencias electromagnéticas y electrostáticas en la detección de tormentas
Los sensores basados en campo electromagnético miden la radiación electromagnética producida por los rayos, detectando y ubicando con fiabilidad rayos que ya han caído. Generalmente estos sensores se encuentran formando parte de grandes redes de detección con sensores distribuidos por grandes áreas e incluso por todo el mundo2. La redundancia de sus unidades es necesaria para detectar las descargas provenientes de las tormentas eléctricas, discriminándolas de otras radiaciones electromagnéticas presentes en el ambiente, ya sean de origen natural o antropogénico. Las señales de radiofrecuencia de elementos cercanos (radiocomunicaciones, motores eléctricos, líneas de transmisión de energía, conmutaciones, etc.), pueden confundir las lecturas y generar falsas detecciones. Los sensores redundantes permiten filtrar todo este ruido electromagnético no provocado por las tormentas eléctricas.
El exceso de señales en el espectro electromagnético requiere que los detectores basados en campo electromagnético las filtren para discriminar las que son producidas por el rayo.
Además, las distintas unidades redundantes de sensores basados en campo electromagnético aseguran el funcionamiento global de la red de detección aun cuando en una determinada localización los sensores no se encuentren operativos en ese momento. La distancia entre estos sensores puede ser de 200-400 km, así que no siempre dispondrán de sensores locales en una ubicación específica, sino que pueden estar situados a largas distancias (más de 200 km).
A diferencia de los detectores de campo electromagnético, los sensores de campo electrostático son locales, es decir, se encuentran en el área que requiere de protección. Estos sensores se fundamentan en la medida del campo electrostático ambiental que sufre una variación puntual de +100-150 V/m a decenas de kV/m cuando se pasa de condiciones de buen tiempo a condiciones tormentosas3. Las falsas detecciones o faltas de aviso de los sensores de campo electrostático pueden deberse a otras fuentes de campo electrostático diferentes a las nubes de tormenta, como las nubes de polvo o los elementos cercanos que se carguen estáticamente, distorsionando o apantallando el campo. Estos elementos cercanos que se pueden cargar estáticamente han de tenerse en cuenta en la instalación de los sensores de campo electrostático para evitar sus interferencias. En el caso de las nubes de polvo, solo emitirán alerta si el campo generado por ellas es muy elevado, situación en la que se pueden generar descargas eléctricas, como sucede en los desiertos o incluso en las nubes de ceniza de volcanes en erupción. Por este motivo no es correcto considerarlas una falsa alarma. Las fuentes de ruido electrostático son menores que las de ruido electromagnético, por lo que las señales medidas requieren menos filtros que en los detectores basados en campo electromagnético. Además, las falsas alarmas pueden evitarse contando con varias unidades de detección en el área.
Las fuentes de ruido electrostático no son tan abundantes como las presentes en el espectro electromagnético. Las falsas alarmas se evitan con la redundancia de unidades de detección de campo electrostático.
Las unidades de detección redundantes no solo evitan falsas alarmas ante las tormentas eléctricas, sino que mejoran el funcionamiento global del sistema y aumentan su exactitud, como ocurre con el sistema experto de detección local de tormentas ATSTORM®.
Sistema de detección de tormentas ATSTORM®
El sistema experto de detección local de tormentas ATSTORM® para la prevención del riesgo de impacto de rayo cuenta con sensores basados en campo electromagnético y sensores de campo electrostático. Esta doble tecnología de detección, junto con la conectividad mediante Internet of Things (IoT), lo convierten en el sistema de detección de tormentas más completo actualmente disponible, fruto de la experiencia acumulada de más de 15 años.
Las alertas de aviso de tormenta en formación o aproximación dentro de un radio de 20 km se basan exclusivamente en la medición del campo electrostático ambiental, única protección preventiva sólida porque detecta todas las fases de la tormenta desde la inicial hasta el buen tiempo tal como define la norma IEC 62793:2020. Los sensores de campo electrostático son los únicos capaces de determinar el riesgo real de caída de rayo antes de que se produzca una descarga. Cabe destacar que los sensores de campo electrostático de ATSTORM® son totalmente electrónicos y sin partes móviles, lo que supone una ventaja clara frente a otros sensores convencionales.
El sistema experto ATSTORM® incorpora también un sensor electromagnético que extiende el área de monitorización hasta un radio de 40 kilómetros, pudiendo definirse un estado de prealerta ante la existencia de tormentas activas distantes que se acercan al objetivo a proteger.
Los sensores de las distintas unidades redundantes están conectados permanentemente con Aplicaciones Tecnológicas, donde se procesa su señal, se monitoriza su funcionamiento y se remiten alertas a los clientes a través de múltiples vías. El control remoto asegura la eliminación de falsas alarmas, así como una gran exactitud. Toda la información recogida y procesada se ofrece de forma centralizada para aquellos clientes con multilocalización.
La instalación de varias unidades de sensores de ATSTORM® en un área objetivo permite obtener una alarma homogénea válida para toda esa área y no solo para el punto en el que se encuentran los sensores individuales instalados, garantizando una exactitud sin precedentes.
Como sucede con las redes de detectores basados en campo electromagnético y con los sensores de campo electrostático, la estrategia de instalación del sistema de ATSTORM® es contar con varias unidades de detección, cuyo número y ubicación se determina en función de la localización a proteger considerando sus dimensiones y el cálculo de riesgo. Estas unidades de detección redundantes permiten obtener una alarma homogénea en toda el área que se desea proteger, garantizando una exactitud excepcional gracias a la auto compensación equilibrada de los valores medidos. Al estar operado por expertos, el funcionamiento adecuado del sistema ATSTORM® está garantizado en cualquier situación, permitiendo objetivar la toma de decisiones ante el riesgo de caída de rayos.
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Referencias
- International Electrotechnical Commission (IEC). IEC 62793:2020 Protection against lightning – Thunderstorm warning systems. International Standard (2020).
- Rakov, V. A. Electromagnetic Methods of Lightning Detection. Surv. Geophys. 34, 731–753 (2013).
- Martinez-Lozano, M. Medición del campo eléctrico atmosférico en la ciudad de León. Establecimiento de límites para prevención ante la ocurrencia de descargas atmosféricas. (2014) doi:10.13140/2.1.3635.2323.