EoW November 2007

español Sistema demonitorizaciónde fuerza y temperatura en líneas de alimentación eléctrica Por Reinhard Girbig y Norbert Fink, Draka Comteq Germany GmbH & Co KG, Mönchengladbach, Alemania

1. Introducción La desreglamentación de los mercados de energía, con un número cada vez mayor de parques eólicos y pequeñas centrales eléctricas, está forzando a las empresas de suministro eléctrico a buscar nuevas estrategias para el diseño y el funcionamiento de las líneas aéreas. Una de estas estrategias es la optimización de la transmisión de energía en las infraestructuras existentes. En este caso, los parámetros principales son la tempera- tura del conductor y las solicitaciones mecánicas del alambre. Estos parámetros determinan las reservas existentes de capacidad de transmisión limitada por la temperatura máxima permitida de los metales, la flecha crítica y la distancia hacia tierra. Hasta ahora, se han determinado los márgenes de seguridad térmica para el funcionamiento de las líneas aéreas con cálculos casi obsoletos y suposiciones, y el uso rentable de las reservas de una línea existente es prácticamente imposible.

El sistema de monitorización de líneas aéreas presentado en este trabajo se basa en las fibras ópticas y permite la medición en línea y remota de la temperatura interna y de las solicitaciones mecánicas de un conductor. El uso de este sistema permite amortizar el capital invertido en un periodo muy breve en líneas con altas cargas de una red de suministro eléctrico. Se pueden detectar también las altas tensiones mecánicas debidas al hielo que permiten adoptar medidas preventivas antes de que la torre eléctrica se desplome. Además, se pueden verificar los datos de diseño y los datos supuestos para la construcción de ampliaciones de la red. Las técnicas actuales de monitorización de temperatura y fuerza para conductores de fase se basan en sistemas mecánicos o sistemas de fibra óptica. Los primeros tienen una duración y fiabilidad limitadas y son menos precisos que los sistemas de fibra óptica. Hasta ahora los sistemas de fibra han utilizado la dispersión de Raman, donde la relación entre la intensidad de las líneas de Stoke y las líneas anti-Stoke del espectro difundido es proporcional a la temperatura. Normalmente, para obtener este tipo de sistema [1] , se debe reemplazar un conductor de fase por un tramo completo de cable compuesto fase óptico OPPC (Optical Phase Conductor), lo que encarece el sistema. Para evitar la instalación de un cable nuevo, el sistema presentado utiliza la correlación entre la temperatura del conductor y la temperatura del cable conectador (o puente) que conecta dos secciones de una línea en una torre eléctrica. En lugar de reemplazar un tramo entero de cable, se utiliza solamente un cable conectador corto con una fibra sensor. 2. Descripción del sistema 2.1 Consideraciones generales

Variaciones del índice de refracción

Longitud de onda reflejada (longitud de onda de Bragg)

Reflectividad (dB)

Figura 2 : Redes de Bragg – Principio

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Contrariamente al sistema de fibra basado en la dispersión de Raman, el sensor es realizado como una red de Bragg (Fibre Bragg Grating – FBG) usando el efecto termo-óptico para medir la temperatura. Se inserta una extremidad del cable conectador en un separador donde la fibra sensor es empalmada a una fibra normal que se conecta a la torre para una ulterior transmisión de datos; la otra extremidad se conecta al conductor de fase, como se hace normalmente. La Figura 1 muestra el principio del sistema de monitorización de la temperatura. Añadiendo sensores de deformación, usando también la tecnología FBG, y una pequeña estación metereológica montada en la torre, se realiza un sistema de monitorización completo de la línea eléctrica. Las señales desde los sensores FBG pueden ser procesados en una pequeña unidad montada en la torre o transportadas a otro lugar a través de un cable óptico subterráneo o un enlace OPGW (cable compuesto tierra óptico) existente. En ambos casos, una unidad de procesamiento puede gestionar las señales desde varios lugares. 2.2 Redes de Bragg – Principio Las redes de Bragg se realizan creando una variación periódica en el índice de refracción de una fibra óptica. Esto se puede obtener por irradiación de la fibra con luz láser UV intensa [2,3] .

Conductor de fase

Cable de fibra óptica de conexión

Detalle A

Procesamiento de datos

Detalle A

Separador

Cable de conexión

Cable conectador con fibras sensor

Figura 1 : Monitorización de la temperatura – Configuración del principio del sistema ▲

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EuroWire – Noviembre de 2007