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光纖電流傳感�
閱讀�11563時間�2011-09-08 15:12:53

  光纖電流傳感�是以法拉第磁光效�(yīng)為基�(chǔ)、以光纖為介�(zhì)的新興電力計量裝�,光纖電流傳感�作為七十年代以來逐步�(fā)展成熟的一種新型傳感技�(shù),具有許多傳�(tǒng)電流傳感器無法比擬的�(yōu)�,因而其市場需求量巨大。隨著光纖技�(shù)的日趨成�,對光纖電流傳感器實用化的開�(fā)已成為整個領(lǐng)域發(fā)展的熱點�

概述

  光纖電流傳感器是一種新型的電流傳感器,與電磁式電流互感器相�,基于光�(xué)、微電子、微機技�(shù)的光纖式電流傳感器(OFCT�,具有無鐵心、絕緣結(jié)�(gòu)簡單可靠,體積小、重量輕、線性度�、動�(tài)范圍�、無飽和�(xiàn)象,輸出信號可直接與微機化計量及保護�(shè)備接口等�(yōu)�。這些�(yōu)點既滿足、推動了電力系統(tǒng)的發(fā)�,而且�(yīng)用前景十分廣��

  當線偏振光(見光的偏振)在介�(zhì)中傳播時,若在平行于光的傳播方向上加一強磁�,則光振動方�?qū)l(fā)生偏�(zhuǎn),偏�(zhuǎn)角度ψ與磁感應(yīng)強度B和光穿越介質(zhì)的長度l的乘積成正比,即ψ=VBl,比例系�(shù)V稱為費爾德常�(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)和磁場方向。上述現(xiàn)象稱為法拉第效應(yīng)�1845年由M.法拉第發(fā)�(xiàn)�

  由于光在光纖中,一邊反�,一邊行�,偏振波相應(yīng)于曲線的形狀會出�(xiàn)旋轉(zhuǎn)。針對此�(xiàn)象,在光纖的一端設(shè)置一塊鏡面導(dǎo)致光纖中光線的往�,借助光的來回往返,成功補償和解決了偏振波的旋轉(zhuǎn)問題。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,用于電流計測的反射型傳感器就基本完�。其�,開�(fā)了調(diào)制程度的平均處理與信號處理方�,這有利于特性的�(wěn)定及噪音的抑�。此�,對光源、受光元�、信號傳輸光纖等種類與傳感器特性的�(guān)系進行了研�,而且,慎重選擇了旨在降低成本和實�(xiàn)小型化的傳感器制作技�(shù)。目�,光纖傳感器技�(shù)正朝實用化的方向進展,以適應(yīng)電力系統(tǒng)的廣泛需��

分類

  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�,所以也稱為無源�0CT. M0cT的工作原理為普遍采用的法拉第磁光效應(yīng).當一束線偏振光通過置于磁場中的磁光材料�,線偏振光的偏振面就會線性地隨著平行于光線方向的磁場大小�(fā)生旋�(zhuǎn).通過測量載流�(dǎo)體周圍線性偏振光偏振面的旋轉(zhuǎn)角度,就可間接地測量出�(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)在高壓部分沒有光學(xué)元件,只是采用了有源電子線路,利用光纖的耐高壓特性,把光纖僅作為信號傳輸通道來研制光電式電流互感�。由于光纖的主要成分是二氧化�,它具有耐高壓等特�,將光纖用于信號的傳輸,使得電流互感器無論從�(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�

�(jié)�(gòu)

  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所示。傳感頭包含載流�(dǎo)�,繞于載流導(dǎo)體上的傳感光纖,以及起偏�、檢偏鏡等光�(xué)部件。電子回路則有光�、受光元件、信號處理電路等。從傳感頭有無電源的角度,可分為無源式和有源式兩��

光纖電流傳感器的結(jié)構(gòu)

�(yōu)�

 ?。ǎ保┙^緣結(jié)�(gòu)簡單,尺寸小,造價低.由于光纖具有良好的絕緣特�,高低壓之間的絕緣通過光纖再加上絕緣套來完�,從而使互感器的�(jié)�(gòu)大為簡化.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�, 故不需要高壓絕緣隔�,因此磁路短,尺寸小.電壓等級的提高也不會帶來太多的改變, 因此適用于高壓電力系�(tǒng)中.

