АП / ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ТРАНСФОРМАТОР ТОКА

где I1, I 2, I3, I4 - нормированные по интенсивности электрические сигналы и I 1АС, I2АС, I3АС , I4АС - их переменные составляющие.

Применение высоковольтного опорного изолятора 17 (фиг.2 и 3) и использование оптического волокна в качестве магнитооптического чувствительного элемента в принципе исключает возможность электрического пробоя изоляции между первичной (токоведущий контур 1) и вторичной (катушка 20 из оптического волокна) обмотками трансформатора тока и существенно облегчает условия работы воздушной изоляции между высоковольтными элементами трансформатора тока и землей (фланцем 19 нулевого потенциала).

Пример конкретного исполнения

Нами изготовлен экспериментальный образец заявленного устройства для измерения переменного электрического тока, в котором в качестве магнитооптического чувствительного элемента было выбрано одномодовое (диаметр сердцевины 4 мкм) оптическое волокно длиной 8 м, закрученное вдоль оптической оси (относительное кручение 25 оборотов/м) и образующее вокруг проводника с током катушку из 9 витков.

Катушка располагалась непосредственно на образующей одновитковый токоведущий контур высоковольтной арматуре опорного изолятора из стеклопластика с защитной оболочкой из кремнийорганической резины на класс напряжения 110 кВ. Концы катушки из оптического волокна вклеивались в стандартные оптические FC коннекторы (соединители) и были проведены через внутреннюю полость опорного изолятора к фланцу нулевого потенциала.

В качестве источника линейного поляризованного излучения использовался одномодовый лазерный диод (λ=660 нм, где λ - длина волны светового излучения). С выхода чувствительного элемента световой сигнал поступал на расположенные на фланце нулевого потенциала поляризационные делители с углом ориентации относительно друг друга 45°. Интенсивности световых сигналов измерялись фотодиодами, оцифровывались с помощью платы АЦП, обрабатывались на компьютере и выводились на виртуальный самописец.

Выполненные эксперименты показали возможность определения значения измеряемого переменного электрического тока с относительной погрешностью не хуже ±0,5%. В обычных условиях эксплуатации устройства все температурные изменения являются достаточно медленными. В этом случае реализация режима накопления и усреднения результатов позволит значительно повысить точность определения величины смещения "рабочей точки", а значит, уменьшить общую ошибку измерений.

Таким образом, предложенный волоконно-оптический трансформатор тока позволяют повысить точность и стабильность измерений в условиях реальной эксплуатации при воздействии температуры и вибраций. Предложенная конструкция на основе высоковольтного опорного изолятора позволяет создавать трансформаторы тока на все классы напряжения, способные длительно функционировать в условиях сложных метеорологических воздействий. Устройство имеет высокую помехоустойчивость и по своим точностным и функциональным характеристикам может найти широкое применение в области электрических измерений, в частности в измерительной технике высоких напряжений, в области релейной защиты и автоматики.

В настоящее время в соответствии с заявленным решением разрабатывается конструкторская документация для выпуска волоконно-оптических трансформаторов тока для использования в схеме коммерческого учета электроэнергии и в области релейной защиты на электрических станциях.

Литература

1. Афанасьев В.В., Адоньев Н.М., Л.В.Жалалис и др. "Трансформаторы тока" - Л.: Энергия, 1980 г.

2. Патент Германии №19547021, МПК G01 R 15/24, публ. 19.06.97.

3. Dong X. P., Chu В.С.В. and Chiang К.S. An electric-current sensor employing twisted fibre with compensation for temperature and polarization fluctuations, Meas. Sci. Technol, Vol. 8, pp.606-610, 1997 г.

4. Красюк Б.А., Корнеев Г.И. Оптические системы связи и световодные датчики. Вопросы технологии. - М.: Радио и связь, 1985, 192 с.

