Вся правда об оптических трансформаторах: часть 1

За последнее десятилетие термин «аналоговый» успел стать синонимом к слову «устаревший». С одной стороны, это звучит обидно и даже несправедливо по отношению к надёжной, испытанной годами эксплуатации технике. Однако если речь заходит о повышении точности средств измерения и интеграции их в единую сеть мониторинга и контроля технологических процессов, то имеющегося у аналоговой аппаратуры потенциала становится явно недостаточно. Одно из решений — оптоволоконные трансформаторы, работа которых основана на эффекте Фарадея, эффекте, открытом в одно время с законом электромагнитной индукции, но ожидавшим, когда появятся технологии, способные его эффективно использовать.

«Профотек»

Специалисты «Профотека» разработали и вывели на рынок приборы, альтернативные электромагнитным измерительным трансформаторам, — волоконно-оптические электронные трансформаторы тока и электронные трансформаторы напряжения на основе емкостного или безындуктивного резистивного высоковольтного делителя напряжения.

Использование оптических методов измерения тока позволяет получать измеренные значения сразу в цифровом виде, а примененная схема измерения напряжений дает возможность значительно повысить точность измерений и снизить погрешности. Внедрение на энергетических объектах этих электронных трансформаторов обеспечит технологию измерений на качественно новом уровне, приблизив такие объекты к полноценному переходу к цифровой подстанции и технологии Smart Grid.

* * *

Вопрос: Требуется ли для оптических трансформаторов тока (напряжения) температурная компенсация в целях обеспечения точности измерений? В каком диапазоне температур она не требуется?

Сначала нужно уточнить терминологию, разграничив понятия основной и дополнительной погрешности.

Действительно, в классических конструкциях трансформаторов, действительно, есть основная погрешность трансформатора и целый ряд дополнительных погрешностей, возникающих из-за наличия гармоник, загрузки вторичных цепей, их взаимного влияния, а также температуры. Электронные трансформаторы тока и напряжения производства АО «Профотек» являются трансформаторами с компенсированной погрешностью. Для потребителя это означает, что трансформаторы обладают только основной погрешностью, а все влияющие факторы учитываются в работе электроники и автоматически компенсируются так, чтобы во всем рабочем диапазоне влияющих факторов трансформаторы находились в заданном классе точности. Поддержание заданных характеристик обеспечивается не только программными средствами, но и самой конструкцией. Основные особенности структуры измерительной части будут изложены ниже.

В конструкции электронных трансформаторов тока и напряжения, производимых компанией «Профотек», можно выделить две основные части:

• внешнюю, где чувствительный оптический элемент жестко закреплен на опорной изоляционной колонне с соединительным оптическим кабелем;
• внутреннюю, состоящую из блока электроники.

Также «Профотек» производит внешнюю часть с гибким чувствительным элементом, который размещен в продолжении соединительного оптического кабеля и без опорной колонны.

Внешняя часть электронных трансформаторов устанавливается, как правило, на открытой части распределительных устройств, на вводах генераторов, а также может быть интегрирована практически в любую сетевую инфраструктуру без её изменения за очень короткое время. В процессе работы внешняя часть может подвергаться воздействию температур в интервале от -60 до +60ºС, в то время как рабочий диапазон температур окружающей среды для блока электроники — -10…+40ºС, причем блок располагается в помещении с однотипным по режимам работы оборудованием (устройства РЗА и ПА, АСУ и т. п.). Конструкция электронных блоков трансформаторов тока и напряжения не требует дополнительной температурной компенсации.

Внешняя часть электронного трансформатора напряжения температурной компенсации не требует, так как емкостный делитель напряжения выполняется в виде единого высоковольтного конденсатора, который в процессе производства изготавливается из одного и того же материала, и основной задачей «Профотека» как разработчика и производителя является обеспечение поддержания точности соотношения емкостей делителя напряжения. Технология изготовления делителей обеспечивает надежную работу в заданном температурном диапазоне и стабильность характеристик, а также при необходимости позволяет обеспечить требуемую компенсацию температурного коэффициента емкости (ТКЕ), что легко обеспечивается в требуемом температурном диапазоне. При использовании резистивных делителей применяются специальные высокостабильные резисторы с очень малым коэффициентом температурной зависимости и высокой повторяемостью.

