Одной из причин выхода из строя силового кабеля является локальный перегрев, который может происходить в результате неправильной эксплуатации, старения полимерных изолирующих материалов или повреждения защитных оболочек. Прогнозирование и предотвращение перегревов возможно за счет использования современных систем температурного мониторинга (СТМ) с применением оптического волокна (ОВ), внедренного в конструкцию силового электрического кабеля. ОВ становится основой волоконно-оптических датчиков (ВОД), обеспечивающих измерение температуры, давления, концентрации и других параметров среды [1].
Для датчиков используют в основном многомодовые ОВ. Одномодовые ОВ применяют в когерентных измерительных линиях. Принцип действия СТМ основан на рефлектометрическом методе измерения обратно рассеянного стимулированного рамановского излучения [2].
Возникновение рамановского стимулированного сигнала связано с взаимодействием падающего излучения и вибрирующей вследствие температурного нагрева кристаллической решетки среды распространения излучения. Стимулированное рамановское излучение состоит из двух линий (компонент), отличающихся от падающего излучения на 60 нм.
Анти-Стоксова линия (аСЛ) короче стимулирующего излучения (СИ) по шкале длин волн. Стоксова линия (СЛ) – длиннее. При этом интенсивность аСЛ сильно зависит от температуры, в то время как интенсивность СЛ – практически нет.
Таким образом, измеряя интенсивность сигнала аСЛ и зная коэффициент зависимости интенсивности от температуры, можно рассчитать температуру окружающей среды. Измеряя рефлектометром сигнал обратного рассеяния аСЛ (мощность), можно рассчитать температуру вдоль ОВ. Структура прибора очень схожа с обычным рефлектометром, работающим во временном диапазоне.
Разработка конструкций электрических кабелей со встроенным ВОД проводилась в несколько этапов. Первый заключался в создании ВОД на основе многомодового ОВ с повышенной механической защитой. Были разработаны оптические кабель-датчики (ОКД) разных типов. Оптический кабель-датчик типа СЛ-ОККСН-01 имеет сложную структуру. В его составе: полимерная трубка, кварцевые оптические волокна, внутримодульный гидрофоб, стальная канатная оцинкованная проволока, гидрофоб, защитная полимерная оболочка из полиэтилена.