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Transformadores de corriente ópticos electrónicos – Subestaciones digitales

Ing. Enrique Garcia

mayo 31, 2022

Aunque los principios físicos que rigen su operación son ampliamente conocidos desde ya varias décadas, los transformadores de instrumentación ópticos han estado a la espera del momento adecuado para invadir el mercado. Todo apunto a que serán la tecnología dominante en el futuro, donde formarán parte importante de las subestaciones digitales.

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 poca interferencia eléctrica en las señales.
No se saturan, por lo que ofrecen un rendimiento mejorado en condiciones transitorias.
Son livianos y pequeños, esto hace posible construirlos, no sólo 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 ópticos - 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 profundizar 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 magnético 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.