EoW November 2007

italiano Sistema di controllo della forza e della temperatura nelle linee di alimentazione elettrica A cura di Reinhard Girbig e Norbert Fink, Draka Comteq Germany GmbH & Co KG, Mönchengladbach, Germania

1. Introduzione La deregolamentazione dei mercati dell’energia, caratterizzati da un crescente numero di parchi eolici e di centrali elettriche di piccole dimensioni, sta costringendo i servizi di distribuzione dell’energia elettrica a cercare nuove strategie per la progettazione e il funzionamento delle linee elettriche aeree. Una di queste consiste nell’ottimizzazione della trasmissione di elettricità sulle infrastrutture esistenti. In questo caso, i parametri principali sono rappresentati dalla temperatura del conduttore e dalle sollecitazioni meccaniche del filo. Questi parametri determinano le riserve esistenti della capacità di trasmissione, limitata dalla temperatura massima ammissibile dei metalli nonché dalla freccia critica e dalla distanza da terra.

Fino ad oggi sono stati determinati i margini di sicurezza della temperatura per il funzionamento delle linee elettriche aeree, generalmente valutate mediante metodi di calcolo ed ipotesi quasi obsoleti, ed un utilizzo economico delle riserve di una linea già esistente è quasi impossibile. Il sistema di controllo delle linee aeree illustrato nel presente articolo si basa sulle fibre ottiche e consente di eseguire la misurazione in linea e remota della temperatura interna e delle sollecitazioni meccaniche di un conduttore. L’utilizzo di questo sistema comporta un ritorno d’investimento in un tempo molto breve sulle linee molto caricate all’interno di una rete elettrica. É inoltre possibile rilevare sollecitazioni meccaniche elevate provocate dal gelo, permettendo così di adottare misure preventive prima dell’eccessivo caricamento e crollo dei tralicci. Inoltre, il sistema consente di verificare i dati di programmazione e le ipotesi di costruzione di eventuali ampliamenti di rete.

Variazioni dell’indice di rifrazione

Lunghezza d’onda riflessa (lunghezza d’onda di Bragg)

Riflettività (dB)

Figura 2 : Reticolo di Bragg in fibra ottica – Principio ▲

conduttore di fase con una lunghezza completa di conduttore OPPC (Optical Phase Conductor) rendendo costoso il sistema. Al fine di evitare l’installazione di un nuovo cavo, il sistema illustrato utilizza la correlazione fra la temperatura del conduttore e la temperatura del cavo di accoppiamento che collega le due sezioni di una linea ad un traliccio. Anziché sostituire una lunghezza di cavo completa, viene utilizzato solo un cavo di accoppiamento corto provvisto di fibra sensore. Contrariamente al sistema a fibre basate sullo scattering Raman, il sensore è realizzato come un reticolo di Bragg in fibra ottica (FBG - Fibre Bragg Grating) che utilizza l’effetto termo-ottico per misurare la temperatura. Un’estremità del cavo di accoppiamento entra in un separatore ove viene effettuata la giunzione della fibra del sensore per ottenere una fibra ordinaria, che scende dal traliccio per una trasmissione di dati aggiuntiva; l’altra estremità viene connessa al conduttore di fase come al solito. La Figura 1 illustra il principio del sistema di controllo della temperatura. Aggiungendo dei sensori di deformazione, che utilizzano anch’essi la tecnologia FBG, e una stazione meteorologica di

Conduttore di fase

2. Descrizione del sistema 2.1 Panoramica generale

Cavo di connessione a fibre ottiche

Particolare A

Le tecniche esistenti di controllo della temperatura e della forza nei conduttori di fase si basano su sistemi meccanici o su sistemi a fibre ottiche. I primi sono caratterizzati da durata e affidabilità limitate e sono meno precisi rispetto ai sistemi a fibre ottiche. Questi ultimi, fino ad oggi, hanno utilizzato lo scattering Raman ove il rapporto fra l’intensità delle linee Stokes e anti-Stokes dello spettro disperso è proporzionale alla temperatura. Generalmente, per realizzare questo tipo di sistema [1] , è necessario sostituire un

Trattamento dati

Particolare A

Separatore

Cavo di connessione

Cavo di accoppiamento con fibre sensore

Figura 1 : Controllo temperatura – Configurazione del principio ▲

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EuroWire – Novembre 2007