Identificación óptica de efectos dinámicos (ámbito multifísico) en instalaciones electrotécnicas [ODIN]

1. ¿Cuáles son los objetivos del proyecto?

El objetivo principal del Proyecto ODIN consiste en desarrollar tecnología y nuevo conocimiento, basado en la Técnica de Correlación Digital en relación a los efectos dinámicos generados por el equipamiento electrotécnico (generadores, transformadores, etc.…), con especial incidencia en la generación, transmisión y cancelación de vibraciones y en la presencia o ausencia de tensión eléctrica (equipos energizados) aplicando para ello métodos seguros a través de la tecnología de la identificación óptica. Con esta metodología de detección se pretende evitar el contacto directo con equipos.

El presente proyecto, se centró en la investigación orientada a las aplicaciones de la óptica industrial mediante la Técnica de Correlación Digital de imágenes (en adelante TCDI), en su vertiente fotogramétrica, para la identificación de parámetros dinámicos de sistemas electrotécnicos en el ámbito de la generación y distribución eléctrica. La identificación sin contacto de este tipo de parámetros se convierte en fundamental en el sector debido a la posible alteración de los mismos y a la peligrosidad intrínseca a esta actividad, ya que los órdenes de magnitud en los que se encuentra el entorno son elevados (tensión, corriente eléctrica, potencia, campos electromagnéticos etc..).

Se investigó un sistema óptico industrial por TCDI que sea capaz de captar las variaciones mecánicas (vibraciones) y sus armónicos, producidas por la corriente eléctrica al tratarse esta de una corriente alterna de 50 Hz (carácter oscilante).

Los objetivos planteados al inicio del proyecto son:

1. Desarrollar tecnología y nuevo conocimiento en relación a los efectos dinámicos generados por el equipamiento electrotécnico (generadores, transformadores, sistema de distribución, etc...), con especial incidencia en la generación, transmisión y cancelación de vibraciones y en la presencia o ausencia de tensión eléctrica (equipos energizados).
2. Desarrollar los modelos experimentales a escala de laboratorio, que permitan investigar las aplicaciones de esta tecnología.
3. Trasladar a campo los desarrollos apuntados a nivel de laboratorio en relación a las tecnologías vinculadas a la óptica industrial en sus aplicaciones a la detección y solución de los problemas que originan los efectos dinámicos (multifísicos) en las instalaciones eléctricas.
4. Explorar la posibilidad de extender de forma generalizada a varias plantas el sistema planteado y los distintos usos y funcionalidades posibles (control de tensión, control predictivo de anomalías cuando los patrones de la señal registrada sufran cambios significativos, ruido,…).

Durante el desarrollo del proyecto, se detectó un nuevo objetivo, consistente en detectar campo eléctrico utilizando sensores ópticos, por lo que se amplió el alcance del proyecto.

Este proyecto contó con la financiación del Gobierno del Principado de Asturias, a través del IDEPA y el Plan de Ciencia Tecnología e Innovación (PCTI), así como de la Unión Europea a través del Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER).

2. ¿Qué tareas se han realizado?

Para llegar a cabo los objetivos anteriormente descritos se planteó un plan de trabajo que se extendió desde principios de 2020 a mayo de 2022, y que se puede resumir en:

• Múltiples reuniones de trabajo del equipo del proyecto, formado por personal de EDP y de las empresas colaboradoras.
• Establecimiento de requisitos técnicos y funcionales.
• Desarrollo de propuesta dentro de las aplicaciones de interés.
• Modelados experimentales y ejecución de ensayos a nivel de laboratorio.
• Modelos experimentales y ejecución de ensayos a nivel de campo.

3. ¿Cuáles han sido las etapas del proyecto?

Las principales fases completadas en el proyecto han sido:

• Identificación de los fenómenos físicos que se producen en los equipos del sector electrotécnico de ámbito dinámico, así como de los distintos dispositivos de óptica industrial actuales.
• Elaboración de las especificaciones y requisitos funcionales.
• Identificación de fuentes generadoras de ondas mecánicas mediante métodos ópticos.
• Desarrollo de posibles propuestas de aplicación para identificación de equipos de tensión.
• Construcción de modelos en el entorno ANSYS MULTIPHYSICS.
• Desarrollo de plan de pruebas y ensayos a nivel de laboratorio.
• Adaptación de los modelos experimentales para su aplicación en condiciones reales.
• Traslado del sistema a campo y ejecución de pruebas para detección de vibraciones mecánicas e identificación de equipos de tensión.

4. ¿Qué resultados se han obtenido?

Se resumen a continuación los resultados obtenidos:

• Se han definido los protocolos experimentales para la detección de vibraciones en los equipos electrotécnicos y la detección de campos eléctricos con sistemas ópticos.
• Se ha definido el equipamiento necesario para la detección de vibraciones y campos eléctricos.

Relativo a la detección de vibraciones, una vez desarrollados los ensayos oportunos, se han obtenido resultados satisfactorios, no existiendo diferencias superiores del 5% entre las mediciones realizadas mediante el sistema diseñado en el desarrollo del proyecto y los resultados de las mediciones realizadas con acelerómetros comerciales.

En cuanto de la identificación de equipos energizados, se puede concluir que el sistema desarrollado es sensible a la presencia de campo eléctrico ya que su comportamiento óptico varía en presencia de campo eléctrico.

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