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EuroWire – Noviembre de 2007
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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.
2. Descripción del
sistema
2.1 Consideraciones generales
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.
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]
.
Figura 2
:
Redes de Bragg – Principio
▲
Longitud de onda reflejada
(longitud de onda de Bragg)
Variaciones del índice de refracción
Reflectividad
(dB)
Figura 1
:
Monitorización de la temperatura –
Configuración del principio del sistema
▲
Cable conectador con
fibras sensor
Conductor de fase
Cable de fibra óptica
de conexión
Detalle A
Procesamiento
de datos
Cable de conexión
Separador
Detalle A