Serviço de deteção de trovoadas: ATSTORM®, sistema autocompensado para uma exatidão sem precedentes

O sistema de deteção de trovoadas ATSTORM®, operado remotamente por especialistas da Aplicaciones Tecnológicas S.A., conta com a dupla tecnologia de sensores de campo eletrostático e sensores baseados no campo eletromagnético. A leitura de qualquer sensor ambiental pode ter interferências de elementos exteriores. A redundância de unidades de deteção ATSTORM® permite obter um alarme homogéneo válido para toda a área objetivo, graças à auto compensação equilibrada dos valores obtidos que garantem uma exatidão excecional.

A norma IEC 62793:2020 “Proteção contra o raio- Sistemas de Alerta de Trovoadas” estuda a necessidade de instalação de um sistema de deteção de trovoadas elétricas para evitar as perdas que possam derivar do impacto de raios (perdas ou danos em pessoas, perdas económicas tanto por danos em bens como por paragem em serviços e perdas e danos no meio ambiente). A norma contempla duas categorias de detetores de trovoadas: os sensores baseados no campo eletromagnético e os de campo eletrostático.

Em ambos os casos, são sensores ambientais cuja leitura pode ser afetada por qualquer elemento exterior, próximo ou não, fora do parâmetro que se quer medir. Por isso, os fabricantes devem incorporar os filtros e métodos de instalação adequados para minimizar estas interferências e incrementar a fiabilidade e exatidão das medidas. Os sensores de campo eletromagnético e eletrostático utilizados nos sistemas de deteção de trovoadas são uma exceção. A instalação de unidades de deteção redundantes é necessária para garantir o correto funcionamento dos sensores e, pode também, aproveitar-se para melhorar os critérios de alerta em termos de exatidão e precisão.

Interferências eletromagnéticas e eletrostáticas na deteção de trovoadas

Os sensores baseados no campo eletromagnético medem a radiação eletromagnética produzida pelos raios, detetando e localizando com fiabilidade raios que já caíram. Geralmente estes sensores são encontrados como parte de grandes redes de deteção com sensores distribuídos por grandes áreas e até por todo o mundo. A redundância das suas unidades é necessária para detetar as descargas provenientes das tempestades elétricas, discriminando-as de outras radiações eletromagnéticas presentes no ambiente, sejam de origem natural ou antropogénica. Os sinais de radiofrequências de elementos próximos (radiocomunicações, motores elétricos, linhas de transmissão de energias, mudanças, etc.), podem confundir as leituras e gerar falsas deteções. Os sensores redundantes permitem filtrar todo este ruído eletromagnético não provocado por tempestades elétricas.

O excesso de sinais no espectro eletromagnético requer que os detetores baseados no campo eletromagnético os filtrem para descriminar os que são produzidos pelo raio.

As várias unidades redundantes de sensores baseados em campo eletromagnético asseguram o funcionamento global da rede de deteção, mesmo que os sensores num determinado local não estejam operacionais nesse momento. A distância entre estes sensores pode ser de 200-400 km, pelo que não é necessário ter sensores numa localização específica, podem estar situados a largas distâncias (mais de 200km).

Ao contrário dos detetores de campo eletromagnético, os sensores de campo eletrostático são locais, ou seja, estão localizados na área que requer proteção. Estes sensores são baseados na medição do campo eletrostático ambiente que sofre uma variação pontual de +100-150 V/m a dezenas de kV/m quando se passa de boas condições meteorológicas para condições de tempestade3. Deteções falsas ou falhas dos sensores de campo eletrostático, podem dever-se a outras fontes de campo eletrostático que não nuvens de tempestade, tais como nuvens de poeira ou elementos próximos que se tornam estaticamente carregados, distorcendo ou protegendo o campo. Estes elementos próximos que podem estar estaticamente carregados têm de ser tidos em conta na instalação de sensores de campo eletrostático para evitar a sua interferência. No caso de nuvens de poeira, estas só emitirão um aviso se o campo por elas gerado for muito elevado, situação em que se pode gerar descargas elétricas, como acontece em desertos ou mesmo em nuvens de cinzas de vulcões em erupção. Por esta razão, não é correto considerá-los como um falso alarme. As fontes de ruído eletrostático são menores do que as do ruído eletromagnético, pelo que os sinais medidos requerem menos filtragem do que nos detetores baseados em campos eletromagnéticos. Além disso, os falsos alarmes podem ser evitados através de várias unidades de deteção na área.

