Come i sensori avanzati in fibra ottica prevengono i guasti alla rete elettrica

Trasformatori, linee di trasmissione e sottostazioni sono essenziali per una distribuzione elettrica affidabile ma sono soggetti a danni. Le apparecchiature di monitoraggio tradizionali non riescono a tenere il passo con le esigenze in evoluzione della rete. Solo una soluzione resiliente e moderna può aiutare gli operatori a prevenire le interruzioni.

Possono utilizzare sensori in fibra ottica per un'ampia gamma di applicazioni, dai trasformatori alle condutture del gas naturale. Questi strumenti forniscono dati continui e in tempo reale lungo l'intera lunghezza del cavo. Le loro dimensioni ridotte e il peso leggero li rendono ideali per promuovere la stabilità della griglia.

Principi fondamentali dei sistemi di rilevamento a fibra ottica

Nonostante abbia il diametro di un singolo capello umano, una fibra ottica è sei volte più resistente del titanio e 40.000 volte più trasparente di un diamante. Ogni filo è lungo circa 30 miglia. La giacca protettiva, il rivestimento e il nucleo si inseriscono in questo minuscolo fattore di forma.

Poiché il rivestimento ha un indice di rifrazione (RI) inferiore, aiuta a confinare la luce, garantendo una trasmissione efficiente con una perdita minima. Lo strato più esterno lo protegge da danni fisici e stress meccanici, migliorando la durabilità.

I sistemi basati su fibra ottica sono utili per il monitoraggio perché sono compatti, leggeri e resistenti a condizioni ambientali difficili. Sono inoltre resistenti alle interferenze elettromagnetiche e altamente compatibili con i moderni sistemi di comunicazione dati.

Come i sensori in fibra ottica prevengono i guasti alla rete elettrica

Quando gli ingegneri utilizzano sensori a fibra ottica per trasformatori, condutture o linee elettriche, spesso fanno affidamento su questi tre meccanismi.

Reticolo in fibra di Bragg: i sensori con reticolo in fibra di Bragg (FBG) sono strumenti leggeri e compatti. Lo sviluppo è progredito in modo significativo, con progressi incentrati sul supporto della durabilità in ambienti difficili e applicazioni di monitoraggio a lungo termine.

Funzionano secondo il principio di diffrazione di Bragg, che coinvolge specifiche lunghezze d'onda della luce che si riflettono sulle superfici formate dai piani atomici in un reticolo cristallino. Quando interagiscono con il reticolo di Bragg – una variazione intenzionale dell'RI – inscritto nella parte centrale della fibra, riflettono.

Lo spostamento della lunghezza d'onda è intrinsecamente lineare, quindi gli operatori possono misurarlo con precisione. Questo meccanismo rende questi sensori ad alta risoluzione ideali per il monitoraggio dei parametri fisici.

Rilevamento acustico distribuito: il rilevamento acustico distribuito (DAS) in fibra ottica si dimostra molto promettente nelle integrazioni delle reti intelligenti grazie alla copertura a lunga distanza, alla resistenza alle interferenze elettromagnetiche, all'elevata sensibilità e alle capacità in tempo reale.

DAS comprende un modulo ricetrasmettitore ottico e un modulo di acquisizione elettronica, che contengono sorgenti laser, modulatore acusto-ottico, unità di elaborazione del segnale e piattaforme di analisi dei dati: l'avanguardia dell'ottica, dell'informatica e dell'elettronica.

Questo sistema consente agli operatori di misurare onde acustiche o vibrazioni altamente dense in pochi secondi. Possono ad esempio monitorare linee elettriche con formazione di ghiaccio o scariche parziali di quadri isolati in gas basandosi sulla conversione di energia meccanica ed elettrica.

Le applicazioni nel mondo reale dei sensori in fibra ottica

I sensori in fibra ottica possono migliorare la stabilità della rete e prevenire interruzioni con applicazioni upstream, midstream e downstream.

Attrezzature per la produzione di energia: i professionisti possono incorporare questa tecnologia nelle fonti rinnovabili o nella produzione di petrolio e gas. Consente loro di monitorare e mantenere l'hardware che facilita la produzione di energia, prevenendo guasti imprevisti alle apparecchiature. Ad esempio, possono integrarlo nei sistemi di controllo di supervisione e acquisizione dati per avvisi automatizzati in tempo reale.

Condotte e linee di trasmissione: il gas naturale svolge un ruolo centrale nella rete elettrica. Sfortunatamente, la complessa rete di condotte di trasmissione che si estende per migliaia di chilometri è soggetta a perdite. La fibra ottica può individuare questi difetti con incredibile precisione.

La luce laser trasmessa attraverso la fibra ottica produce luce retrodiffusa, rivelando piccole imperfezioni indicative di danni fisici. Questi segnali possono viaggiare a circa il 70%-75% della velocità della luce in circostanze ideali. I sensori sono inoltre in grado di rilevare la condensa dell'acqua all'interno delle tubazioni, aiutando a identificare i primi segni di corrosione.

Trasformatori di potenza: i trasformatori sono la spina dorsale della rete elettrica, quindi, sfortunatamente, la loro funzionalità dipende in larga misura dal monitoraggio della temperatura. Il calore in eccesso accelera il degrado dell'isolamento, portando a riparazioni costose o al guasto completo.

I sensori a fibra ottica per trasformatori sono integrati direttamente nei distanziatori degli avvolgimenti. Sono posizionati il ​​più vicino possibile ai punti caldi per massimizzare la precisione. A differenza dei tradizionali misuratori di temperatura, soggetti a ritardi e stime imprecise, sono efficaci.

Le sonde Opsens all'arseniuro di gallio (GaAs) sono progettate con cristalli di GaAs sulla punta della fibra per misurare le fluttuazioni di temperatura attraverso gli spostamenti nello spettro di assorbimento, mentre l'FBG è fotoinscritto nel nucleo di una fibra ottica monomodale per riflettere lunghezze d'onda specifiche. Entrambi hanno tempi di risposta rapidi e sono estremamente precisi.

Centrali elettriche e raffinerie: l'implementazione della fibra ottica nelle centrali elettriche e nelle raffinerie consente ai professionisti del settore di acquisire dati fisici e ambientali su generatori e turbine. In questo modo, possono identificare e mitigare l'usura, prevenendo guasti catastrofici che potrebbero portare a lunghe interruzioni.