EoW November 2007

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2.3.1 Cavo di accoppiamento con sensore Il sensore FBG utilizzato per la misurazione della temperatura è costituito dal reticolo di Bragg in fibra ottica (FBG) protetto da un tubo d’acciaio inossidabile del diametro di 1,5mm, sigillato ad entrambe le estremità. La fibra diretta verso l’esterno è protetta da un comune tubo di plastica. La lunghezza del tubo d’acciaio di alloggiamento dipende dalla lunghezza del cavo di connessione e varia da 1,5m a 3m. Al fine di utilizzare il sensore in modo efficace, quest’ultimo deve essere posto al centro del cavo di connessione che è generalmente dello stesso tipo del conduttore di fase. Nel caso del sistema illustrato, il conduttore di fase era caratterizzato da una struttura di acciaio/ alluminio con una sezione trasversale in acciaio di 39,5mm 2 ed una sezione trasversale di alluminio di 243,1mm 2 . La sua designazione, conformemente alla norma EN 50182 [6] , è 243-AL1/39-ST1A. La Figura 4 rappresenta la vista in sezione trasversale compreso il sensore FBG. Un altro modo di realizzare un cavo di accoppiamento con un sensore FBG consiste nell’utilizzo di un OPPC con una struttura a tubo d’acciaio. Il sensore può essere quindi posto nel tubo d’acciaio. In questo caso, la struttura OPPC deve essere il più possibile simile alla struttura del conduttore di fase al fine di evitare eventuali incompatibilità di correlazione fra il conduttore e il cavo di accoppiamento. 2.3.2 Sensore di deformazione Come precedentemente menzionato, anche il sensore di deformazione utilizza la tecnologia del sensore FBG; tuttavia esso è specificamente adottato per la sua funzione principale: la misurazione della deformazione. Il sensore si presenta in un alloggiamento di forma rettangolare ed è collegato ad una piastrina di fissaggio ( Figura 5 ). La configurazione esistente per la linea selezionata utilizzava due isolatori paralleli per l’ancoraggio del conduttore di fase. Erano pertanto necessari due sensori. 2.3.3 Separatore Per una linea elettrica ordinaria, il cavo di accoppiamento viene utilizzato per colmare lo scarto fra le estremità di due conduttori di fase ad un traliccio. Esso presenta lo stesso elevato potenziale elettrico dei conduttori e trasporta la stessa corrente elettrica. L’idea di utilizzare un sensore sul cavo di accoppiamento solleva due quesiti: • Come si riduce al potenziale di terra la terminazione della fibra ottica del sensore? • Come è possibile assicurare un flusso di corrente continuo uscendo dall’estremità della fibra ottica del sensore?

La risposta alle due domande è semplice: utilizzando un separatore specificamente progettato, il cosiddetto tipo con derivazione a T. Generalmente, i separatori si utilizzano per terminare le linee OPPC con un ingresso di cavo nella parte “calda”. Aggiungendo un secondo ingresso, opposto al primo, si ottiene una derivazione a T ( Figura 6 ). Un separatore con derivazione a T divide il cavo di connessione in due parti con due estremità consentendo l’uscita della fibra sensore. In opzione, si può utilizzare un sensore aggiuntivo nell’altra metà del cavo di accoppiamento. Contrariamente ai separatori per OPPC, la giunzione delle fibre sensore al cavo a fibre ottiche di connessione può essere effettuata sul lato messo a terra del separatore, facilitando così la procedura di assemblaggio. Il flusso di corrente elettrica è assicurato utilizzando delle staffe appropriate agli ingressi ed una campana di alluminio solido. Le prove per i cortocircuiti e le prove di corrente permanente hanno confermato la capacità e l’affidabilità della concezione. 2.3.4 Stazione meteorologica Per completare il sistema di controllo e ottenere i dati ambientali corrispondenti, è stata anche utilizzata una piccola stazione meteorologica, indipendente per quanto riguarda l’alimentazione di energia ed alimentata da un pannello solare. La Figura 7 illustra la stazione meteorologica installata in cima al traliccio. I dati, la temperatura dell’aria, l’umidità, la velocità del vento e la direzione del vento vengono comunicati al computer di controllo mediante una connessione senza fili. 2.3.5 Trattamento dei dati e unità di controllo Per utilizzare i sensori FBG per un sistema di monitoraggio controllato da un personal computer tradizionale, i segnali ottici codificati sulla lunghezza d’onda devono essere convertiti in un flusso di dati. Due operazioni sono necessarie: in primo luogo i segnali ottici devono essere convertiti in segnali elettrici e quindi da analogici a digitali. Figura 4 : Sezione trasversale del cavo di accoppiamento 243-AL1/39-ST1A comprendente sensore FBG ▼

Attenuazione (dB)

Lunghezza d’onda (nm)

piccole dimensioni installata sul traliccio, è stato realizzato un sistema di controllo completo della linea di alimentazione elettrica. I segnali provenienti dai sensori FBG possono essere trattati in una piccola unità montata sul traliccio o trasportati ad un altro punto mediante un cavo ottico interrato o un collegamento OPGW esistente. In entrambi i casi, un’unità centrale di trattamento può gestire i segnali provenienti da più punti. 2.2 Reticolo di Bragg in fibra ottica – Principio I reticoli di Bragg in fibra ottica sono realizzati creando una variazione periodica nell’indice di rifrazione di una fibra ottica, ottenibile per irradiazione della fibra mediante una luce laser UV intensa [2,3] . La luce che percorre questa fibra verso il basso sarà parzialmente riflessa alle variazioni dell’indice, ma la luce sarà riflessa solamente per una gamma ridotta di lunghezze d’onda, ove ha luogo un’interferenza costruttiva ( Figura 2 ). La lunghezza d’onda massima della luce riflessa è la cosiddetta lunghezza d’onda di Bragg: Figura 3 : Spostamento della lunghezza d’onda di Bragg causata da cambiamenti di temperatura ▲ ove Λ rappresenta il periodo del reticolo e neff è l’indice di rifrazione effettivo. Dall’equazione (1) si può evincere che il valore λB è influenzato da qualsiasi variazione del reticolo causata da influenze esterne: la deformazione della fibra comporta dei cambiamenti in entrambi i parametri mediante l’effetto elasto-ottico mentre la temperatura modifica il valore neff mediante l’effetto termo-ottico. Un esempio di spostamento della lunghezza d’onda causato dalle variazioni di temperatura è fornito alla Figura 3 . utilizzate per realizzare sensori di dimensioni estremamente ridotte ma altamente affidabili e precisi per la deformazione e la temperatura [4,5] . 2.3 Componenti del sistema I seguenti capitoli descrivono in dettaglio i diversi componenti dell’intero sistema. Tali dipendenze vengono λB =2·Λ n eff (1)

Fili d’acciaio

Diam

Fili d’alluminio

Diam

Sensore FBG

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EuroWire – Novembre 2007