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Selbstdarstellung des Verbundvorhabens "Monalisa" auf der Konferenz "Zukunftsfähige Stromnetze" 2016 der entsprechenden Forschungsinitiative der Bundesregierung
Kurzzusammenfassung der Teilprojekte und F&E-Ziele aller beteiligten Partnerinstitutionen (BAM,TU Berlin, HTW Berlin, BeuthHS Berlin, IPH GmbH) zum Bereich Monitoring von elektrischen Betriebsmitteln mit Hilfe von faseroptischer Sensorik.
We demonstrate (and are the first to do so) 63 km Brillouin Optical Frequency-Domain Analysis (BOFDA) for temperature and strain monitoring using a 100 km fiber loop. The use of BOFDA for long-range applications can be considered a novel approach, as previous investigations focused on the utilization of Brillouin Optical Time-Domain Reflectometry and Analysis (BOTDR and BOTDA, respectively). At 51.7 km, a 100 m hotspot (37 °C) was detected without using distributed Raman amplification or image processing.
Verteilte faseroptische Sensorik eignet sich sehr gut für eine Zustands- und Gefährdungsüberwachung von ausgedehnten Hochspannungskabelinstallationen. Basierend auf der Messung von verschiedenen faseroptischen Rückstreueffekten in der Sensorfaser lassen sich ortsaufgelöste Profile von Messgrößen wie Temperatur, Dehnung oder Vibrationen erzielen.
Hier demonstrieren wir die Leistungsfähigkeit verschiedener faseroptischer Sensorikansätze bezüglich dieser Größen anhand von Experimenten u.a. an einem Mittelspannungskabel. Des Weiteren zeigen wir, wie die Verwendung von verschiedenen Sensorkabeltypen mit unterschiedlicher Applikation auf der Kabeloberfläche die Messergebnisse bei einem Biegeversuch beeinflussen und schlussfolgern damit auf die für die Einbettung in Kabeln geeigneten Sensoren.
Verteilte faseroptische Sensorik eignet sich sehr gut für eine Zustands- und Gefährdungsüberwachung von ausgedehnten Hochspannungskabelinstallationen. Basierend auf der Messung von verschiedenen faseroptischen Rückstreueffekten in der Sensorfaser lassen sich ortsaufgelöste Profile von Messgrößen wie Temperatur, Dehnung oder Vibrationen erzielen.
Hier demonstrieren wir die Leistungsfähigkeit verschiedener faseroptischer Sensorikansätze bezüglich dieser Größen anhand von Experimenten u.a. an einem Mittelspannungskabel. Des Weiteren zeigen wir, wie die Verwendung von verschiedenen Sensorkabeltypen mit unterschiedlicher Applikation auf der Kabeloberfläche die Messergebnisse bei einem Biegeversuch beeinflussen und schlussfolgern damit auf die für die Einbettung in Kabeln geeigneten Sensoren.
Es wurde ein Messaufbau realisiert, der die Betriebsedingungen von hydraulisch- pneumatischen Gasdruckkabelsystemen nachbildet und in dieser Veröffentlichung vorgestellt. Mit seiner Hilfe können im Labor diagnostische Messungen und beschleunigte Alterung der Isolierung bei variablen Temperaturen, Druckstufen, Spannungen und Frequenzen durchgeführt werden. Zur Temperatureinstellung wurde im Messaufbau eine Kurzschlussschleife verwendet, die stabile Heizströme über 700 A bei 50 Hz ermöglicht. Der Prüfspannungsbereich während der Verlustfaktor- und Teilentladungsmessungen lag zwischen 1 kV bis 25 kV mit einem Frequenzbereich zwischen 0,1 Hz bis 60 Hz. Um die örtliche und zeitlich lastabhängige Temperatur entlang des Messbelags bestimmen zu können, wurde eine optische Faser (Loose tube) um den Prüfling gewickelt, so dass eine ortsaufgelöste Temperaturermittlung über den Prüflingsmantel erreicht wurde. Aus den erhaltenen Temperaturmessdaten wurde ein einphasiges, planares thermisches Modell erzeugt, das das thermische Verhalten des Prüflings in Abhängigkeit von Laststrom, Raumtemperatur und Materialdaten nachbildet. Dieses wurde mit den aufgenommenen Messdaten verglichen. Aus den Erkenntnissen des einphasigen thermischen Modells soll ein dreiphasiges Modell entstehen, mit dessen Hilfe die Diagnosetemperatur und das Abkühlverhalten von erdverlegten Gasdruckkabeln abgeschätzt werden können. Dadurch kann zukünftig der Temperatureinflusses bei der Interpretation von Vor-Ort-Messungen hinzugezogen werden.
In the last century external gas pressure cable systems with 64/110 kV operating voltage have proven to form a reliable way for the transportation of electrical
energy in larger cities all over the world. The beginning of their development reaches back to the 1930s. The dielectric used in these thermally stable cables consists of a mass impregnated cable paper insulation that requires the absence of partial discharges as a prerequisite for continuous operation. In this contribution two test set-ups for advanced lab testing of external gas pressure cable specimens were established. Two specimens of different aging state were subjected to various electrical voltage levels and frequencies as well as different temperatures. Simultaneously dissipation factor measurement and partial discharge detection were applied. Finally the specimens’ relationships between dissipation factor, partial discharge level, temperature, impregnation mass to paper ratio, water content and external gas pressure were discussed.
This presentation starts with an overview of various optical sensing applications of Department 8.6 Fiber Optic Sensors. Main topic of presentation is distributed Brillouin sensing of strain and temperature by Brillouin Optical Frequency Domain Analysis (BOFDA). For power grids of offshore wind farms temperature and strain sensing should prevent or rapidly reveal costly break downs.
Selbstdarstellung des Verbundvorhabens "Monalisa" auf der Konferenz "VDE Hochspannungstechnik" 2018 der entsprechenden Forschungsinitiative der Bundesregierung Kurzzusammenfassung der Teilprojekte und F&E-Ziele aller beteiligten Partnerinstitutionen (BAM,TU Berlin, HTW Berlin, BeuthHS Berlin, IPH GmbH) zum Bereich Monitoring von elektrischen Betriebsmitteln mit Hilfe von faseroptischer Sensorik.
We present, to our knowledge for the first time, a 100-km Brillouin Optical Frequency-Domain Analysis (BOFDA) employing a 200-km fiber loop. Compared to our previous publication, enhanced sensor length, sensor accuracy and spatial resolution are presented. The performance improvements are achieved by applying distributed Raman amplification (DRA) and a digital high-pass filter. We report on temperature measurements over sensing distances of 75 km and 100 km both with a 12.5-m spatial resolution. Temperature changes of 5 °C have been measured along 75 km sensing fiber. A temperature change of 30 °C has been detected at 99.5 km.