Работа оптического трансформатора тока основана на бесконтактном методе измерения тока.

Метод использует магнитооптический эффект Фарадея и достаточно подробно описан в различных источниках. Кратко суть метода можно описать так: в отрезок специального магниточувствительного оптоволокна (так называемый hi-bi spun световод) через волоконный аналог четвертьволновой пластинки вводятся две световые волны с ортогональной поляризацией, вследствие чего они приобретают круговую поляризацию противоположного вращения, которую этот тип световода способен сохранять. Вводимые световые волны модулированы по фазе с довольно высокой частотой (40–60 кГц). Если в проводнике, вокруг которого намотан контур из этого световода, тока нет, то эти световые волны распространяются с одинаковой скоростью и на вход схемы измерений приходят с нулевым сдвигом фаз. Если в проводнике появляется ток, а вокруг этого проводника — магнитное поле, то скорость распространения для этих световых волн будет различаться из-за эффекта Фарадея. В результате этого в приемнике у пришедших от чувствительного волокна световых волн возникает относительный фазовый сдвиг, пропорциональный величине магнитного поля вокруг проводника и, соответственно, величине тока в проводнике. Таким образом, задача измерения тока сводится к прецизионному измерению фазового сдвига между световыми волнами.

Метод отражательного волоконного интерферометра — наиболее отработанная и стабильная схема измерений.

Для измерений величин этих фазовых сдвигов «Профотек» в своих оптических трансформаторах тока использует метод отражательного волоконного интерферометра, поскольку это наиболее отработанная и стабильная схема измерений, дающая автоматическую компенсацию большинства внешних воздействий на измерительный тракт. Как было сказано ранее, световые волны модулированы модулятором двулучепреломления, поэтому выходной сигнал интерферометра представляет из себя сумму гармоник частот модуляции, а амплитуды этих гармоник пропорциональны величине протекающего тока. При этом обеспечивается независимость вычисления фазового сдвига от вариаций параметров оптической схемы (мощность света на фотоприемнике, амплитуда модуляции и т. п.). Всё это позволяет обеспечить высокую точность измерений в большом диапазоне изменения значений первичного тока в проводнике.

Производимое АО «Профотек» специальное термостабильное оптическое волокно, используемое в измерительных элементах оптических трансформаторов, обеспечивает высокую стабильность свойств в диапазоне изменения температур до 100ºС (интегральный разброс показаний в этом диапазоне температур составляет около 1%), а это при реальном диапазоне температур от -60 до +60ºС обеспечивает погрешность измерений согласно требованиям к измерительным приборам класса точности 1.

Для обеспечения точности измерений в соответствии с требованиями класса точности измерений 0,2s (расширенный диапазон в области малых погрешностей) в приборах АО «Профотек» применен метод цифровой компенсации температурной погрешности при малых значениях токов. С этой целью программой для расчета тока учитывается температурная зависимость чувствительности. Сигнальный процессор ежесекундно в on-line режиме считывает сигнал, пропорциональный температуре, измеренной оптоволоконным термометром, который расположен рядом с основным чувствительным волокном. На основе считанных сигналов процессор вычисляет значение силы тока в шине с учетом влияния температуры на чувствительный элемент. Надежность вышеописанной компенсации обусловлена тем, что температурная зависимость чувствительности носит фундаментальный физический характер и не может изменяться с течением времени.

Все выпускаемые «Профотеком» измерительные трансформаторы тока проходят тестовую проверку в термокамерах.

Измерения проводятся как отдельно для чувствительных элементов (в диапазоне от -60 или -40 до +60°С), так и для всего электронно-оптического блока (в диапазоне от -10 или +5 до +40°С). Помимо обычных промышленных термокамер для тестирования чувствительных элементов и электронно-оптических блоков, «Профотек» располагает специальной климатической камерой, в которой имеется возможность проводить испытания высоковольтной измерительной колонны с опорным изолятором для классов напряжения до 220 кВ с установленным на ней чувствительным элементом в полном диапазоне температур.

