高度な光ファイバーセンサーが電力網の障害をどのように防ぐか

変圧器、送電線、変電所は信頼性の高い電力供給に不可欠ですが、損傷を受けやすいものです。従来の監視装置では、進化する送電網のニーズに対応できません。オペレーターが停止を防ぐのに役立つのは、回復力のある最新のソリューションだけです。

変圧器から天然ガスパイプラインまで、幅広い用途に光ファイバーセンサーを利用できます。これらのツールは、ケーブル全長に沿って継続的なリアルタイム データを提供します。小型で軽量なため、グリッドの安定性を促進するのに最適です。

光ファイバーセンシングシステムの中核原理

光ファイバーは人間の髪の毛ほどの直径にもかかわらず、チタンの 6 倍の強度があり、ダイヤモンドの 40,000 倍の透明度を持っています。それぞれの鎖の長さは約30マイルです。保護ジャケット、クラッディング、コアは、この非常に小さなフォームファクター内に収まります。

クラッドの屈折率 (RI) が低いため、光を閉じ込めることができ、損失を最小限に抑えた効率的な伝送が保証されます。最外層は物理的損傷や機械的ストレスから保護し、耐久性を向上させます。

光ファイバーベースのシステムは、コンパクトで軽量であり、過酷な環境条件にも耐えられるため、監視に役立ちます。また、電磁干渉にも耐性があり、最新のデータ通信システムとの高い互換性があります。

光ファイバーセンサーが電力網の障害を防ぐ仕組み

エンジニアが変圧器、パイプライン、または電力線に光ファイバー センサーを使用する場合、多くの場合、これら 3 つの機構に依存します。

ファイバー ブラッグ グレーティング: ファイバー ブラッグ グレーティング (FBG) センサーは、軽量でコンパクトなツールです。開発は大幅に進歩し、過酷な環境での耐久性のサポートや長期監視用途に焦点を当てた進歩が見られます。

これらはブラッグ回折原理に基づいて動作します。これには、結晶格子内の原子面によって形成された表面から反射する光の特定の波長が含まれます。ファイバーの中央部分に刻まれたブラッググレーティング (RI の意図的な変化) と相互作用すると、反射します。

波長シフトは本質的に線形であるため、オペレーターは波長シフトを正確に測定できます。このメカニズムにより、これらの高解像度センサーは物理パラメータの監視に最適になります。

分散音響センシング: 光ファイバー分散音響センシング (DAS) は、長距離のカバー範囲、電磁干渉に対する耐性、高感度、およびリアルタイム機能により、スマート グリッドの統合において大きな期待を示しています。

DAS は、光トランシーバー モジュールと電子取得モジュールで構成されており、これらにはレーザー光源、音響光学変調器、信号処理ユニット、および光学、コンピューティング、エレクトロニクスの最先端であるデータ分析プラットフォームが含まれています。

このシステムを使用すると、オペレータは数秒以内に高密度の音波や振動を測定できます。たとえば、機械エネルギーと電気エネルギーの変換に基づいて、氷が蓄積した送電線やガス絶縁開閉装置の部分放電を監視できます。

光ファイバーセンサーの実世界への応用

光ファイバーセンサーはグリッドの安定性を高め、上流、中流、下流のアプリケーションの停止を防ぐことができます。

エネルギー生産装置: 専門家は、この技術を再生可能資源や石油やガスの生産に組み込むことができます。これにより、エネルギー生産を促進するハードウェアを監視および保守できるようになり、予期しない機器の故障を防ぐことができます。たとえば、監視制御システムやデータ収集システムに統合して、リアルタイムの自動アラートを実現できます。

パイプラインと送電線: 天然ガスは送電網において中心的な役割を果たしています。残念なことに、数千マイルにわたる送電パイプラインの複雑なネットワークは漏洩しやすいものです。光ファイバーは、これらの障害を信じられないほどの精度で特定できます。

光ファイバーを通って伝送されたレーザー光は後方散乱光を生成し、物理的損傷を示す小さな欠陥を明らかにします。これらの信号は、理想的な状況下では光の速度の約 70% ～ 75% で伝わります。このセンサーはパイプライン内の水の結露も検出できるため、腐食の初期兆候を特定するのに役立ちます。

電力変圧器: 変圧器は電力網のバックボーンであるため、残念なことに、その機能は温度監視に大きく依存します。過剰な熱は絶縁劣化を促進し、高額な修理や完全な故障につながります。

変圧器用の光ファイバーセンサーは巻線スペーサーに直接埋め込まれています。精度を最大化するために、ホットスポットのできるだけ近くに配置されます。遅延や不正確な推定が発生しやすい従来の温度計とは異なり、効果的です。

Opsens ガリウムヒ素 (GaAs) プローブは、吸収スペクトルのシフトを通じて温度変動を測定するためにファイバーの先端に GaAs 結晶を配置するように設計されており、FBG は特定の波長を反射するためにシングルモード光ファイバーのコアに光刻まれています。どちらも応答時間が速く、精度も高くなります。

発電所と製油所: 発電所や製油所に光ファイバーを導入すると、業界の専門家は発電機やタービンに関する物理的および環境的なデータを取得できるようになります。これにより、磨耗を特定して軽減し、長期にわたる停止につながる可能性のある致命的な障害を防ぐことができます。