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Nueva tecnología en TCs de medida

Ing. Enrique Garcia

junio 15, 2021

Es notable observar cómo los principios ópticos antiguos del siglo XIX todavía podrían utilizarse hoy en día en el desarrollo de dispositivos de medición para la tecnología de subestaciones más avanzada de la actualidad, conocida como la “subestación digital”, después de casi 175 años.

Los sensores de corriente de fibra óptica ofrecen ventajas significativas sobre las tecnologías tradicionales de medición:

  • El elemento sensor está naturalmente desacoplado de la línea de alta tensión.
  • Hay una mínima de interferencia eléctrica en las señales.
  • No se saturan por lo que ofrecen un rendimiento mejorado en condiciones transitorias. 
  • Ofrecen tiempos de respuesta extremadamente rápidos con alta precisión de medición.
  • Son livianos y pequeños, esto hace posible construirlos no solo como dispositivos independientes, sino que también se pueden integrar fácilmente en otros productos como interruptores. 
  • No explotan durante una falla catastrófica, a diferencia de las torres de aislamiento eléctrico basadas en aceite.
  • Cuentan con un ancho de banda de medición en el rango de kHz.

 

Video. 1: Transformadores de corriente de fibra óptica - Equipos ABB

Después de ver con atención el video 1, seguramente cuentas con una mejor idea del funcionamiento de esta tecnología y el avance tecnológico que representa. Pero si llegaste hasta este punto del artículo seguramente quieres conocer mucho más, a continuación expondremos información detallada sobre el tema. 

¿En qué principio físico se basan los transformadores de corriente ópticos?

La tecnología del transformador de corriente óptico se basa en el conocido “Efecto Faraday” de Michael Faraday (1846). En concreto faraday demostró que un campo magmático es capaz de influir sobre un haz de luz polarizada. Es decir, la fuerza electromagnética y la luz están relacionadas entre sí. 

Por lo tanto, cuando se envía un haz de luz a través de un material que exhibe el efecto Faraday, la polarización de la luz se rotará en el ángulo θ que depende de la fuerza del campo magnético paralelo a la dirección de propagación de la luz.

El efecto Faraday es proporcional a la magnetización del material. La rotación se puede describir en términos de la intensidad del campo magnético β y la constante de Verdet V.

Que, en el caso de un campo magnético uniforme constante se reduce a

θ = V ∙ β ∙ L 

La constante de Verdet V es la rotación específica de un material y se define como el ángulo sobre el campo magnético multiplicado por la longitud. V está determinado por las propiedades magnéticas del material.

β es el componente de la densidad de flujo magnético paralelo a la dirección de propagación de la luz.

Video. 2: Entendiendo el efecto Faraday

¿Cómo utilizamos el Efecto Faraday para medir corrientes?

El esquema más simple y general se muestra en la Fig. 1. A continuación explicare el proceso: 

  • Una fuente (módulo optoelectrónico) envía a través de la fibra óptica un haz de luz polarizado hacia el material que presenta Efecto Faraday.
  • Al llegar al materia el campo magnético producido por la corriente que fluye por el conducto produce un cambio de fase en el haz de luz.
  • El haz de luz se va de regreso a través de la fibra óptica hacia el módulo optoelectrónico donde es medido por un fotodetector.
  • Se determina la diferencia de fase entre el haz de luz inicial y el final para calcular el campo magnético y luego la corriente que fluye por el conductor.
  • El módulo optoelectrónico traduce la información y la adapta a un protocolo de comunicación compatible con la normativa IEC 61850-9.2. (Sampled values)
  • Los datos de magnitud de corriente son distribuidos en la red (Bus de procesos) de comunicación para luego ser tomados por los distintos IEDs.

 

Imagen. 1: Proceso de medicion del TC optico

Importancia del estándar IEC 61850

IEC 61850 es el estándar internacional para comunicaciones basadas en Ethernet en subestaciones de alta tensión. Es más que un simple protocolo; es un estándar integral creado para las empresas de servicios públicos para ayudar a brindar una funcionalidad completa que no es compatible con los protocolos de comunicación heredados. IEC 61850 permite la digitalización completa de señales de medición en subestaciones que son necesarias para que la gran cantidad de datos se comuniquen en tiempo real. Esto incluye mediciones de CT y VT, las protecciones requeridas, medición de energía, etc. Introducido en 2004, el estándar se ha vuelto cada vez más aceptado en todo el mundo y es la razón del ritmo cada vez mayor de los avances de la tecnología óptica.

A partir de entonces, comenzaron las primeras propuestas para el uso de la interfaz digital, y cada solución de proveedor presentó su propia opinión sobre el tema. Llevó algún tiempo establecer un grupo de trabajo inicial entre proveedores. Durante CIGRE 2004, se presentó la primera demostración de interoperabilidad, con un protocolo que sigue la pauta de aplicación para IEC 61850-9.2. Esta directriz se conoció como IEC 61850-9-2 LE (para Light Edition), lo que refleja el hecho de que era solo un primer ejemplo del formato de marco digital. Tomó otra década establecer una norma IEC publicada más robusta, descrita hoy como la convención de transformadores de instrumentos: IEC 61869, parte 9. Por supuesto, este punto de referencia contemporáneo ahora también se ve en varios proveedores de protección y controles de subestaciones de alta tensión que ofrecen soluciones con IEC completa. Compatibilidad estándar 61869.

 

 

 

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