Como sensores avançados de fibra óptica estão evitando falhas na rede elétrica

Transformadores, linhas de transmissão e subestações são essenciais para uma distribuição confiável de eletricidade, mas estão sujeitos a danos. Os equipamentos de monitoramento tradicionais não conseguem acompanhar a evolução das necessidades da rede. Somente uma solução resiliente e moderna pode ajudar as operadoras a evitar interrupções.

Eles podem utilizar sensores de fibra óptica para uma ampla gama de aplicações, desde transformadores até tubulações de gás natural. Essas ferramentas fornecem dados contínuos e em tempo real ao longo de todo o comprimento do cabo. Seu pequeno tamanho e peso leve os tornam ideais para promover a estabilidade da rede.

Princípios Básicos dos Sistemas de Detecção de Fibra Óptica

Apesar de ter o diâmetro de um único fio de cabelo humano, uma fibra óptica é seis vezes mais forte que o titânio e 40 mil vezes mais transparente que um diamante. Cada fio tem cerca de 30 milhas de comprimento. A capa protetora, o revestimento e o núcleo cabem dentro desse formato minúsculo.

Como o revestimento possui índice de refração (IR) mais baixo, ele ajuda a confinar a luz, garantindo uma transmissão eficiente com perdas mínimas. A camada mais externa protege contra danos físicos e esforços mecânicos, melhorando a durabilidade.

Os sistemas baseados em fibra óptica são úteis para monitoramento porque são compactos, leves e resistentes a condições ambientais adversas. Eles também são resistentes a interferências eletromagnéticas e altamente compatíveis com sistemas modernos de comunicação de dados.

Como os sensores de fibra óptica evitam falhas na rede elétrica

Quando os engenheiros usam sensores de fibra óptica para transformadores, tubulações ou linhas de energia, eles geralmente contam com esses três mecanismos.

Grade de Bragg de fibra: Os sensores de grade de Bragg de fibra (FBG) são ferramentas leves e compactas. O desenvolvimento progrediu significativamente, com avanços focados no suporte à durabilidade em ambientes agressivos e em aplicações de monitoramento de longo prazo.

Eles operam com base no princípio de difração de Bragg, que envolve comprimentos de onda específicos de luz refletidos nas superfícies formadas por planos atômicos em uma rede cristalina. Quando interagem com a rede de Bragg – uma variação intencional do RI – inscrita na parte central da fibra, eles refletem.

A mudança no comprimento de onda é inerentemente linear, portanto os operadores podem medi-la com precisão. Este mecanismo torna estes sensores de alta resolução ideais para monitorar parâmetros físicos.

Sensoriamento acústico distribuído: O sensoriamento acústico distribuído por fibra óptica (DAS) demonstra grande promessa em integrações de redes inteligentes devido à sua cobertura de longa distância, resistência à interferência eletromagnética, alta sensibilidade e recursos em tempo real.

O DAS compreende um módulo transceptor óptico e um módulo de aquisição eletrônica, que contém fontes de laser, modulador acústico-óptico, unidades de processamento de sinal e plataformas de análise de dados - a vanguarda da óptica, computação e eletrônica.

Este sistema permite que os operadores meçam ondas acústicas ou vibrações altamente densas em segundos. Por exemplo, eles podem monitorar linhas de energia com acúmulo de gelo ou descarga parcial de um painel isolado a gás com base na conversão de energia mecânica e elétrica.

As aplicações do mundo real de sensores de fibra óptica

Sensores de fibra óptica podem melhorar a estabilidade da rede e evitar interrupções em aplicações upstream, midstream e downstream.

Equipamentos de produção de energia: Os profissionais podem incorporar esta tecnologia em fontes renováveis ​​ou na produção de petróleo e gás. Permite monitorar e manter o hardware que facilita a produção de energia, evitando falhas inesperadas nos equipamentos. Por exemplo, eles podem integrá-lo a sistemas de controle de supervisão e aquisição de dados para alertas automatizados em tempo real.

Dutos e linhas de transmissão: O gás natural desempenha um papel central na rede elétrica. Infelizmente, a complexa rede de tubulações de transmissão que se estende por milhares de quilômetros está sujeita a vazamentos. A fibra óptica pode identificar essas falhas com incrível precisão.

A luz laser transmitida através da fibra óptica produz luz retroespalhada, revelando pequenas imperfeições indicativas de danos físicos. Esses sinais podem viajar a cerca de 70%-75% da velocidade da luz em circunstâncias ideais. Os sensores também podem detectar condensação de água nas tubulações, ajudando a identificar sinais precoces de corrosão.

Transformadores de potência: Os transformadores são a espinha dorsal da rede elétrica, portanto, infelizmente, sua funcionalidade depende muito do monitoramento de temperatura. O excesso de calor acelera a degradação do isolamento, levando a reparos dispendiosos ou a falhas completas.

Sensores de fibra óptica para transformadores são incorporados diretamente nos espaçadores dos enrolamentos. Eles são colocados o mais próximo possível dos pontos quentes para maximizar a precisão. Ao contrário dos medidores de temperatura tradicionais, que estão sujeitos a atrasos e estimativas imprecisas, eles são eficazes.

As sondas Opsens de arsenieto de gálio (GaAs) são projetadas com cristais de GaAs na ponta da fibra para medir flutuações de temperatura por meio de mudanças no espectro de absorção, enquanto o FBG é foto-inscrito no núcleo de uma fibra óptica monomodo para refletir comprimentos de onda específicos. Ambos têm tempos de resposta rápidos e são altamente precisos.

Usinas de energia e refinarias: A implementação de fibra óptica em usinas de energia e refinarias permite que os profissionais da indústria capturem dados físicos e ambientais sobre geradores e turbinas. Dessa forma, eles podem identificar e mitigar o desgaste, evitando falhas catastróficas que podem levar a interrupções prolongadas.