Procedimiento y sistema de monitorización de fibra óptica de componentes distribuidos espacialmente.

Sistema de monitorización de elementos auxiliares (205a, 205b,

..., 205k) de una red de distribución de energíaeléctrica (100), que comprende:

- al menos un tramo de fibra óptica (215);

- al menos 5 una rama óptica de ramificación del tramo de fibra óptica (215), asociada operativamente con unrespectivo elemento auxiliar (205a, 205b, ..., 205k), comprendiendo cada rama óptica:

- por lo menos un atenuador óptico pasivo (235a, 235b, ..., 235k) acoplado operativamente alrespectivo elemento auxiliar (205a, 205b, ..., 205k), y que tiene una atenuación adaptada paracambiar en respuesta a un cambio en las condiciones operativas del respectivo elemento auxiliar(205a, 205b, ..., 205k),y

- un reflector óptico (240a, 240b, ..., 240k);

- una fuente de radiación óptica (230) adaptada para inyectar una radiación óptica (I) en el tramo de fibraóptica (215); y

- un receptor óptico (250, 310) adaptado para detectar radiación óptica retrorreflejada (Ia, Ib, ..., Ik) reflejadamediante dicho reflector óptico (240a, 240b, ..., 240k),

- estando adaptado dicho sistema de monitorización para reconocer una posición del al menos uno de loselementos auxiliares (205a, 205b, ..., 205k) en base a una característica de la radiación ópticaretrorreflejada (Ia, Ib, ..., Ik).

Procedimiento y sistema de monitorización de fibra óptica de componentes distribuidos espacialmente Antecedentes de la invención Campo de la invención La presente invención se refiere, en general, a procedimientos y sistemas de monitorización de componentes de un sistema de distribución de energía eléctrica distribuidos en una pluralidad de posiciones. En particular, la invención se refiere a la monitorización, en tiempo real y mediante la explotación de fibras ópticas, del estado y la condición de los elementos "complementarios", por ejemplo elementos de protección, utilizados en sistemas de distribución de energía eléctrica para garantizar la seguridad del sistema.

Descripción de la técnica relacionada Los sistemas de distribución de energía eléctrica comprenden redes de distribución, por ejemplo, redes de distribución de alta tensión (HV) .

El término "alta tensión" está relacionado con tensiones superiores a 35 kV, alcanzando también uno o varios cientos de kilovoltios.

Las redes de distribución hacen uso de cables que pueden, por ejemplo, ser aéreos (elevados) o subterráneos, por ejemplo colocados en túneles.

Además de cables, las redes de distribución pueden comprender una serie de diferentes elementos auxiliares que, en rigor, no juegan un papel directo en la distribución de energía eléctrica, utilizándose en su lugar para garantizar las debidas condiciones de uso y de seguridad de la línea de distribución.

Ejemplos de elementos auxiliares son limitadores de sobretensión transitoria (SVLs) , también conocidos como disipadores de sobretensiones (SAs) o supresores de sobretensiones, sistemas de monitorización de la presión de aceite para cables llenos de aceite, termómetros para comprobar las bombas para la circulación de agua de refrigeración y la propia temperatura del agua de refrigeración.

La monitorización y el mantenimiento de los elementos auxiliares de un cable, en vista al entorno donde están colocados los cables, que pueden ser críticos, porque están empotrados, y/o peligrosos, como en el caso de las redes de alta tensión, pueden ser complicados, y no pueden realizarse sobre una base de tiempo frecuente. Incluso cuando los elementos auxiliares no están encerrados en cajas de protección, la monitorización de sus condiciones operativas puede implicar inspecciones largas y/o la interrupción de la distribución de la energía eléctrica.

Esto es, en efecto, fuertemente no deseado, porque una línea de distribución de energía eléctrica normalmente suministra un área muy grande y un número considerable de usuarios, que no están dispuestos a aceptar una interrupción del servicio.

