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EuroWire – Novembre 2007
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italiano
Sistema di controllo della
forza e della temperatura
nelle linee di alimentazione
elettrica
A cura di Reinhard Girbig e Norbert Fink, Draka Comteq Germany GmbH & Co KG, Mönchengladbach, Germania
1. Introduzione
La
deregolamentazione
dei
mercati
dell’energia, caratterizzati da un crescente
numero di parchi eolici e di centrali elettriche
di piccole dimensioni, sta costringendo i
servizi di distribuzione dell’energia elettrica a
cercare nuove strategie per la progettazione
e il funzionamento delle linee elettriche
aeree.
Una di queste consiste nell’ottimizzazione
della trasmissione di elettricità sulle
infrastrutture esistenti. In questo caso, i
parametri principali sono rappresentati
dalla temperatura del conduttore e dalle
sollecitazioni meccaniche del filo. Questi
parametri determinano le riserve esistenti
della capacità di trasmissione, limitata
dalla temperatura massima ammissibile
dei metalli nonché dalla freccia critica e
dalla distanza da terra.
Fino ad oggi sono stati determinati i
margini di sicurezza della temperatura
per il funzionamento delle linee elettriche
aeree, generalmente valutate mediante
metodi di calcolo ed ipotesi quasi obsoleti,
ed un utilizzo economico delle riserve di
una linea già esistente è quasi impossibile.
Il sistema di controllo delle linee aeree
illustrato nel presente articolo si basa
sulle fibre ottiche e consente di eseguire
la misurazione in linea e remota della
temperatura interna e delle sollecitazioni
meccaniche di un conduttore.
L’utilizzo di questo sistema comporta
un ritorno d’investimento in un tempo
molto breve sulle linee molto caricate
all’interno di una rete elettrica. É inoltre
possibile rilevare sollecitazioni meccaniche
elevate provocate dal gelo, permettendo
così di adottare misure preventive prima
dell’eccessivo caricamento e crollo dei
tralicci. Inoltre, il sistema consente di
verificare i dati di programmazione e
le ipotesi di costruzione di eventuali
ampliamenti di rete.
2. Descrizione del
sistema
2.1 Panoramica generale
Le tecniche esistenti di controllo della
temperatura e della forza nei conduttori
di fase si basano su sistemi meccanici
o su sistemi a fibre ottiche. I primi sono
caratterizzati da durata e affidabilità
limitate e sono meno precisi rispetto ai
sistemi a fibre ottiche. Questi ultimi, fino
ad oggi, hanno utilizzato lo scattering
Raman ove il rapporto fra l’intensità delle
linee Stokes e anti-Stokes dello spettro
disperso è proporzionale alla temperatura.
Generalmente, per realizzare questo tipo
di sistema
[1]
, è necessario sostituire un
conduttore di fase con una lunghezza
completa di conduttore OPPC (Optical
Phase Conductor) rendendo costoso il
sistema.
Al fine di evitare l’installazione di un
nuovo cavo, il sistema illustrato utilizza
la correlazione fra la temperatura del
conduttore e la temperatura del cavo
di accoppiamento che collega le due
sezioni di una linea ad un traliccio.
Anziché sostituire una lunghezza di cavo
completa, viene utilizzato solo un cavo di
accoppiamento corto provvisto di fibra
sensore. Contrariamente al sistema a fibre
basate sullo scattering Raman, il sensore
è realizzato come un reticolo di Bragg in
fibra ottica (FBG - Fibre Bragg Grating) che
utilizza l’effetto termo-ottico per misurare
la temperatura. Un’estremità del cavo di
accoppiamento entra in un separatore
ove viene effettuata la giunzione della
fibra del sensore per ottenere una fibra
ordinaria, che scende dal traliccio per
una trasmissione di dati aggiuntiva; l’altra
estremità viene connessa al conduttore
di fase come al solito. La
Figura 1
illustra
il principio del sistema di controllo della
temperatura.
Aggiungendo dei sensori di deformazione,
che utilizzano anch’essi la tecnologia
FBG, e una stazione meteorologica di
Figura 1
:
Controllo temperatura – Configurazione
del principio
▲
Figura 2
:
Reticolo di Bragg in fibra ottica – Principio
▲
Lunghezza d’onda riflessa
(lunghezza d’onda di Bragg)
Variazioni dell’indice di rifrazione
Riflettività (dB)
Cavo di accoppiamento
con fibre sensore
Conduttore di fase
Cavo di connessione
a fibre ottiche
Particolare A
Trattamento dati
Cavo di connessione
Separatore
Particolare A