Proyectos
Diseño y Construcción de pértiga para la medición de variables eléctricas en sistemas de alta tensión mediante fibras convencionales y/o especiales a partir del escalamiento técnico de un prototipo de baja tensión
Resumen
El grupo de investigación en fotónica y optoelectrónica ha venido desarrollando diferentes sistemas de medición de variables físicas soportados en el uso de fibras ópticas convencionales y especiales, demostrando para la mayoría de los casos un aumento en los niveles de sensibilidad de las variables medidas en comparación con instrumentación convencional. Estas experiencias plantean una oportunidad diferenciadora para el desarrollo de sistemas de instrumentación basados en fibra óptica que superen las capacidades de algunas tecnologías actuales y se generen factores diferenciadores según su aplicación (1). En el caso particular de la medición de corriente eléctrica en sistemas de alta tensión, el uso de fibras ópticas como elementos de transducción y/o medición tiene la ventaja de presentar una alta rigidez dieléctrica, lo que simplifica los requerimientos de los sistemas de aislamiento en su implementación y por tanto contribuyen a su portabilidad (2) (3). Adicionalmente, el uso de fibra para medición de corriente no requiere de núcleos magnéticos, eliminando los problemas actuales asociados a la saturación y no-linealidad de los transformadores de corriente convencionales (4). Otra característica importante del uso de fibra en estos ambientes, es que presenta una alta inmunidad al ruido electromagnético, desapareciendo cualquier inconveniente de compatibilidad electromagnética durante el proceso de medida y disminuyendo la incertidumbre de estimación en dicho proceso. El presente proyecto busca desarrollar un nuevo instrumento que apoye el sector eléctrico de potencia a partir del escalamiento de un prototipo basado en fibra óptica para la medición de corriente eléctrica, desarrollado previamente para sistemas de baja tensión, a sistemas de alta tensión. Para este fin se utilizará como punto de partida el diseño de una pértiga, que es un elemento ampliamente utilizado en el sector eléctrico de potencia. El prototipo actual para la medición de corriente consiste en un compuesto magnetostrictivo en forma de cono (Fig 1) que en función del campo magnético transmite un esfuerzo mecánico a una fibra óptica embebida coaxialmente. Aunque este tipo de soluciones son conocidas en el arte previo (3) (5), la presente propuesta pretende aprovechar la dependencia geométrica del campo magnético durante el proceso de magnetización, que permitan incrementar la transmisión de esfuerzo y deformación a la fibra óptica, con el fin de modular la luz transmitida/reflejada a través de cambios en el índice de refracción y parámetros de propagación de la misma (6). Los efectos geométricos en la distribución del campo de magnetización han sido analizados desde el punto de vista teórico, analítico y numérico (Fig 2), y se han comprobado experimentalmente (Fig 3). Para el escalado, diseño y construcción del prototipo, se analizará y modelará inicialmente la interacción del campo magnético externo con el material magnetostrictivo en baja tensión, posteriormente se analizará la influencia en el proceso de campos eléctricos de alta intensidad, con el fin de garantizar compatibilidad para su escalamiento a sistemas de alta tensión. Lo anterior permitirá cuantificar los esfuerzos mecánicos resultantes en función de la intensidad de campo magnético, geometría del material y diferentes estructuras de acoples a la fibra óptica. Posteriormente, se definirán las mejores estrategias de acoples internos o externos para transmisión de los esfuerzos a la fibra con el fin de mejorar la sensibilidad. Finalmente, se definirá el proceso más conveniente de transducción de la señal externa a cambios de índice de refracción y su posterior detección con fuentes de luz y foto-receptor, para esto se evaluarán diferentes estrategias de sensado basadas en redes de Bragg y diferentes configuraciones interferométricas (7). Una vez construido el prototipo, se evaluará experimentalmente en ambientes controlados para cuantificar sus niveles de sensibilidad.
Convocatoria
Nombre de la convocatoria:"UN INNOVA": CONVOCATORIA NACIONAL DE PROYECTOS PARA EL FORTALECIMIENTO DE LA INNOVACIÓN, EN LA UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA A PARTIR DE DESARROLLO DE PROTOTIPOS Y EXPERIENCIAS PILOTO 2016-2018 SEGUNDA COHORTE
Modalidad:Modalidad 2: Propuestas de prototipos o escalamientos, presentadas por grupos de investigación, hasta por veinte millones de pesos ($ 20.000.000).
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