Вся правда об оптических трансформаторах: часть 2

Что такое оптические ТТ и ТН на цифровых подстанциях?

Нет такого определения как «цифровая подстанция». Это просто маркетинговый термин, обозначающий, что вторичные системы, устройства защиты и управления на подстанции используют цифровые, а не аналоговые измерения тока и напряжения.
Существует две основные схемы, которые используются для передачи цифровых измерений на подстанции: коммутируемая сеть и точка-точка.

Коммутируемая сеть основана на сети Ethernet.

Преимущество коммутируемой сети состоит в том, что, как только измерение становится доступно в сети, любое устройство может «подписаться» на него.
Недостатком являются:

• Недетерминированный характер Ethernet.
• Необходимость тщательного проектирования сети (система защиты может не работать в плохо спроектированных сетях).
• Необходима внешняя, высокоточная синхронизация времени. Обычно в виде часов GPS, которые необходимы для работы системы защиты.
• Положение кибербезопасности должно быть тщательно оценено.
• Требуются новые инструменты для ввода в эксплуатацию и устранения неисправностей.

Строение второй сети основано на двухточечных оптоволоконных соединениях между устройствами CT / PT и P & C.

Основным преимуществом являются:

• Не зависит от сети Ethernet, что означает отсутствие сетевой инженерии.
• Не требует внешней синхронизации времени.
• Лучше состояние кибербезопасности, поскольку нет сети для подключения.
• Более легкое устранение проблем со связью.

Недостатки:

• Требуется выделенное оптоволоконное соединение для каждого устройства, «подписавшегося» на измерения.
• Меньше гибкости в случаях, когда подписчики часто добавляются и удаляются из системы.

Перспективы реализации нетрадиционных измерительных трансформаторов

Специалисты в области энергетики всего мира ответили на несколько вопросов о нетрадиционных измерительных трансформаторах:

• Как оцениваются перспективы внедрения нетрадиционных трансформаторов тока и напряжения? Какую стратегию внедрения нетрадиционных измерительных трансформаторов следует выбрать? Какие типы измерительных трансформаторов следует применять в различных типах отсеков и оборудования?
• Какие факторы мешают распространению нетрадиционных трансформаторов тока и напряжения? Если некоторые из факторов являются техническими, то каковы они?
• Оцените перспективы внедрения объединяющихся единиц. Будут ли они реализованы в будущем при массовом внедрении нетрадиционных трансформаторов тока и напряжения, и если да, то для каких целей?
• Какие типы трансформаторов тока и напряжения, для каких уровней напряжения можно их использовать наиболее оптимальным образом и почему?
• Каким образом массовое внедрение нетрадиционных трансформаторов тока и напряжения повлияет на вторичные системы подстанций?
• Сколько времени займет массовое внедрение нетрадиционных трансформаторов тока и напряжения? Чем определяется их общая популярность (например, с точки зрения объема или доли рынка)?

1. Неуместно говорить о перспективах всех типов нетрадиционных измерительных трансформаторов (NCIT) . В силовой электронике такие устройства использовались десятилетиями и показали себя только с лучшей стороны. На станциях десятки систем оснащены так называемыми датчиками LEM, и это всего лишь электронные измерительные трансформаторы. Применение таких измерительных устройств в высоковольтных цепях электростанций и сетей является еще одним подтверждением конкурентоспособности технологий, используемых в конструкции NCIT, по сравнению с обычными измерительными трансформаторами, что становится более очевидным с появлением оптических измерительных трансформаторов.
Однако не стоит забывать о «детских болезнях» новых устройств, которые еще не позволяют утверждать, что оптические электрические технологии (ОЭТ) по своим эксплуатационным характеристикам достигли уровня обычных трансформаторов.
Тем не менее, в настоящее время оптические преобразователи практически готовы к использованию на промышленных объектах среднего уровня ответственности. Что касается электростанций, то в ближайшие три года РусГидро планирует установить такие устройства на одном из объектов, находящихся в стадии строительства.

