光纖電流傳感�是以法拉第磁光效�(yīng)為基�(chǔ)、以光纖為介�(zhì)的新興電力計(jì)量裝�,光纖電流傳感�作為七十年代以來(lái)逐步�(fā)展成熟的一種新型傳感技�(shù),具有許多傳�(tǒng)電流傳感器無(wú)法比擬的�(yōu)�(shì),因而其市場(chǎng)需求量巨大。隨著光纖技�(shù)的日趨成�,對(duì)光纖電流傳感器實(shí)用化的開(kāi)�(fā)已成為整�(gè)�(lǐng)域發(fā)展的熱點(diǎn)�
光纖電流傳感器是一種新型的電流傳感�,與電磁式電流互感器相比,基于光�(xué)、微電子、微�(jī)技�(shù)的光纖式電流傳感器(OFCT�,具有無(wú)鐵心、絕緣結(jié)�(gòu)�(jiǎn)單可�,體積小、重量輕、線性度好、動(dòng)�(tài)范圍�、無(wú)飽和�(xiàn)�,輸出信�(hào)可直接與微機(jī)化計(jì)量及保護(hù)�(shè)備接口等�(yōu)�(diǎn)。這些�(yōu)�(diǎn)既滿�、推�(dòng)了電力系�(tǒng)的發(fā)展,而且�(yīng)用前景十分廣��
�(dāng)線偏振光(見(jiàn)光的偏振)在介質(zhì)中傳播時(shí),若在平行于光的傳播方向上加一�(qiáng)磁場(chǎng),則光振�(dòng)方向?qū)l(fā)生偏�(zhuǎn),偏�(zhuǎn)角度ψ與磁感應(yīng)�(qiáng)度B和光穿越介質(zhì)的長(zhǎng)度l的乘積成正比,即ψ=VBl,比例系�(shù)V稱為�(fèi)爾德常數(shù),與介質(zhì)性質(zhì)及光波頻率有�(guān)。偏�(zhuǎn)方向取決于介�(zhì)性質(zhì)和磁�(chǎng)方向。上述現(xiàn)象稱為法拉第效應(yīng)�1845年由M.法拉第發(fā)�(xiàn)�
由于光在光纖�,一邊反�,一邊行�(jìn),偏振波相應(yīng)于曲線的形狀�(huì)出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)。針�(duì)此現(xiàn)�,在光纖的一端設(shè)置一塊鏡面導(dǎo)致光纖中光線的往�,借助光的�(lái)回往�,成功補(bǔ)償和解決了偏振波的旋�(zhuǎn)�(wèn)�。將鉛玻璃光纖用于傳感器元件,并�(jié)合利用鏡面的方法,只需把光纖卷繞在載流�(dǎo)體上,用于電流計(jì)�(cè)的反射型傳感器就基本完成。其�,開(kāi)�(fā)了調(diào)制程度的平均處理與信�(hào)處理方式,這有利于特性的�(wěn)定及噪音的抑制。此�,對(duì)光源、受光元件、信�(hào)傳輸光纖等種�(lèi)與傳感器特性的�(guān)系�(jìn)行了研究,而且,慎重選擇了旨在降低成本和實(shí)�(xiàn)小型化的傳感器制作技�(shù)。目�,光纖傳感器技�(shù)正朝�(shí)用化的方向�(jìn)展,以適�(yīng)電力系統(tǒng)的廣泛需��
1、全光式光電電流傳感�
全光式光電電流傳感器(MOCD)在高壓�(cè)不需要電源供�,所以也稱為�(wú)源型0CT. M0cT的工作原理為普遍采用的法拉第磁光效應(yīng).�(dāng)一束線偏振光通過(guò)置于磁場(chǎng)中的磁光材料�(shí),線偏振光的偏振面就會(huì)線性地隨著平行于光線方向的磁場(chǎng)大小�(fā)生旋�(zhuǎn).通過(guò)�(cè)量載流導(dǎo)體周?chē)€性偏振光偏振面的旋轉(zhuǎn)角度,就可間接地測(cè)量出�(dǎo)體中的電流�.