As fontes de ruído eletrostático não são tão abundantes como as presentes no espectro eletromagnético. Os falsos alarmes são evitados pela redundância de unidades de deteção de campos eletrostáticos.

As unidades de deteção redundantes não evitam apenas falsos alarmes perante trovoadas elétricas, melhoram também o funcionamento global do sistema e aumentam a sua exatidão, como acontece com o sistema especialista de deteção local de trovoadas ATSTORM®.

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Sistema de deteção de trovoadas ATSTORM®

O sistema especialista de deteção local de trovoadas ATSTORM® para a prevenção do risco de impacto de raio, conta com sensores baseados no campo eletromagnético e sensores de campo eletrostático. Esta dupla tecnologia de deteção, juntamente com a conectividade mediante Internet of Things (IoT), convertem-no no sistema de deteção de trovoadas mais completo disponível atualmente, fruto de mais de 15 anos de experiência acumulada.

Os alertas de aviso para a formação ou aproximação de trovoadas num raio de 20 km baseiam-se exclusivamente na medição do campo eletrostático ambiental, a única proteção preventiva robusta porque deteta todas as fases da tempestade desde a inicial até ao bom tempo, tal como definido pela norma IEC 62793:2020. Os sensores de campo eletrostático são os únicos capazes de determinar o risco real de queda de raio antes de ocorrer uma descarga. É de notar que os sensores de campo eletrostático ATSTORM® são totalmente eletrónicos e não têm partes móveis, o que é uma clara vantagem sobre outros sensores convencionais.

O sistema especialista ATSTORM® também incorpora um sensor eletromagnético que estende a área de monitorização até um raio de 40 quilómetros, e pode ser definido um estado de pré-aviso para tempestades ativas distantes que se aproximam do alvo a proteger.

Os sensores das várias unidades redundantes estão permanentemente ligados à Aplicações Tecnológicas, onde o seu sinal é processado, vigiado e os alertas são enviados aos clientes através de múltiplos canais. O controlo remoto assegura a eliminação de falsos alarmes, bem como uma elevada precisão. Toda a informação recolhida e processada é fornecida centralmente para clientes com várias localizações.

A instalação de várias unidades de sensores ATSTORM® numa área objetivo permite obter um alarme homogéneo válido para toda essa área e não apenas para o ponto em que se encontram os sensores individuais instalados, garantindo uma exatidão sem precedentes.

Tal como acontece com as redes de detetores baseados em campos eletromagnéticos e sensores de campo eletrostático, a estratégia de instalação do sistema ATSTORM® é ter várias unidades de deteção, cujo número e localização é determinado de acordo com o local a proteger, tendo em conta as suas dimensões e cálculo de risco. Estas unidades de deteção redundantes fornecem um alarme homogéneo em toda a área a proteger, garantindo uma precisão excecional graças à auto compensação equilibrada dos valores medidos. Como é operado por peritos, o bom funcionamento do sistema ATSTORM® é garantido em qualquer situação, permitindo a toma de decisões objetivas em caso de queda de raio.

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Referências

  1. International Electrotechnical Commission (IEC). IEC 62793:2020 Protection against lightning – Thunderstorm warning systems. International Standard (2020).
  2. Rakov, V. A. Electromagnetic Methods of Lightning Detection. Surv. Geophys. 34, 731–753 (2013).
  3. 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.