2. Массовое внедрение оптических измерительных трансформаторов в первую очередь сдерживается следующими факторами :

• Отсутствие единой отраслевой стандартной документации, устанавливающей требования к NCIT. При разработке, тестировании и сертификации NCIT в настоящее время производители применяют нормативные документы, устанавливающие требования для традиционных трансформаторов тока / трансформаторов напряжения (CT / VT), что исключает некоторые потенциальные преимущества NCIT.
• Дизайнеры не понимают качеств, характеристик и свойств нового оборудования. Из этого следует инертность в разработке новых, специальных знаний, компьютерных сетей, например, нехватка схем автоматизированного проектирования (САПР) для проектирования цифровых подстанций.
• Отсутствие справочных материалов и методов технического обслуживания нового оборудования, которые определяли бы квалификацию персонала, инструменты и сроки выполнения работ.
• Отсутствие накопленной статистики, характеризующей операционные показатели, в частности, показатели продолжительности жизни. Следует отметить, что такие препятствия актуальны практически для любых новых технологий. Механизм преодоления этих проблем традиционно основан на постепенном переходе от исследований и разработок (НИОКР) к единичным реализациям на объектах с низким приоритетом, а затем распространяется на более широкие приложения в отрасли. Между тем, за каждым следующим шагом должен следовать период, достаточный для сбора и анализа полученных результатов, а именно: изменение конструкции, обслуживание, обучение персонала и последующая организация производственной среды. В настоящее время происходит переход к реализации такого оборудования.

3. Следует отметить, что даже сейчас, без массового внедрения NCIT, нельзя сказать, что MU широко используются на энергетических объектах.
В существующем понимании MU — это устройство, предназначенное для преобразования аналоговых измерений в цифровую форму с последующей передачей результатов по протоколу SV IEC 61850. В этой форме, очевидно, потребность в таких устройствах будет дополнительно уменьшена с массовым введением NCIT.
Хорошие перспективы есть у таких устройств, как контроллеры отсеков (контроллеры подключения).
Однако помимо измерительных цепей существуют также сигнальные и контрольные цепи, передача которых в цифровые линии связи будет оставаться важной задачей. Возможно, решить эту проблему, возможно, используя контроллеры отсеков (контроллеры подключения). Разработка таких контроллеров направлена ​​на сочетание их с автоматическим мониторингом автоматического выключателя. Будущее за процессорами автоматического контроля автоматического выключателя, которые будут играть роль прокладки в системах автоматизации станций и подстанций. Кроме того, широкое внедрение NCIT будет только способствовать этому. В некоторых компаниях уже реализуются проекты автоматизации ГИС с газовой изоляцией напряжением от 110 до 330 кВ, в комплекте с применением процессора автоматического контроля автоматического выключателя.

4. Оптические трансформаторы тока — для всех классов напряжения от 110 кВ и выше, а также для применений при напряжениях генератора. Что касается измерительных трансформаторов напряжения, ответ пока не столь очевиден: потребуется еще один или два года, чтобы протестировать уже предложенные устройства и сделать некоторые выводы.
Есть много технических, организационных и нормативных вопросов, которые необходимо решить, но здесь нет никаких фундаментальных препятствий.

5. Очевидно, воздействие будет довольно сильным. В результате останется одно устройство (NCIT), которое сможет обеспечить любое требуемое количество вторичных устройств измерительной информацией, и концепция разделения системы измерительных трансформаторов (IT) на сердечниках трансформаторов тока (CT) станет историей, и останется только для обеспечения надежности при большом количестве оборудования. Есть много технических, организационных и нормативных вопросов, которые необходимо решить, но нет никаких основополагающих препятствий.

6. Пройдет 5–7 лет, прежде чем конкуренция NCIT с КТ станет очевидной.

волоконно-оптических трансформатор тока для лучшего освещения Certified Products

Приятная обстановка делает жизнь достойной жизни. Действительно, невероятные волоконно-оптических трансформатор тока на Alibaba.com могут воплотить эту мечту в реальность. Они небольшие по размеру и дизайну. Эти продукты уменьшают потребление электроэнергии для лучшего освещения и разнообразного светового излучения. Примечательно, что энергосбережение волоконно-оптических трансформатор тока находит различное применение в нескольких отраслях, включая бытовую технику.

