Wie kann man die Erwärmung von Hochspannungskabelverbindungen in Echtzeit überwachen?
Die Echtzeitüberwachung der Erwärmung von Hochspannungskabelverbindungen ist ein entscheidender Aspekt zur Gewährleistung eines sicheren und stabilen Betriebs von Stromnetzen. Bei Langzeitbetrieb können Hochspannungskabelverbindungen aufgrund erhöhten Kontaktwiderstands, alternder Isolierung oder Überlastung lokale Überhitzung erfahren. Herkömmliche elektrische Temperatursensoren (wie Thermoelemente, Thermowiderstände) bergen bei hohen Spannungen und starker elektromagnetischer Interferenz Risiken wie Isolationsdurchschlag und Signalstörungen durch elektromagnetische Wellen.
In den Bereichen optische Technik und Stromüberwachung ist die Verwendung von Glasfaser-Sensortechnologie zur kontinuierlichen Echtzeit-Temperaturüberwachung die derzeit wichtigste und zuverlässigste Lösung.
I. Prinzip der technischen Realisierung
Die Glasfaser-Sensortechnologie verwendet Siliziumdioxid-Glasfasern (Quarzglas) als Übertragungs- und Wahrnehmungsmedium, das inhärente Eigenschaften wie elektrische Isolierung, Beständigkeit gegen elektromagnetische Störungen (EMI), Korrosionsbeständigkeit und Fernübertragung aufweist. Für die Überwachung der Erwärmung von Hochspannungskabelverbindungen gibt es hauptsächlich zwei technische Ansätze:
1. Quasi-verteilte Temperaturüberwachung mit Glasfaser-Bragg-Gittern (FBG)
Die FBG-Sensortechnologie nutzt die im Kern der Glasfaser eingravierten Bragg-Gitter als Sensoren. Wenn sich die Umgebungstemperatur ändert, führen die thermische Ausdehnung und der thermische optische Effekt der Glasfaser zu einer Verschiebung der Bragg-Reflexionswellenlänge durch Änderung des Gitterabstands und des Brechungsindex:
\frac{\Delta \lambda_B}{\lambda_B} = (\alpha + \xi) \Delta T
Dabei ist \Delta \lambda_B die Verschiebung der Bragg-Wellenlänge, \alpha der thermische Ausdehnungskoeffizient des Materials, \xi der thermisch-optische Koeffizient und \Delta T die Temperaturänderung.
- Technische Merkmale: Schnelle Reaktionszeit, hohe Messgenauigkeit (typischerweise bis zu \pm 0,5\ \text{°C} ), digitale Wellenlängen-Codierung ohne Signalabschwächung. Durch die Reihenschaltung mehrerer FBG-Sensoren können quasi-verteilte präzise Mehrpunktmessungen an kritischen Stellen der Verbindung (wie Kontaktpunkte des Leiters, Oberfläche der Isolierschicht) durchgeführt werden.
2. Verteilte Glasfaser-Temperaturüberwachung (DTS / OFDR)
Die verteilte Glasfaser-Sensortechnologie nutzt die Korrelation zwischen der Intensität oder Frequenzverschiebung des rückgestreuten Lichts (wie Raman-Streuung, Brillouin-Streuung oder Rayleigh-Streuung OFDR) und der Temperatur, um die gesamte Glasfaser als Sensor zu verwenden und eine kontinuierliche Verteilungsmessung der Temperatur entlang der Kabelverbindung und der gesamten Kabellänge zu ermöglichen.
- Technische Merkmale: Kontinuierliche Messung ohne tote Winkel, geeignet für die Überwachung der allgemeinen Temperaturverteilung von Langstrecken-Übertragungsleitungen und Verbindungen.
II. Offizielle Produkte und technische Anwendungen
Im Bereich der Überwachung von Hochtemperatur-Kabelverbindungen bietet OFSCN® (Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd.) entsprechende Produkte für Glasfaser-Bragg-Gitter-Temperatursensoren und verteilte Glasfaser-Temperatursensoren an:
1. OFSCN® 100°C Fiber Bragg Grating Temperature Sensor
Dieser Sensor verwendet eine nahtlose Stahlrohr-Verkapselungstechnologie, ist kompakt und hat eine hohe mechanische Festigkeit. Er eignet sich für die direkte Befestigung oder Anbringung an der Außenhülle und am Leitungsbereich von Hochspannungskabelverbindungen, um lokale kleinste Temperaturänderungen der Verbindung in Echtzeit zu erfassen. Der Einsatztemperaturbereich liegt zwischen -40\ \text{°C} und 100\ \text{°C}. Der Außendurchmesser beträgt standardmäßig nur 0,9\ \text{mm}, was eine ausgezeichnete Ansprechgeschwindigkeit der Wärmeübertragung gewährleistet.
2. OFSCN® 200°C Distributed Fiber Temperature Sensor
Basierend auf einer nahtlosen Stahlrohr-Schutzstruktur kann dieser Sensor Temperaturen bis zu 200\ \text{°C} standhalten. Er eignet sich für die kontinuierliche verteilte Temperaturkurvenüberwachung von Hochspannungskabeln und -verbindungen in Verbindung mit Glasfaser-Demodulationsgeräten, die auf Raman-Streuung (DTS), Rayleigh-Streuung (OFDR) oder Brillouin-Streuung basieren.