2、混合式光電電流傳感�
混合式光電電流傳感器(HOCT)在高壓部分�(méi)有光�(xué)元件,只是采用了有源電子線路,利用光纖的耐高壓特�,把光纖僅作為信�(hào)傳輸通道�(lái)研制光電式電流互感器。由于光纖的主要成分是二氧化�,它具有耐高壓等特�,將光纖用于信號(hào)的傳�,使得電流互感器�(wú)論從�(zhì)量上還是從體積上都有很大的改�。由于HOCT在高壓側(cè)是需要電源供電的,所以也稱為有源型OCT�
光纖電流傳感器主要由傳感�、輸送與接收光纖、電子回路等三部分組�,如�1所�。傳感頭包含載流�(dǎo)�,繞于載流導(dǎo)體上的傳感光�,以及起偏鏡、檢偏鏡等光�(xué)部件。電子回路則有光�、受光元�、信�(hào)處理電路等。從傳感頭有�(wú)電源的角�,可分為�(wú)源式和有源式兩類(lèi)�
?。ǎ保┙^緣結(jié)�(gòu)�(jiǎn)單,尺寸�,造價(jià)低.由于光纖具有良好的絕緣特�,高低壓之間的絕緣通過(guò)光纖再加上絕緣套�(lái)完成,從而使互感器的�(jié)�(gòu)大為�(jiǎn)化.雖然HOCT 仍然具有鐵心和線�,但由于一,二�(cè)均處于高壓側(cè),一,二�(cè)之間的電位差比較小, 故不需要高壓絕緣隔�,因此磁路短,尺�?。妷旱�?jí)的提高也不會(huì)帶來(lái)太多的改變, 因此適用于高壓電力系�(tǒng)中.
?。ǎ玻y(cè)量準(zhǔn)確度高.利用光的磁光效應(yīng)�(cè)量電�,徹底拋棄的電磁式鐵心繞組的�(jié)�(gòu),沒(méi)有故障電流下的飽和漏�,測(cè)量也�(wú)磁滯效應(yīng),同�(shí)具有高的抗電磁干擾的能 力和靈敏度,�(zhǔn)確度.由于對(duì)一,二�(cè)的絕緣不如傳�(tǒng)的電磁式互感器高,因此采樣電 流的鐵心線圈可以采用�(zhǔn)確度較高的電流互感器,或者采用帶氣隙的鐵心線�,較好的暫態(tài)性能.二次側(cè)所帶的�(fù)載一般是電子線路,負(fù)載恒�,因此不要求二次線圈提供較 大的功率,這樣也有利于�(cè)量精度的提高�
?。ǎ常┰O(shè)備安裝和檢修方便.只需要更換線圈的�(guī)格來(lái)適應(yīng)不同的電壓等�(jí),而其 他部件不需要更�,具有良好的升級(jí)性.
(4)運(yùn)行安�,不�(huì)�(chǎn)生二次開(kāi)路的高壓和采用油浸式所引起的爆炸等�(xiàn)象.
?。ǎ担┯欣谧冸娬揪C合自�(dòng)化水平的提高.由于傳遞到低壓�(cè)的信�(hào)都有�(shù)字接 �,由�(shù)�(jù)采集系統(tǒng)�(jìn)行數(shù)�(jù)處理,可以得到系�(tǒng)的運(yùn)行情況.直接可以供測(cè)量和保護(hù) 使用.此外采用數(shù)字化接口,還可以�(shí)行遠(yuǎn)距離遙控�
(6)基于光纖互感器技�(shù)的MOcT和HOCT的測(cè)量動(dòng)�(tài)范圍�,靈敏度高.
光纖傳感器是七十年代中期出現(xiàn)的一種新型傳感器.一方面光參�(shù)被測(cè)量和�(diào)制, 光成為信息的載體;另一方面,用光纖�(lái)傳送信息.有時(shí)光纖同時(shí)具有信息�(cè)量和信息傳輸兩�(gè)功能.用光纖傳輸信息損耗小,頻帶寬,信息容量大,絕緣性能�,沒(méi)有各種 短路事故的危害,不怕雷�,不受電磁干擾.此外,它尺寸小,重量�,耐腐蝕且�(jià)格低廉.正是由于光纖的這些�(yōu)�(diǎn),光纖電流傳感器特別適用于高壓大電流的測(cè)量.它能 夠解決傳�(tǒng)電磁式電流互感器難以解決的一系列�(wèn)題.電壓等級(jí)越高,光纖電流傳感器 便越能顯示其�(wú)可比擬的�(yōu)越性.正因?yàn)槿绱?,在電力傳輸或光纖傳感領(lǐng)域工作的各國(guó)。學(xué)者越�(lái)越多地把注意力投向光纖電流傳感器�
20世紀(jì)80年代,美國(guó),日本,德國(guó),英國(guó),法國(guó),中國(guó)等國(guó)投入光學(xué)電流互感� 研究的人員大約有150�,�20�(gè)課題�,其成就最突出的是美國(guó)和日�.