Высокое качество волоконно-оптических трансформатор тока обеспечивает долгий срок службы. Эффективные трансформаторы освещения являются потребителями с низким энергопотреблением, что позволяет пользователю сэкономить деньги для других приоритетов. Кроме того, эти электротехнические изделия доступны как для домашнего использования, так и для легкой промышленности. Эти продукты с меньшим уровнем шума и дыма на Alibaba.com оснащены эффективными системами охлаждения и безопасности.

При покупке более качественных и продуктивных товаров волоконно-оптических трансформатор тока потенциальным покупателям следует ознакомиться с несколькими пунктами контрольного списка . Рабочие характеристики определяют используемую мощность напряжения. В равной степени они должны знать рабочую частоту трансформаторов. Размер и диаметр должны быть пропорциональны рабочей нагрузке. Из-за колебаний погодных условий осторожный покупатель должен понимать преобладающие климатические условия в целях безопасности.

Соответствие волоконно-оптических трансформатор тока зависит от характера работы. Наличие запчастей снижает стоимость ремонта. Высокие цены на трансформаторы освещения обеспечиваются надежной доставкой в режиме реального времени. Наслаждайтесь расслабляющим отдыхом, используя наиболее подходящие для окружающей среды приборы. Найдите на Alibaba.com широкий спектр надежных глобальных поставщиков и выгодные предложения.

Отдельностоящий оптоволоконный датчик тока FOCS-FS (245

Нетрадиционный трансформатор тока позволяет создавать высоковольтные подстанции и Smart grids с оптическим выходом по стандарту IEC 61850-9-2LE

Кроме индуктивных трансформаторов тока с масляной или элегазовой изоляцией, ABB еще в 1990-х годах разработало оптические датчики тока, работающие на эффекте Фарадея, где свет используется для определения точной величины тока, создающего магнитное поле. В результате конструкция, независимая от магнитного насыщения, подходит для получения картины переходных процессов, токов КЗ, и переменного тока с постоянной составляющей.

FOCS-FS  это трехфазная система датчиков, состоящая из:

• трех полых изоляторов, заполненных азотом при атмосферном давлении, на которых установлены датчики тока
• одного шкафа, установленного на опорной конструкции центральной фазы и соединяющего по оптоволокну датчики тока и терминалы защит через оптический Ethernet кабель (стандарт IEC61850-9-2LE).

Опто-электронный преобразователь, расположенный в шкафу, выполняет следующие функции:

• посылает поляризованный свет к сенсору
• получает ответный поляризованный свет от сенсора
• сравнивает сдвиг фаз в поляризованном свете, пропорциональный магнитному полю и первичному току
• преобразует полученный результат в оптический Ethernet IEC 61850 выход

Требуемый уровень резервирования обеспечивается соответствующим количеством опто-электронных преобразователей используемых в системе.

По запросу возможна комплектация цифровыми преобразователями аналоговых сигналов от трансформаторов напряжения, синхронизующими данные сигналы с цифровыми сигналами идущими от FOCS-FS и передающими оба сигнала в одном цифровом потоке по стандарту IEC61850-9-2 LE.

Области применения

• Защита и измерение для цифровых подстанций

Почему АББ?

• АББ производит индуктивные трансформаторы более 70 лет и оптические сенсоры тока более 20 лет
• АББ может поставить комплексную систему (сенсоры > цифровые преобразователи > терминалы защит)
• FOCS-FS это устройство “Plug & Play”: Система с полным резервированием с возможностью “горячей замены” блоков
• FOCS-FS являются полностью безопасным и дружественным к окружающей среде устройством, имеющим цифровой выход и заполненным азотом при атмосферном давлении

