Cómo los sensores avanzados de fibra óptica están previniendo fallas en la red eléctrica

Los transformadores, las líneas de transmisión y las subestaciones son esenciales para una distribución confiable de la electricidad, pero son propensos a sufrir daños. Los equipos de monitoreo tradicionales no pueden seguir el ritmo de las necesidades cambiantes de la red. Sólo una solución moderna y resistente puede ayudar a los operadores a evitar cortes.

Pueden utilizar sensores de fibra óptica para una amplia gama de aplicaciones, desde transformadores hasta tuberías de gas natural. Estas herramientas proporcionan datos continuos y en tiempo real a lo largo de toda la longitud del cable. Su pequeño tamaño y peso ligero los hacen ideales para promover la estabilidad de la red.

Principios básicos de los sistemas de detección de fibra óptica

A pesar de tener el diámetro de un cabello humano, una fibra óptica es seis veces más resistente que el titanio y 40.000 veces más clara que un diamante. Cada hilo tiene unas 30 millas de largo. La cubierta protectora, el revestimiento y el núcleo encajan dentro de este factor de forma minúsculo.

Dado que el revestimiento tiene un índice de refracción (RI) más bajo, ayuda a confinar la luz, asegurando una transmisión eficiente con una pérdida mínima. La capa más externa lo protege de daños físicos y estrés mecánico, mejorando la durabilidad.

Los sistemas basados ​​en fibra óptica son útiles para el monitoreo porque son compactos, livianos y resistentes a condiciones ambientales adversas. También son resistentes a las interferencias electromagnéticas y altamente compatibles con los sistemas modernos de comunicación de datos.

Cómo los sensores de fibra óptica previenen fallas en la red eléctrica

Cuando los ingenieros utilizan sensores de fibra óptica para transformadores, tuberías o líneas eléctricas, a menudo confían en estos tres mecanismos.

Rejilla de fibra de Bragg: Los sensores de rejilla de fibra de Bragg (FBG) son herramientas livianas y compactas. El desarrollo ha progresado significativamente y los avances se centran en respaldar la durabilidad en entornos hostiles y aplicaciones de monitoreo a largo plazo.

Operan según el principio de difracción de Bragg, que implica longitudes de onda de luz específicas que se reflejan en las superficies formadas por planos atómicos en una red cristalina. Cuando interactúan con la rejilla de Bragg (una variación intencional del RI) inscrita en la parte central de la fibra, se reflejan.

El cambio de longitud de onda es inherentemente lineal, por lo que los operadores pueden medirlo con precisión. Este mecanismo hace que estos sensores de alta resolución sean ideales para monitorear parámetros físicos.

Detección acústica distribuida: La detección acústica distribuida (DAS) por fibra óptica demuestra ser muy prometedora en integraciones de redes inteligentes debido a su cobertura de larga distancia, resistencia a interferencias electromagnéticas, alta sensibilidad y capacidades en tiempo real.

DAS comprende un módulo transceptor óptico y un módulo de adquisición electrónica, que contienen fuentes láser, modulador acústico-óptico, unidades de procesamiento de señales y plataformas de análisis de datos: lo último en óptica, informática y electrónica.

Este sistema permite a los operadores medir ondas acústicas o vibraciones de alta densidad en cuestión de segundos. Por ejemplo, pueden controlar líneas eléctricas con acumulación de hielo o descargas parciales de un interruptor aislado en gas basándose en la conversión de energía mecánica y eléctrica.

Las aplicaciones del mundo real de los sensores de fibra óptica

Los sensores de fibra óptica pueden mejorar la estabilidad de la red y evitar interrupciones en aplicaciones ascendentes, intermedias y descendentes.

Equipos de producción de energía: los profesionales pueden incorporar esta tecnología a fuentes renovables o a la producción de petróleo y gas. Les permite monitorear y mantener el hardware que facilita la producción de energía, evitando fallas inesperadas en los equipos. Por ejemplo, pueden integrarlo en sistemas de control de supervisión y adquisición de datos para generar alertas automatizadas en tiempo real.

Tuberías y líneas de transmisión: el gas natural juega un papel central en la red eléctrica. Desafortunadamente, la compleja red de tuberías de transmisión que se extiende por miles de kilómetros es propensa a sufrir fugas. La fibra óptica puede detectar estos fallos con una precisión increíble.

La luz láser transmitida a través de la fibra óptica produce luz retrodispersada, que revela pequeñas imperfecciones indicativas de daño físico. Estas señales pueden viajar a alrededor del 70%-75% de la velocidad de la luz en circunstancias ideales. Los sensores también pueden detectar la condensación de agua dentro de las tuberías, lo que ayuda a identificar signos tempranos de corrosión.

Transformadores de potencia: Los transformadores son la columna vertebral de la red eléctrica, por lo que, desafortunadamente, su funcionalidad depende en gran medida del control de la temperatura. El exceso de calor acelera la degradación del aislamiento, lo que provoca reparaciones costosas o un fallo total.

Los sensores de fibra óptica para transformadores están integrados directamente en los espaciadores de devanado. Se colocan lo más cerca posible de los puntos calientes para maximizar la precisión. A diferencia de los medidores de temperatura tradicionales, que son propensos a sufrir retrasos y estimaciones inexactas, son eficaces.

Las sondas de arseniuro de galio (GaAs) de Opsens están diseñadas con cristales de GaAs en la punta de la fibra para medir las fluctuaciones de temperatura a través de cambios en el espectro de absorción, mientras que FBG está fotoinscrito en el núcleo de una fibra óptica monomodo para reflejar longitudes de onda específicas. Ambos tienen tiempos de respuesta rápidos y son muy precisos.

Plantas de energía y refinerías: la implementación de fibra óptica en plantas de energía y refinerías permite a los profesionales de la industria capturar datos físicos y ambientales sobre generadores y turbinas. De esta manera, pueden identificar y mitigar el desgaste, evitando fallas catastróficas que podrían provocar interrupciones prolongadas.