Por tanto, existe la necesidad de idear una solución al problema de monitorizar el funcionamiento correcto de elementos auxiliares como SVLs, sistemas de monitorización de presión de aceite, termómetros, con el objetivo de poder sustituirlos tan fácilmente como sea posible cuando se rompen.

En la solicitud de patente japonesa publicada JP 04-092523 se describe un sensor que detecta información de contacto, para detectar la información de contacto sin la aplicación de ninguna fuerza mecánica. Se proporcionan mecanismos de protección ligeros y funcionan mediante información de contacto entre dispositivos de ramas ópticas y espejos proporcionados en múltiples áreas de una fibra óptica.

El solicitante observó que dichos mecanismos de protección son del tipo activo, es decir, requieren una fuente de energía externa para funcionar, en particular, en los ejemplos proporcionados, una fuente de alimentación eléctrica. No se prevé ninguna aplicación a cables de alimentación En la solicitud de patente japonesa publicada JP 2004309219 se divulga un sistema de medición con sensores, que comprende una pluralidad de sensores de medición de fibra para la medición de una serie de cantidades físicas.

El solicita observa que los sensores se colocan en serie sobre una fibra óptica principal, no en su ramificación, por lo tanto, la reducción de la intensidad de uno de los mismos disminuye la cantidad de luz disponible en los siguientes sensores, reduciendo así la dinámica de medición.

En la solicitud de patente japonesa publicada JP 03-231116 se divulga un sensor de fibra óptica en el que caras extremas de fibra de múltiples fibras ópticas ramificadas se insertan en aceite y la luz pulsada se introduce desde un dispositivo de medición de la reflexión como un reflectómetro de dominio de tiempo óptico (OTDR) , por lo que se atenúa la reflexión de Fresnel en el extremo de la fibra y así el evento detectado.

La solicitud de patente publicada US 2004/0240769 describe un sensor de fibra óptica distribuido de condición de alarma con analizador de transmisión-reflexión de almacenamiento. El solicitante observó que ambos detectores de transmisión y de reflexión están conectados eléctricamente al analizador de transmisión-reflexión de almacenamiento.

La patente US 5.035.511 describe un sensor de temperatura de fibra óptica distribuido basado en la transmisión de dominio de tiempo. La luz es transmitida a través del sensor solamente una vez, y no se refleja de retorno.

Sumario de la invención El solicitante se enfrentó el problema de la monitorización del cambio de una cantidad física (por ejemplo, temperatura, efecto magnético) , en un conjunto de elementos auxiliares (por ejemplo, disipadores de sobretensiones) distribuidos en diferentes posiciones de una red de distribución de energía eléctrica. Los entornos críticos (por ejemplo, cables eléctricos de alta tensión y/o empotrados) implicarían el cumplimiento de una serie de requisitos:

-el sistema de monitorización debe ser pasivo;

-la posición (y, posiblemente, el momento) donde se producen cambios de cantidad física se debe identificar a distancia, sin necesidad de inspecciones directas, que a menudo son difíciles o incluso imposibles de realizar;

-el sistema de monitorización debe ser capaz de reconocer e identificar múltiples cambios de la cantidad física que se producen sustancialmente al mismo tiempo en diferentes posiciones;

-preferiblemente, el sistema de monitorización debe ser capaz de reconocer e identificar los cambios de la cantidad física, independientemente de la duración de la misma (la reacción del sistema debe ser más rápida que la duración del evento monitorizado, sin embargo, el tiempo de detección puede ser más largo que la duración del evento) .

En la presente descripción y en las reivindicaciones, el término "pasivo" está concebido para un dispositivo o componente que no requiere una fuente de energía dedicada para realizar la función pretendida. Tal dispositivo o componente pueden ser activado mediante un fenómeno físico generado, por ejemplo, mediante un aumento (aumento transitorio repentino de la corriente o de la tensión en un circuito eléctrico) o error o fallo, sin necesidad de otros dispositivos de alimentación de energía, por ejemplo, la batería. En particular, no se necesitan energía eléctrica ni energía mecánica. En efecto, la presencia de dispositivos locales de alimentación para el dispositivo de monitorización o componente podría dar lugar a los mismos problemas y dificultades indicados anteriormente en relación a los elementos auxiliares.