Основные технические характеристики

FOCS-FS
Тип установки	Наружная
Конструкция	Oптический
Параметры сети	50 – 60 Гц 245 – 420 – 550 — 800 кВ
Параметры по току	До 4800 A и 63 кA
Изоляторы	Силиконовая резина,            Удельная длина пути утечки: 31 мм/кВ Класс изоляции: до класса II
Температура окружающей среды	Температура: [-40;+45°C] Загрязнение воздуха: очень высокое Сейсмостойкость: 0,5g
Класс точности	Защита: МЭК: класс 5P, 5TPE IEEE: 10%
Интерфейсы	Цифровой выход (IEC 61850 9-2 LE) Оптический ethernet кабель: Duplex MM 62.5/125 с ST коннектором Оптический 1PPS кабель: Duplex (или Simplex) MM 62.5/125 с ST коннектором
Опции	Резервирование электроники Преобразователи для сигналов VT

АО «Профотек» — производство измерительного оборудования и поверка средств измерений

Организация занимается производством измерительного оборудования и поверкой средств измерений.

Акционерное общество «ПРОФОТЕК» было образовано в декабре 2010 года при участии АО «РОСНАНО». За время своего существования компания прошла большой путь: от формирования команды проекта и создания первых промышленных образцов (2010), запуска опытно-промышленного производства (2011), начала пилотных внедрений (2012) до создания серийного производства (2014), сертификации всей продуктовой линейки (2015) и, наконец, старта коммерческих продаж (с 2016 по сегодняшний день).

Компания «ПРОФОТЕК» — уникальное в российской практике предприятие, которое имеет собственное ноу-хау на производство продукции и технологию производства магнитно-чувствительного оптического волокна, являющееся ключевым элементом выпускаемых продуктов. Специальное оптическое волокно было разработано сотрудниками Фрязинского филиала Института Радиотехники и Электроники РАН, которые впоследствии вошли в команду проекта.

Свою миссию «ПРОФОТЕК» видит в развитии и внедрении цифровых инновационных технологий измерения в России и в мире и создании технологической платформы для построения интеллектуальных сетей.

Цели «ПРОФОТЕК»:

— предоставление решений по цифровым инновационным измерениям, построение интеллектуальных сетей и цифровых подстанций на их основе;
— обретение лидирующих позиций на рынке интеллектуальных решений для электроэнергетики;
— удовлетворение растущего спроса на инновационную продукцию компании в России и за рубежом.

Продукция «ПРОФОТЕК» — это уникальные волоконно-оптические измерительные трансформаторы тока и напряжения, являющиеся не только альтернативой традиционным электромагнитным измерительным трансформаторам, но и возможностью поэтапного перехода к Цифровой подстанции.

Продукция «ПРОФОТЕК» — это полностью цифровая и информационная основа для создания интеллектуальных сетей, которая является единым источником данных для устройств автоматизации, контроля, коммерческого учета и релейной защиты цифровой подстанции, полностью соответствуя стандарту автоматизации IEC 61850 (МЭК).

Область применения продукции «ПРОФОТЕК» — объекты электроэнергетики, среди которых сетевое хозяйство, генерирующие объекты, энергоемкие производства.

Технологии «ПРОФОТЕК» позволяют существенно повысить точность измерений и перейти на качественно новый уровень измерений с применением только цифровой обработки сигнала. Применение оптических технологий для релейных защит и противоаварийной автоматики позволит обеспечить наиболее точную и быструю работу этих систем. Вся продукция компании внесена в Государственный реестр средств измерений и прошла опытные испытания на объектах энергетики и энергоемкого производства.

Компания «ПРОФОТЕК» — это команда высокопрофессиональных специалистов, включая инженеров и ученых. Специалисты компании постоянно повышают свою квалификацию, совершенствуют навыки, активно участвуют во внедрении технологий для Интеллектуальных сетей в России и за рубежом, а также принимают участие в работе международных комиссий и на конференциях.

Административный офис и производство компании «ПРОФОТЕК» расположены в Москве, на территории специализированной площадки для развития высокотехнологичных производств — Технополиса «Москва».