  (2)測量準確度高.利用光的磁光效應(yīng)測量電流,徹底拋棄的電磁式鐵心繞組的�(jié)�(gòu),沒有故障電流下的飽和漏電,測量也無磁滯效應(yīng),同時具有高的抗電磁干擾的能 力和靈敏�,準確度.由于對一,二�(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準確度較高的電流互感�,或者采用帶氣隙的鐵心線�,較好的暫態(tài)性能.二次側(cè)所帶的負載一般是電子線路,負載恒�,因此不要求二次線圈提供較 大的功率,這樣也有利于測量精度的提高.

  (3)設(shè)備安裝和檢修方便.只需要更換線圈的�(guī)格來適應(yīng)不同的電壓等�,而其 他部件不需要更�,具有良好的升級性.

 ?。ǎ矗┻\行安�,不會產(chǎn)生二次開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合自動化水平的提高.由于傳遞到低壓側(cè)的信號都有數(shù)字接 �,由�(shù)�(jù)采集系統(tǒng)進行�(shù)�(jù)處理,可以得到系�(tǒng)的運行情況.直接可以供測量和保護 使用.此外采用數(shù)字化接口,還可以實行遠距離遙控.

 ?。ǎ叮┗诠饫w互感器技�(shù)的MOcT和HOCT的測量動�(tài)范圍�,靈敏度高.

興起

  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)被測量和�(diào)�, 光成為信息的載體;另一方面,用光纖來傳送信息.有時光纖同時具有信息測量和信息傳輸兩個功能.用光纖傳輸信息損耗小,頻帶寬,信息容量大,絕緣性能�,沒有各種 短路事故的危害,不怕雷�,不受電磁干擾.此外,它尺寸�,重量輕,耐腐蝕且價格低廉.正是由于光纖的這些�(yōu)�,光纖電流傳感器特別適用于高壓大電流的測量.它能 夠解決傳�(tǒng)電磁式電流互感器難以解決的一系列問題.電壓等級越�,光纖電流傳感器 便越能顯示其無可比擬的優(yōu)越性.正因為如�,在電力傳輸或光纖傳感領(lǐng)域工作的各國。學(xué)者越來越多地把注意力投向光纖電流傳感��

研究�(xiàn)狀

  20世紀80年代,美國,日本,德國,英國,法國,中國等國投入光學(xué)電流互感� 研究的人員大約有150�,�20個課題組,其成就最突出的是美國和日�.

  美國有許多大公司都介�,并且各自成立課題�,目標�16KV,345KV,500KV, 20�4000A,ANSIc57標準O.5�,0.3�,以Faraday塊狀�(jié)�(gòu)的磁光式電流互感器為 �.美國利用80年代初日�,德國的有�(guān)研究和技�(shù)資料,迅速推進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�(xiàn) �161KV的繼電保護的掛網(wǎng)運行成功.

  日本除了研究500Kv,1000Kv高壓電網(wǎng)計量用OcT,還進行500KV以下�6000V 電壓等級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)過長期的戶外試驗, 滿足JECl201.1985標準,已經(jīng)�1989年末通過試驗鑒定.此組合式光學(xué)電流互感器可 以掛接在電線桿上運行,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.日立公司和東芝公司對用于GIS的光�(xué)互感器都進行 了大量研�,并且試運行良�.

  1991�9月在美國德克薩斯州會議中�,有IEEE電機工程�(xué)會主辦的輸變電會� �,3M公司的IEEE會員提出了以"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).

  我國研究的光電式電流互感器的單位有清華大�(xué)電機�,華中理工大學(xué)電力�,� 海科技大學(xué),西安交通大�(xué),沈陽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.國內(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 對策,還需要做深入的工�;在光電式電流互感器的精度和長期穩(wěn)定性方面還需要做進一步和更長期的實驗和現(xiàn)場考驗.

  近年�,國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)場實驗和商品 �.1994年ABB公司推出了有源式光電電流互感�,其電壓等級為72.5KV�765KV, 額定電流�600A�6000A.3M公司�1996年已宣稱開發(fā)出用�138Kv電壓等級的全光纖電流測量模塊,�(jù)稱也可應(yīng)用于500KV電壓等級.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�,瑞典,芬蘭等國家的超高電壓電網(wǎng)上運�.英國利物浦大�(xué)電機系也 在進行混合式光電電流互感器的研�.德國著名的互感器公司硒tz公司也在和德國大�(xué) �(lián)合開�(fā)無源式和有源式光電電流互感器.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�,電流范圍�8000�35000A,頻率范圍�1/60� 150Hz�

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