Diseño de un sistema de medición de temperatura para líneas de transmisión y distribución de energía utilizando sensores ópticos basados en redes de difracción de Bragg

Abstract

Las redes de transmisión de energía son limitadas principalmente por dos factores, flecha de la catenaria, cuyo aumento lleva a incumplir distancias de seguridad, y la temperatura del conductor, cuyo aumento produce pérdidas en su tensión de rotura y un envejecimiento prematuro. Para evitar esto, las redes de transmisión se dimensionan de dos formas: estática, suponiendo las peores condiciones de carga y medioambientales, y dinámica, usando la temperatura del conductor para ajustar la carga de la línea. Medir la temperatura en redes de transmisión de energía representa un reto dados los voltajes a los que ellas operan, para esto existen varios métodos y tecnologías que permiten medir directa o indirectamente la temperatura del conductor. Entre los métodos de medición directa está el uso de sensores de fibra óptica, los cuales tienen excelentes propiedades eléctricas y físicas propias de la fibra óptica. Dentro de los sensores ópticos están los sensores basados en redes de difracción de Bragg (FBG). En la presente investigación se hace uso de sensores FBG para medir la temperatura de un segmento a escala de una línea de transmisión bajo condiciones controladas, usando sensores FBG seleccionados de acuerdo con las condiciones de operación de las redes de transmisión colombianas. Se observa que la lluvia y radiación solar son las variables que más afectan la temperatura de la línea, se diseña un método de adhesión de los sensores FBG a la línea y finalmente se diseña un sistema de medición de energía para una línea ejemplo de 5 km.

Power transmission lines are mainly limited by two factors, Sag, since an increase of it can reduce the clearance to ground and nearby objects, and the temperature of the conductor, since a high temperature causes loss in tensile strength and a premature ageing. To avoid that, power transmission lines are rated in two ways: Static Rating, assuming the worst-case conditions of load and weather, and Dynamic Rating, using the temperature of the conductor to calculate the load of the line. Measuring the temperature of a power transmission line can be challenging due the high voltage that the sensors must withstand. Several methods and technologies exist to measure temperature directly or indirectly from the conductor. One of those direct measurement methods is the use of fiber optic-based sensors, which have excellent physical and electrical properties specific to fiber optics. Fiber Bragg Gratings sensors are one of the most used optical fiber sensor types. In this research FBG sensors are used to measure the temperature of a power line segment, under controlled conditions using FBG sensors selected according to the operation conditions of the Colombian power networks. It was observed that rain and solar radiation affect the temperature of the conductor. A union method of the FBG sensors to the line was designed and last, a temperature measuring system was designed for a 5 km sample power transmission line.