Оптико-электронные трансформаторы тока | Трансформаторы тока и их эксплуатация | Архивы

Страница 5 из 7

Строительство межсистемных линий электропередач сверхвысокого напряжения, создание силовых установок с импульсными токами до 106А и более, необходимость разработки эталонных устройств для измерения параметров процесса передачи электроэнергии в полевых и лабораторных условиях обусловили развитие новых методов измерения электрических величин на основе достижений электроники и вычислительной техники. Наряду с методами измерения тока, основанными на использовании магнитной, электрической, радио, тепловой, акустической, оптической связи между первичными и вторичными цепями высоковольтных измерительных устройств, перспективными являются и оптикоэлектронные методы. Их физическую основу составляют преобразование входного электрического сигнала в световой, передача светового сигнала по оптическому каналу и его преобразование снова в электрический сигнал с последующим усилением.
Существует большое число реализаций оптико-электронных (ОЭ) методов, отличающихся способом воздействия измеряемого параметра на световой сигнал (способом модуляции), видом модуляции и конструктивным выполнением.
Поясним первые два наиболее важных признака упрощенной классификации ОЭ-методов на примере функциональных схем ОЭ- устройств для измерения тока.
В схеме (рис. 8,6, а) используется внутренняя модуляция интенсивности излучения. Измеряемый ток через первичный 1 и промежуточный 2 преобразователи воздействует на одни из параметров источника излучения 3 таким образом, что поток излучения изменяется во времени по детерминированному закону, определяемому видом используемой модуляции. Промежуточный преобразователь 2 получает питание от автономного источника 11. Он и блоки 1-3 находятся под высоким потенциалом по отношению к земле. Поток излучения через оптический канал 4 поступает на фотоприемник 5, расположенный в частях конструкции ОЭ- устройства, находящихся под потенциалом земли. Фотоприемник преобразует оптический сигнал в электрический, который затем через усилитель 6 с автономным источником питания 10 поступает параллельно на преобразователь кода в аналог 9 и нагрузки 8, 7.

Рис. 6. Структурные схемы ОЭТТ: а — с внутренней модуляцией; б — с внешней модуляцией.

Внутренняя модуляция в такой схеме может быть следующих видов: амплитудной, в том числе прямой, когда несущей является неизменный ток или напряжение, амплитудно-импульсной, частотной, частотно-импульсной, кодоимпульсной и др. При всех видах амплитудной модуляции схема (рис. 6, а) несколько упрощается, так как отпадает необходимость в блоках 8 и 9.
В схеме (рис. 6, б) используется внешняя модуляция интенсивности излучения — измеряемая величина воздействует на характеристики потока излучения вне источника. Поток излучения источника 2, подключенного к источнику питания 1, через линзу 3 и поворотные зеркала 4 поступает в ячейку Фарадея, содержащую поляризатор 5, магнитооптический элемент 6 и анализатор 7, где модулируется по амплитуде магнитным полем, созданным измеряемым током. По обратному оптическому каналу 8 излучение поступает в фотоприемник 9, который через усилитель 10, имеющий автономный источник питания 12, управляет работой нагрузки 11. Вид модуляции в схеме зависит от первичного преобразователя измеряемой величины и может быть принципиально любым из указанных для внутренней модуляции.
По рассмотренным структурным схемам создаются измерительные устройства, называемые оптико-электронными трансформаторами тока (ОЭТТ):

1. дающие возможность обеспечить полную электрическую развязку цепи высокого напряжения от цепей вторичной коммутации, устранить нежелательные взаимные влияния этих цепей и обеспечить полную безопасность обслуживающего персонала;
2. упрощающие выполнение изоляции по сравнению с изоляцией обычных электромагнитных ТТ;
3. способные измерять токи в большом диапазоне с высокими быстродействием, точностью и помехозащищенностью, разрешающей способностью по частоте, широкополосностью;
4. имеющие любое требуемое число независимых выходов для подключения нагрузки с любым входным сопротивлением, с Представлением информации в аналоговой или цифровой форме;
5. обладающие достаточно высокой надежностью за счет полного или частичного резервирования отдельных, наиболее ответственных блоков, стабильностью работы в диапазоне температур -50.. +50°С;
6. дающие возможность выполнить вариант конструкции, встраиваемой в коммутационные аппараты или их комплексы, за счет малогабаритности входящих элементов и небольшой массы.

