2.4 Датчики на базе трансформаторов тока.

Датчики на базе трансформаторов тока (ТТ) обычно работают на сетевой частоте (50, 60 или 400 Гц) и, естественно, не могут использоваться в цепях постоянного тока. Их стоимость превышает стоимость приборов на основе эффекта Холла. К преимуществам трансформаторных датчиков тока следует отнести отсутствие вносимых потерь и напряжения смещения при нулевом токе, а также гальваническую развязку с высоким пробивным напряжением.

Кроме того, они не нуждаются в дополнительном источнике питания. Недостатком ТТ является насыщение сердечника при наличии в первичном токе постоянной составляющей, что приводит к необратимой деградации точности преобразования. Для решения этой проблемы при изготовлении сердечника используют материалы с высокой магнитной проницаемостью, что, однако, увеличивает фазовый сдвиг в цепи измерения, уменьшает динамический диапазон и термостабильность.

2.5 Магнитооптические датчики.

Оптические методы измерения тока обычно основаны на эффекте Фарадея, названном так в честь английского ученого Майкла Фарадея (1791–1867). Эффект Фарадея или магнитооптический эффект – это явление вращения плоскости поляризации линейно поляризованной световой волны, проходящей через среду, например, стеклянный блок, под влиянием магнитного поля. Линейная световая волна может быть также представлена парой совместно распространяющихся световых волн с левой и правой круговой поляризацией. В магнитном поле две волны с круговой поляризацией распространяются с разной скоростью, и тем самым между ни-

ми накапливается разность фаз, приводящая к вращению результирующей волны с линейной поляризацией на угол . В датчике тока свет распространяется по замкнутому контуру, описанному волокном вокруг проводника. В режиме отражения разность фаз описывается следующим выражением:

(14)

где:

V – постоянная Верде, зависящая от материала (степень проявления эффекта Фарадея),

N – количество витков, которые свет описывает вокруг проводника,

I – сила тока.

Из-за того что путь света замкнут, сигнал зависит только от силы тока и количества витков оптоволокна, и не зависит от геометрических

параметров, таких как диаметр или форма витка.

Рис 11. Линейная и круговая поляризации.

Важным преимуществом этих датчиков являются их очень малая инерционность и широкая полоса частот на которых они работают. Были изготовлены датчики с гигагерцовой частотной характе­ристикой. Нижний предел чувствительности датчиков равен 10^-6 А/м.

2.6 Сравнительные характеристики распространённых методов измерения тока.

В таблице 1 представлены основные характеристики перечисленных методов измерения.

Таблица 1:

Датчик	Ток	Диапазон измерения, А	Вносимые потери	Источник питания	Частотный диапазон, кГц	Погрешность измерения тока, %	Относительная стоимость
Резистор	Постоянный	<20	Есть	Нет	~100	<1	Очень низкая
	Переменный	нет			>500		Низкая
Ячейка Холла	Постоянный и переменный	<1000	Нет	Есть	~200	<10	Средняя/высокая
Трансформатор тока	Переменный	<1000	Есть	Нет	Сеть переменного тока	<5	Высокая
Магнитооптический	Постоянный и переменный	<5000	Нет	Есть	>1000	<0.1	Средняя

1.Основными преимуществами оптических преобразователей перед электромагнитными трансформаторами напряжения и тока являются:

- широкий динамический диапазон измерений и высочайшая термическая и электродинамическая стойкость;

- высокая линейность;

- отсутствие явлений насыщения, гистерезиса, остаточного необратимого изменения параметров после перегрузки (вследствие, например, короткого замыкания);

- отсутствие явления резонанса;

- широкий частотный диапазон, позволяющий анализировать гармоники напряжения и тока непосредственно в высоковольтной цепи;

- отсутствие влияния нагрузки вторичных цепей и потерь в них;

- высокая устойчивость оптоволоконных информационных каналов к внешним электромагнитным помехам;

- меньшие массогабаритные показатели;

- высокая безопасность и пожароустойчивость (преобразователи не содержат в себе ни масла, ни бумаги, ни элегаза);

- экономические выгоды в процессе эксплуатации.     Рассмотрим данные особенности более подробно.

Широкий динамический диапазон и высокая линейность.

Широкий динамический диапазон позволяет использовать один оптический преобразователь для точного измерения целого ряда номинальных первичных токов. Коэффициент преобразования может изменяться пользователем путем соответствующей настройки электронного блока. Одно и то же изделие, обеспечивая класс точности 0,2S, может быть использовано для целей учета электроэнергии в диапазоне номинальных токов от 100 А до 4000 А. Таким образом, оптический преобразователь практически абсолютно унифицирован, что является крайне важным в реальной эксплуатации, поскольку дает возможность пользователю иметь одно многофункциональное изделие.

Широкая полоса пропускания, точное воспроизведение формы тока.

Магнитооптические преобразователи тока имеют полосу пропускания до 6 кГц, что позволяет анализировать спектр до сотой гармоники. Это особенно важно для систем измерения качества электрической энергии.

Более того уже определяются требования к точности измерения гармонических составляющих электронными преобразователями тока в зависимости от видов измерений.

Широкая полоса позволяет точно воспроизводить сигналы сложной формы, например, в режиме короткого замыкания. Это обстоятельство крайне важно для систем релейной защиты, поскольку известно, что электромагнитные трансформаторы искажают реальную форму сигнала. На основе сигналов от оптического преобразователя может быть построена более чувствительная защита.

Отсутствие влияния вторичных цепей и наличие цифровых интерфейсов.

Первичный оптический преобразователь может быть удален от блока электроники на 450-900 и более метров. На таком расстоянии гарантируется отсутствие помех, поскольку подключение производится при помощи оптического кабеля. Так как оптический преобразователь осуществляет цифровую обработку информации, у него может быть предусмотрен цифровой выход в соответствии со стандартом IEC-61850, который на сегодняшний день принят в качестве стандарта ГОСТ Р. Преобразователя, имеющего цифровой выход, достаточно, чтобы измерить все необходимые параметры один раз, а далее потребуется только вычисления.

Безопасность и простота эксплуатации.

Безопасность изделий для высоковольтной энергетики крайне актуальна. Последствия взрывов измерительных трансформаторов хорошо известны специалистам.

В этом смысле оптические преобразователи гарантируют почти абсолютную безопасность. Они не содержат горючих (масло, бумага) или экологически опасных (SF6) веществ, требующих постоянного контроля. Сама конструкция предполагает использование материалов, которые являются диэлектриками. В оптических преобразователях нет составляющих, которые могли бы быть подвержены горению или электрическому пробою. Также исчезает необходимость масляного или газового хозяйства, что значительно сокращает издержки при эксплуатации преобразователей: обслуживания требует только электроника, которая имеет наиболее полные функции самодиагностики.

Простота и удобство установки. Организация точки учета на ограниченном пространстве.

Оптические преобразователи тока обладают малым весом и габаритами. Их можно подстраивать к существующему оборудованию без закладки новых фундаментов или устанавливать горизонтально на порталах. За счет этого можно сократить стоимость и время монтажа.