De acuerdo con un aspecto, la presente invención se refiere a un sistema de monitorización de monitorización de elementos auxiliares de una red de distribución de energía eléctrica, que comprende:

-al menos un tramo de fibra óptica;

-al menos una rama óptica que se ramifica del tramo de fibra óptica y asociada operativamente con un elemento auxiliar respectivo, comprendiendo cada rama óptica

-por lo menos un atenuador óptico pasivo acoplado operativamente al respectivo elemento auxiliar y que tiene una atenuación adaptada para cambiar en respuesta a un cambio en las condiciones operativas del respectivo elemento auxiliar, y

-un reflector óptico;

-una fuente de radiación óptica adaptada para inyectar una radiación óptica en el tramo de fibra óptica; y

-un receptor óptico adaptado para detectar la radiación óptica retrorreflejada reflejada por dicho reflector óptico;

estando adaptado dicho sistema de monitorización para reconocer una posición de al menos uno de los elementos auxiliares en base a una característica de la radiación óptica retrorreflejada.

Preferiblemente, dicho sistema de monitorización reconoce la posición de el al menos uno de los elementos auxiliares mediante el receptor óptico.

Para el propósito de la presente descripción y de las reivindicaciones:

-por "fuente... [Seguir leyendo]

1. Sistema de monitorización de elementos auxiliares (205a, 205b, ..., 205k) de una red de distribución de energía eléctrica (100) , que comprende:

-al menos un tramo de fibra óptica (215) ;

-al menos una rama óptica de ramificación del tramo de fibra óptica (215) , asociada operativamente con un respectivo elemento auxiliar (205a, 205b, ..., 205k) , comprendiendo cada rama óptica:

-por lo menos un atenuador óptico pasivo (235a, 235b, ..., 235k) acoplado operativamente al respectivo elemento auxiliar (205a, 205b, ..., 205k) , y que tiene una atenuación adaptada para cambiar en respuesta a un cambio en las condiciones operativas del respectivo elemento auxiliar (205a, 205b, ..., 205k) , y

-un reflector óptico (240a, 240b, ..., 240k) ;

-una fuente de radiación óptica (230) adaptada para inyectar una radiación óptica (I) en el tramo de fibra óptica (215) ; y

-un receptor óptico (250, 310) adaptado para detectar radiación óptica retrorreflejada (Ia, Ib, ..., Ik) reflejada mediante dicho reflector óptico (240a, 240b, ..., 240k) ,

-estando adaptado dicho sistema de monitorización para reconocer una posición del al menos uno de los elementos auxiliares (205a, 205b, ..., 205k) en base a una característica de la radiación óptica retrorreflejada (Ia, Ib, ..., Ik) .

2. Sistema de monitorización de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho sistema de monitorización reconoce la posición del al menos uno de los elementos auxiliares por el receptor óptico.

3. Sistema de monitorización de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que dichas características de la radiación óptica retrorreflejada (Ia, Ib, ..., Ik) comprenden una variación en el tiempo de la intensidad de la radiación óptica retrorreflejada, una frecuencia a la cual la intensidad de la radiación óptica retrorreflejada conmuta entre al menos dos valores diferentes, un espectro de la radiación óptica retrorreflejada, un retardo de propagación de la radiación óptica retrorreflejada para alcanzar el receptor óptico, un estado de polarización de la radiación óptica retrorreflejada.

4. Sistema de monitorización de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho atenuador óptico pasivo (235a, 235b, ..., 235k) es sensible a una corriente que fluye a través del elemento auxiliar (205a, 205b, ..., 205k) .

5. Sistema de monitorización de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho atenuador óptico pasivo (235a, 235b, ..., 235k) está acoplado térmicamente al respectivo elemento auxiliar (205a, 205b, ..., 205k) .

