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

In this project, it develops a prototype magnetic field sensor to detect lightning applying the principle of induced current. First, models of detectors used in preliminary investigations by different authors linked to the study of atmospheric phenomena were studied. Also, commercial atmospheric dis...

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Podrobná bibliografie
Hlavní autor: Naula Allaica, Sandra Maribel (author)
Další autoři: Tubón Lagua, Edison Danilo (author)
Médium: bachelorThesis
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Vydáno: 2020
Témata:
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description In this project, it develops a prototype magnetic field sensor to detect lightning applying the principle of induced current. First, models of detectors used in preliminary investigations by different authors linked to the study of atmospheric phenomena were studied. Also, commercial atmospheric discharge detectors were studied to interpret the principle of operation of these and their applications. The design parameters of the detector that were obtained from previous studies such as the shape of the antenna, its size, the number of winding turns and the construction material. It was define to use a square-shaped loop antenna because it has a higher reception range to variations of magnetic fields, in which the magnetic which is produced by the source of EF (Electromagnetic Fields) is induced, in the antenna winding. The signal then enters a circuit in which frequencies less than 10 kHz and higher than 15 kHz are discriminated against. The signal processing is done with Arduino Mega, and it is also the communication channel with the LabView interface in which the behavior of the magnetic field and the count of field variations against a reference (set-point) is graphically displayed. The latter is stored in the form of data with date, time and the corresponding magnetic field value. Regarding the constructive aspects of the sensor housing and antenna cover, the use of noncorrosive material such as polyethylene was considered, as it has excellent resistance to degradation caused by actions of microorganisms. Also, it has a 4 GB microSD, with the ability to store 10435 data and LiPo batteries with 18- hour autonomy. The prototype was validated using the EMF450 standard sensor for magnetic field registers in power installations such as substations and transmission lines obtaining errors of less than 2.20%. In the case of the recording of magnetic field variations, it was validated in the High Voltage Laboratory, using a transformer for disruption tests, assuming that the disruption point emulates the change in the magnetic field by the effect of a discharge 7 out of 10 downloads. Finally, the applications of the built prototype are: first, to assess the isoceraunic level of a particular area of the country. On the other hand, measuring magnetic fields in elements of electrical power systems such as electrical substations, transmission lines, transformation cameras and any electrical equipment or machinery that generates magnetic fields in the sensor measurement range (0 to 5 microteslas).There are many different beneficiaries in this project such as the electricity sector to the agricultural and livestock sectors of the country, if the work continues to guide it to the updating of isoceraunic levels in the areas of influence.
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It was define to use a square-shaped loop antenna because it has a higher reception range to variations of magnetic fields, in which the magnetic which is produced by the source of EF (Electromagnetic Fields) is induced, in the antenna winding. The signal then enters a circuit in which frequencies less than 10 kHz and higher than 15 kHz are discriminated against. The signal processing is done with Arduino Mega, and it is also the communication channel with the LabView interface in which the behavior of the magnetic field and the count of field variations against a reference (set-point) is graphically displayed. The latter is stored in the form of data with date, time and the corresponding magnetic field value. Regarding the constructive aspects of the sensor housing and antenna cover, the use of noncorrosive material such as polyethylene was considered, as it has excellent resistance to degradation caused by actions of microorganisms. Also, it has a 4 GB microSD, with the ability to store 10435 data and LiPo batteries with 18- hour autonomy. The prototype was validated using the EMF450 standard sensor for magnetic field registers in power installations such as substations and transmission lines obtaining errors of less than 2.20%. In the case of the recording of magnetic field variations, it was validated in the High Voltage Laboratory, using a transformer for disruption tests, assuming that the disruption point emulates the change in the magnetic field by the effect of a discharge 7 out of 10 downloads. Finally, the applications of the built prototype are: first, to assess the isoceraunic level of a particular area of the country. On the other hand, measuring magnetic fields in elements of electrical power systems such as electrical substations, transmission lines, transformation cameras and any electrical equipment or machinery that generates magnetic fields in the sensor measurement range (0 to 5 microteslas).There are many different beneficiaries in this project such as the electricity sector to the agricultural and livestock sectors of the country, if the work continues to guide it to the updating of isoceraunic levels in the areas of influence.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.Ecuador: Latacunga: Universidad Técnica de Cotopaxi; Facultad de Ciencias de la Ingeniería y A plicadas.Guamán Cuenca, Willian Patricio, Ms.C.2020-11-16T18:44:10Z2020-11-16T18:44:10Z2020-02info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/bachelorThesis71 páginasNaula Allaica. S.M. (2020) Diseño de un sensor de campo magnético mediante el estudio de la corriente inducida para detectar descargas atmosféricas. U.T.C. 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