美國(guó)有許多大公司都介�,并且各自成立課題�,目標(biāo)�16KV,345KV,500KV, 20�4000A,ANSIc57�(biāo)�(zhǔn)O.5�(jí),0.3�(jí),以Faraday塊狀�(jié)�(gòu)的磁光式電流互感器為 �.美國(guó)利用80年代初日�,德國(guó)的有�(guān)研究和技�(shù)資料,迅速推�(jìn)ocT的研�,� 定在超高壓電力系�(tǒng)采用塊狀�(jié)�(gòu)的OCT方案,并取得了成功,�1986�1988年實(shí)�(xiàn) �161KV的繼電保�(hù)的掛�(wǎng)�(yùn)行成�.
日本除了研究500Kv,1000Kv高壓電網(wǎng)�(jì)量用OcT,還�(jìn)�500KV以下�6000V 電壓等級(jí)的電流互感器使用的光�(xué)c1佃T的研�.三菱公司的一丹工廠制造的6.6KV, 600A的組合式光學(xué)互感�,在中部電力公司的配電�(wǎng)中安�,�(jīng)�(guò)�(zhǎng)期的戶外試驗(yàn), 滿足JECl201.1985�(biāo)�(zhǔn),已經(jīng)�1989年末通過(guò)試驗(yàn)鑒定.此組合式光學(xué)電流互感器可 以掛接在電線桿上�(yùn)�,重量3.5�.還可以把這種互感器放�7.7KV的配電網(wǎng)�,� �(jù)電流的流向判斷電�(wǎng)的故障點(diǎn).日立公司和東芝公司對(duì)用于GIS的光�(xué)互感器都�(jìn)� 了大量研�,并且試運(yùn)行良�.
1991�9月在美國(guó)德克薩斯州會(huì)議中�,有IEEE電機(jī)工程�(xué)�(huì)主辦的輸變電�(huì)� �,3M公司的IEEE�(huì)員提出了�"用于電力系統(tǒng)的光纖電流互感器的研�"為課� 的全光纖電流互感器技�(shù),描述了用于高�(wěn)定性的傳感光纖線圈和把光纖線圈與新奇的 保偏光纖連接起來(lái)的新技�(shù),還介紹了理論上的局限與初步特性曲線和�(shù)�(jù).
我國(guó)研究的光電式電流互感器的單位有清華大�(xué)電機(jī)�,華中理工大學(xué)電力�,� ??萍即髮W(xué),西安交通大�(xué),沈陽(yáng)沈變互感器制造有限公司和上海MwB互感器制造有限公司等.�(guó)�(nèi)在許多基�(chǔ)性研究方�,例如溫度和應(yīng)力引起的雙折射現(xiàn)象及其降低的 �(duì)�,還需要做深入的工�;在光電式電流互感器的精度和長(zhǎng)期穩(wěn)定性方面還需要做�(jìn)一步和更長(zhǎng)期的�(shí)�(yàn)和現(xiàn)�(chǎng)考驗(yàn).
近年�(lái),�(guó)外的一些大電氣公司和大�(xué)正加緊光電式電流互感器的�(xiàn)�(chǎng)�(shí)�(yàn)和商� �.1994年ABB公司推出了有源式光電電流互感�,其電壓等�(jí)�72.5KV�765KV, 額定電流�600A�6000A.3M公司�1996年已宣稱�(kāi)�(fā)出用�138Kv電壓等級(jí)的全光纖電流�(cè)量模�,�(jù)稱也可應(yīng)用于500KV電壓等級(jí).PhototIics公司也隨后推出了一 種用光供能的光電式電流互感器,稱為"混合式光電電流互感器",曾經(jīng)�1995年至 1997年間在美�(guó),瑞典,芬蘭等國(guó)家的超高電壓電網(wǎng)上運(yùn)�.英國(guó)利物浦大�(xué)電機(jī)系也 在�(jìn)行混合式光電電流互感器的研究.德國(guó)著名的互感器公司硒tz公司也在和德�(guó)大學(xué) �(lián)合開(kāi)�(fā)�(wú)源式和有源式光電電流互感�.此外,日本一些電氣公司把光電電流互感� �(yīng)用于抽水蓄能電站電流的測(cè)�,電流范圍�8000�35000A,頻率范圍�1/60� 150Hz�
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