Haberleşme ve enerji kablolarının performansını etkileyen sıcaklık nem ve mekanik streslerin optik fiberli sensörlerle ölçülebilirliğinin araştırılması

Abstract

Sıcaklık, nem ve mekanik gerilmeler kabloların çalışma performansım etkilemekte ve servis süresinin kısalmasına neden olmaktadır. Sıcaklık ve mekanik gerilmeler enerji kablolarında, suyun nüfuzu ise tüm kablolar üzerinde olumsuz etkiye sahiptir. Maliyeti çok yüksek olan enerji dağıtım kablolarında sıcaklık ve gerilmeler kablonun yaşlanmasına neden olmakla birlikte verimli bir şekilde kullanılmasını da engellemektedir. Suyun nüfuzu haberleşme kablolarında diyafoni, kapasite ve empedans değerlerinde büyük değişikliklere neden olmakta, enerji kablolarında ise izolasyonun hızlı yaşlanmasına, kısa devre ve delinme gibi olaylara neden olmaktadır. Kablo performansının ve servis süresinin uzatılmasında tüm kablo boyunca sıcaklık ve mekanik gerilmelerin ölçülmesinde optik fiberli sensörler kullanılmaktadır. Dağınık sıcaklık ve gerilme ölçümlerinde optik fiberde geriye doğru saçılan Raman ve Brilliouin işaretlerinden yararlanılmaktadır. Bu konuda önerilen yöntemler ve devre düzenekleri sürekli olarak geliştirilmektedir. Kabloda su kaçağı için optik fiberli sensör uygun olmayıp izolasyonu özel bir malzemeden yapılmış bakır tel iletken kullanılmaktadır. Tez çalışmasında kablolarda sıcaklık, mekanik gerilme ve su sızmasını algılayan yöntemler ve ölçme düzenekleri araştırılmış, en gelişmiş devre düzenekleri ve performansları karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Deneylerde, prototip kablolar kullanılmış olup, kablo boyunca elde edilen sıcaklık değerlerine göre kablodan en yüksek verim almak üzere geliştirilen ve akım taşıma kapasitesini dinamik olarak kontrol edebilen performans yönetim sistemi (RTTR) incelenmiş, simulasyonlar yapılmış, ve pratik uygulamalarda 5-10 km arası uzunluklarda enerji ve haberleşme kablolarının performansı hakkında tahminler yapılmıştır.

The performance of cables are affected with temperature, humidity and mechanical stresses and these effects degrade the life time of cables. Energy cables are inversly affected with the temperature and mechanical stresses however both telecommunications and energy cables are inversly affected with the water ingress. Temperature and mechanical stresses induce aging on High budget distribution Power cables along with the using them inefficiently way. Water ingress induces serious changes on capacitance and impedance leading to crosstalk of telecommunication cables and induces perforation, short circuit and aging in insulation of Power cables as well. Optical fiber sensors are used to measure temperature and mechanical stresses along the cables in order to increase the performance and life time of the cables. The Raman and Brilliouin backscattering lights are used on distributed temperature and mechanical measurements along the sensor. On this subject continuously new sensor methods and schemas are proposed. Using optical fiber sensors is not suitable for detection of water ingress. Instead, copper conductor that has a special insulation material is used as a sensor. Within the thesis, temperature, mechanical stress and water ingress detection methods with releated sensor schemas are analysed and the most improved sensor schemas are studied with the comparison themselves. In the experiments, prototype cables are used and using the temperature monitoring along the prototype cable, dinamic rating of continuous current carrying capacity (RTTR) which is developed in order to use cable efficiently is analysed, simulations are carried out and using the results of simulations, energy and telecommunication cable's performance are predicted for length 5 to 10 km.