6. Sistema de monitorización de acuerdo con la reivindicación 5, en el que dicho atenuador óptico pasivo (235a, 235b, ..., 235k) tiene una atenuación variable con la temperatura, de tal manera que un aumento de la temperatura causado por la corriente que fluye a través del elemento auxiliar (205a, 205b, ..., 205k) provoca un cambio en el valor de la atenuación.

7. Sistema de monitorización de acuerdo con la reivindicación 4, en el que dicho atenuador óptico pasivo (235a, 235b, ..., 235k) incluye un interruptor óptico de tipo de enganche, y el valor de la atenuación está adaptado para conmutar entre dichos primer y segundo valores de atenuación cada vez que el elemento auxiliar (205a, 205b, ..., 205k) está implicado en una descarga.

8. Sistema de monitorización de acuerdo con la reivindicación 7, en el que la atenuación del atenuador óptico pasivo (235a, 235b, ..., 235k) está adaptada para conmutar repetidamente entre dichos primero y segundo valores de atenuación cuando el elemento auxiliar (205a, 205b, ..., 205k) conduce una corriente durante un periodo de tiempo prolongado.

9. Sistema de monitorización de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que una fracción de la radiación óptica (Ia, Ib, ..., Ik) que es derramada por cada rama óptica varía de manera monótona a lo largo del tramo de fibra óptica.

10. Procedimiento de monitorización de elementos auxiliares (205a, 205b, ..., 205k) de una red de distribución de energía eléctrica (100) , que comprende:

-asociar la red de distribución de energía eléctrica a al menos un tramo de fibra óptica (215) ;

-asociar los elementos auxiliares a ser monitorizados mediante respectivas ramas ópticas que se ramifican del tramo de fibra óptica;

-acoplar operativamente al menos un atenuador óptico pasivo (235a, 235b, ..., 235k) a cada uno de los elementos auxiliares, formando parte el atenuador óptico pasivo del tramo óptica asociado con el respectivo elemento auxiliar;

- propagar una radiación óptica (I) en el tramo de fibra óptica;

-en respuesta a un cambio en la condición operativa de al menos uno de los elementos auxiliares, provocar una radiación óptica derramada (Ia, Ib, ..., Ik) que se propaga a través de al menos una de las ramas ópticas para ser retrorreflejada;

-detectar la radiación óptica retrorreflejada; y

-reconocer una posición, a lo largo de la red de distribución de energía eléctrica, de dicho al menos uno de los elementos auxiliares en base a una característica de la radiación óptica retrorreflejada detectada.

11. Procedimiento de monitorización de acuerdo con la reivindicación 10, en el que dichas características de la radiación óptica retrorreflejada comprenden una variación en el tiempo de la intensidad de la radiación óptica retrorreflejada, una frecuencia a la que la intensidad de la radiación óptica retrorreflejada conmuta entre al menos dos valores diferentes, un espectro de la radiación óptica retrorreflejada, un intervalo de tiempo necesario para que la radiación óptica retrorreflejada alcance el receptor óptico, y un estado de polarización de la radiación óptica retrorreflejada.

12. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10 u 11, en el que dicho por lo menos un atenuador óptico pasivo tiene una variable de atenuación entre al menos una primer valor superior y un segundo valor inferior en respuesta a 20 las condiciones operativas de al menos uno de los componentes a monitorizar.

13. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10, 11 ó 12, en el que cada una de las ramas ópticas incluye un reflector (240a, 240b, ..., 240k) corriente abajo del atenuador óptico pasivo.

14. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, en el que dicho atenuador óptico pasivo es sensible a una corriente que fluye a través del elemento auxiliar operativamente acoplado al mismo.

15. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 14, en el que dicho acoplamiento operativo incluye el acoplamiento térmico.

16. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 15, en el que dicho atenuador óptico pasivo tiene una atenuación variable con la temperatura, de tal manera que un aumento de la temperatura causado por la corriente que fluye a través del elemento auxiliar operativamente asociado con el mismo provoca un cambio en el valor de atenuación.