Формула изобретения

1. Волоконно-оптический трансформатор тока, включающий токоведущий контур, охваченный магнитооптическим чувствительным элементом в виде катушки из оптического волокна, оптически связанные с чувствительным элементом средство ввода в волокно поляризованного светового сигнала, средство деления поляризованного светового сигнала на взаимно ортогональные линейно поляризованные составляющие, а также узел преобразования составляющих в нормированные по интенсивности электрические сигналы и блок формирования измерительного сигнала и определения по нему измеряемой величины, отличающийся тем, что элементы волоконно-оптического трансформатора тока размещены на опорном изоляторе с защитным покрытием, снабженном высоковольтной арматурой и фланцем нулевого потенциала, причем катушка из оптического волокна расположена на высоковольтной арматуре, при этом концы магнитооптического чувствительного элемента проведены через внутреннюю полость опорного изолятора, а оптически связанные с ним средство ввода в волокно поляризованного светового сигнала и средство деления поляризованного светового сигнала на взаимно ортогональные линейно поляризованные составляющие расположены на фланце нулевого потенциала.

2. Волоконно-оптический трансформатор тока по п.1, отличающийся тем, что средство деления выполняет функцию деления светового сигнала на две различные пары взаимно ортогональных линейно поляризованных составляющих, различающиеся угловой ориентацией, узел преобразования выполняет функцию преобразования этих составляющих в нормированные по интенсивности электрические сигналы, а блок формирования выполняет функцию формирования из полученных сигналов измерительного сигнала с учетом угла ориентации между парами и определения по нему измеряемой величины.

3. Волоконно-оптический трансформатор тока по п.1, отличающийся тем, что токоведущий контур состоит из двух и более витков.

4. Волоконно-оптический трансформатор тока по п.1, отличающийся тем, что токоведущий контур включает в себя элементы высоковольтной арматуры, снабженной контактными площадками для присоединения подводящих проводов, а катушка из оптического волокна размещена непосредственно на высоковольтной арматуре.

5. Волоконно-оптический трансформатор тока по п.1, отличающийся тем, что токоведущий контур выполнен разъемным.

6. Волоконно-оптический трансформатор тока по п.1, отличающийся тем, что токоведущий контур выполнен неразъемным.

7. Волоконно-оптический трансформатор тока по п.1, отличающийся тем, что он снабжен защитной оболочкой из кремнийорганической резины или другого диэлектрика.

8. Волоконно-оптический трансформатор тока по п.7, отличающийся тем, что защитной оболочке придана ребристая форма.

9. Волоконно-оптический трансформатор тока по п.1, отличающийся тем, что он снабжен несколькими катушками из оптического волокна с различными параметрами, например числом витков или чувствительностью магнитооптического материала, причем часть катушек предназначена для измерения тока, а другая часть - для работы релейной защиты, или для выполнения других функций.

10. Волоконно-оптический трансформатор тока по п.1, отличающийся тем, что для присоединения к внешней измерительной цепи использованы соединители оптического волокна.

11. Волоконно-оптический трансформатор тока по п.1, отличающийся тем, что для присоединения к внешней измерительной цепи и герметизации внутренней полости опорного изолятора использованы оптические элементы ввода-вывода излучения (окна, линзы).

12. Волоконно-оптический трансформатор тока по п.1, в котором магнитооптический чувствительный элемент изготовлен из одномодового оптического волокна.

13. Волоконно-оптический трансформатор тока по п.12, в котором магнитооптический чувствительный элемент изготовлен из одномодового оптического волокна с малым внутренним линейным двойным лучепреломлением.

14. Волоконно-оптический трансформатор тока по п.12, в котором магнитооптический чувствительный элемент изготовлен из одномодового оптического волокна с сильным внутренним двойным лучепреломлением, преимущественно циркулярным.

15. Волоконно-оптический трансформатор тока по п.12, в котором на одном из концов магнитооптического чувствительного элемента установлен отражатель.

16. Волоконно-оптический трансформатор тока по п.1, в котором форма катушки из оптического волокна выбрана из условия компенсации линейных двойных лучепреломлений, вызванных изгибом волокна при намотке.

17. Волоконно-оптический трансформатор тока по п.1, отличающийся тем, что информация об измеряемом токе преобразуется и передается в форме цифрового сигнала посредством блока формирования измерительного сигнала.