Comment les capteurs à fibre optique avancés préviennent les pannes du réseau électrique

Les transformateurs, les lignes de transmission et les sous-stations sont essentiels à une distribution électrique fiable, mais sont sujets aux dommages. Les équipements de surveillance traditionnels ne peuvent pas suivre l'évolution des besoins du réseau. Seule une solution résiliente et moderne peut aider les opérateurs à prévenir les pannes.

Ils peuvent utiliser des capteurs à fibre optique pour une large gamme d'applications, des transformateurs aux gazoducs. Ces outils fournissent des données continues et en temps réel sur toute la longueur du câble. Leur petite taille et leur poids léger les rendent idéaux pour favoriser la stabilité du réseau.

Principes fondamentaux des systèmes de détection à fibre optique

Bien qu’elle ait le diamètre d’un seul cheveu humain, une fibre optique est six fois plus résistante que le titane et 40 000 fois plus transparente qu’un diamant. Chaque brin mesure environ 30 milles de long. La gaine de protection, le revêtement et le noyau s'insèrent dans ce format minuscule.

Étant donné que le revêtement a un indice de réfraction (RI) plus faible, il aide à confiner la lumière, garantissant une transmission efficace avec une perte minimale. La couche la plus externe le protège des dommages physiques et des contraintes mécaniques, améliorant ainsi la durabilité.

Les systèmes à fibre optique sont utiles pour la surveillance car ils sont compacts, légers et résistants aux conditions environnementales difficiles. Ils sont également résistants aux interférences électromagnétiques et hautement compatibles avec les systèmes modernes de communication de données.

Comment les capteurs à fibre optique préviennent les pannes du réseau électrique

Lorsque les ingénieurs utilisent des capteurs à fibre optique pour les transformateurs, les pipelines ou les lignes électriques, ils s'appuient souvent sur ces trois mécanismes.

Réseau de Bragg à fibre : les capteurs à réseau de Bragg à fibre (FBG) sont des outils légers et compacts. Le développement a considérablement progressé, les progrès étant axés sur la durabilité dans les environnements difficiles et les applications de surveillance à long terme.

Ils fonctionnent selon le principe de diffraction de Bragg, qui implique la réflexion de longueurs d'onde spécifiques de la lumière sur les surfaces formées par les plans atomiques dans un réseau cristallin. Lorsqu’ils interagissent avec le réseau de Bragg – une variation intentionnelle du RI – inscrit sur la partie centrale de la fibre, ils réfléchissent.

Le décalage de longueur d’onde est intrinsèquement linéaire, les opérateurs peuvent donc le mesurer avec précision. Ce mécanisme rend ces capteurs haute résolution idéaux pour surveiller les paramètres physiques.

Détection acoustique distribuée : La détection acoustique distribuée (DAS) par fibre optique s'avère très prometteuse dans les intégrations de réseaux intelligents en raison de sa couverture longue distance, de sa résistance aux interférences électromagnétiques, de sa haute sensibilité et de ses capacités en temps réel.

Le DAS comprend un module émetteur-récepteur optique et un module d'acquisition électronique, qui contiennent des sources laser, un modulateur acousto-optique, des unités de traitement du signal et des plates-formes d'analyse de données, à la pointe de l'optique, de l'informatique et de l'électronique.

Ce système permet aux opérateurs de mesurer des ondes acoustiques ou des vibrations très denses en quelques secondes. Ils peuvent par exemple surveiller les lignes électriques présentant une accumulation de glace ou la décharge partielle d'un appareillage de commutation à isolation gazeuse en fonction de la conversion de l'énergie mécanique et électrique.

Les applications réelles des capteurs à fibre optique

Les capteurs à fibre optique peuvent améliorer la stabilité du réseau et éviter les pannes dans les applications en amont, intermédiaire et en aval.

Équipement de production d’énergie : les professionnels peuvent intégrer cette technologie dans les sources renouvelables ou la production de pétrole et de gaz. Il leur permet de surveiller et d’entretenir le matériel qui facilite la production d’énergie, évitant ainsi les pannes inattendues des équipements. Par exemple, ils peuvent l'intégrer dans les systèmes de contrôle de supervision et d'acquisition de données pour des alertes automatisées en temps réel.

Pipelines et lignes de transport : Le gaz naturel joue un rôle central dans le réseau électrique. Malheureusement, le réseau complexe de pipelines de transport qui s’étend sur des milliers de kilomètres est sujet aux fuites. La fibre optique permet de localiser ces défauts avec une précision incroyable.

La lumière laser transmise à travers la fibre optique produit une lumière rétrodiffusée, révélant des imperfections mineures indiquant des dommages physiques. Ces signaux peuvent se propager à environ 70 à 75 % de la vitesse de la lumière dans des circonstances idéales. Les capteurs peuvent également détecter la condensation d’eau dans les canalisations, aidant ainsi à identifier les premiers signes de corrosion.

Transformateurs de puissance : les transformateurs constituent l'épine dorsale du réseau électrique et, malheureusement, leur fonctionnalité dépend fortement de la surveillance de la température. L'excès de chaleur accélère la dégradation de l'isolation, entraînant des réparations coûteuses ou une défaillance totale.

Les capteurs à fibre optique pour transformateurs sont directement intégrés dans les entretoises des enroulements. Ils sont placés le plus près possible des points chauds pour maximiser la précision. Contrairement aux jauges de température traditionnelles, qui sont sujettes à des retards et à des estimations inexactes, elles sont efficaces.

Les sondes Opsens Gallium Arséniure (GaAs) sont conçues avec des cristaux de GaAs à l'extrémité de la fibre pour mesurer les fluctuations de température à travers les changements du spectre d'absorption, tandis que le FBG est photo-inscrit au cœur d'une fibre optique monomode pour refléter des longueurs d'onde spécifiques. Les deux ont des temps de réponse rapides et sont très précis.

Centrales électriques et raffineries : la mise en œuvre de la fibre optique dans les centrales électriques et les raffineries permet aux professionnels de l'industrie de capturer des données physiques et environnementales sur les générateurs et les turbines. De cette façon, ils peuvent identifier et atténuer l’usure, évitant ainsi des pannes catastrophiques qui pourraient entraîner de longues pannes.