Optik fiberli dağınık algılama yöntemiyle enerji kablosunda sıcaklık ve gerginliğin algılanması

Abstract

XLPE (çapraz bağlı polietilen) yalıtkanlı yüksek gerilim kablolarında, kablo yalıtkanı, çalışma esnasında elektriksel, ısıl ve mekanik etkilere maruz kalır. Kablo yalıtkanının maruz kaldığı önemli etkilerden biri maksimum işletme sıcaklığı, diğeri de yalıtkan üzerinde meydana gelen gerginliktir. Bu çalışmada, 1550 nm'de tek modlu optik fiber kullanılarak 380 kV yüksek gerilim kablosunda kablo boyunca sıcaklık ve gerginlik algılama benzetimleri yapılmıştır. Kablo boyunca sıcaklık verilerine ulaşabilmek için, Raman saçılmasını baz alan dağınık sıcaklık algılama yöntemi kullanılmıştır. Kablo boyunca gerginlik verilerinin elde edilebilmesi için de, geri saçılan işaretin Brillouin frekans kayması bilgisinden faydalanılmıştır. Kablo ek yerleri, kesişim noktaları ve boru içinden geçme gibi benzetim koşulları altında ve Matlab 6.5 programı kullanılarak 5 km uzunluklu kablo boyunca sıcaklık ve gerginlik profilleri 1.5 m uzamsal çözünürlükte, ~ 1.25 ºC sıcaklık çözünürlüğü ve ~ 50 µε gerginlik çözünürlüğü ile elde edilmiştir. Ayrıca, kablo boyunca Brillouin frekans kayması ve Brillouin güç değişimi profillerinden faydalanılarak, frekans kayması üzerindeki etkin değer (RMS) gürültüsü ~ 1.20 MHz ve güç değişimi üzerindeki RMS gürültüsü ~ % 0.45 olarak hesaplanmıştır.

The cable insulation is exposed to electrical, thermal and mechanical effects during operation in XLPE insulated underground power cables. One of the important effects that the cable insulation is exposed is the maximum operation temperature and the other is the strain occurred on the insulation. In this study; temperature and strain sensing simulations have been performed along the 380 kV power cable by using a 1550 nm single mode fiber. Distributed temperature sensing method based on Raman scattering has been used to obtain temperature data along the cable. In order to obtain strain data along the cable, Brillouin frequency shift information of the back scattered signal has been utilized. Under the existence of simulation conditions such as cable connection points, cross-connection points and passing through ducts, temperature and strain profiles have been obtained along a 5 km cable with a spatial resolution of 1.5 m, a temperature resolution of ~ 1.25 ºC and a strain resolution of ~ 50 µε by using Matlab 6.5. Furthermore, RMS noises detected on frequency shift and Brillouin power change have been computed as ~ 1.20 MHz and as ~ 0.45 % respectively by taking advantage of Brillouin frequency shift and the Brillouin power change profiles along the cable.