Наряду с несомненными достоинствами ОЭТТ в сравнении с электромагнитными ТТ обладают рядом недостатков, обусловленных принципом действия:

1. блокам преобразования оптического сигнала в электрический необходимы специальные источники питания;
2. мощность выходных цепей недостаточна для приведения в действие существующих комплектов защит на электромеханических реле, а ее повышение связано с большими технико-экономическими трудностями;
3. необходимость обеспечения высокой точности, надежности и стабильности работы во времени при изменении рабочих температур в широком диапазоне приводит к значительным усложнениям схем и, как следствие, к потере конкурентоспособности особенно в конструкциях на низшие классы напряжений.

Однако данные недостатки следует считать временными, ибо по мере совершенствования схемных решений и элементной базы они вполне устранимы.

ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ТРАНСФОРМАТОР ТОКА

RU 2321000 C2

МПК

G01R15/24 (2006.01)

Статус: по данным на 27.03.2012 — может прекратить свое действие

Пошлина: учтена за 6 год с 08.09.2010 по 07.09.2011

Заявка: 2005127887/28, 07.09.2005

Дата начала отсчета срока действия патента:

07.09.2005

Дата публикации заявки: 20.03.2007

Список документов, цитированных в отчете о

поиске: DE 19547021, 19.06.1997. SU 1515213 A1, 15.10.1989. RU 2222021 С1, 20.01.2004. RU 2086988 C1, 10.08.1997. CN 1175693, 11.03.1998.

Адрес для переписки:

194356, Санкт-Петербург, ул. Композиторов, 5, кв.616, М.К. Ярмаркину

Автор(ы):

Вицинский Сергей Александрович (RU),

Ловчий Игорь Леонидович (RU),

Мокеев Сергей Федорович (RU),

Соловьев Эдуард Павлович (RU),

Ярмаркин Михаил Кириллович (RU)

Патентообладатель(и):

Вицинский Сергей Александрович (RU),

Ловчий Игорь Леонидович (RU),

Мокеев Сергей Федорович (RU),

Соловьев Эдуард Павлович (RU),

Ярмаркин Михаил Кириллович (RU)

ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ТРАНСФОРМАТОР ТОКА

Реферат:

Изобретение относится к области электрических измерений и может быть использовано в электроэнергетике, в измерительной технике высоких напряжений, в области релейной защиты и автоматике. Технический результат заключается в повышении надежности и стабильности измерений в условиях длительной эксплуатации при всех видах воздействующего электрического напряжения, воздействующих механических нагрузок и различных воздействиях факторов внешней среды. Волоконно-оптический трансформатор тока включает 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. При этом элементы волоконно-оптического трансформатора тока размещены на опорном изоляторе с защитным покрытием, снабженном высоковольтной арматурой и фланцем нулевого потенциала. 16 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области электрических измерений и может быть использовано в электроэнергетике, в измерительной технике высоких напряжений, в области релейной защиты и автоматики.

До последнего времени замеры электрических величин в распределительных устройствах промышленных предприятий, включая электрические станции, выполняются с помощью электромагнитных трансформаторов тока, стоимость которых составляет значительную долю стоимости всего распределительного устройства. Назначение трансформаторов тока — преобразование тока в высоковольтной сети в сигнал низкого напряжения с тем, чтобы использовать его для целей измерения, релейной защиты и учета электроэнергии.

Электромагнитные трансформаторы тока представляют собой, как правило, первичный токоведущий контур (первичную обмотку) из одного-двух витков и связанный с ним через магнитопровод вторичный токоведущий контур (вторичную обмотку), состоящий из большого числа витков. Первичная обмотка находится под рабочим напряжением высоковольтной сети, в то время как потенциал вторичной обмотки и проходящего внутри нее магнитопровода незначительно отличается от потенциала земли. Изолирующий промежуток между первичной и вторичной обмотками обеспечивает отсутствие электрического пробоя при всех видах эксплуатационных воздействий. При этом с ростом класса напряжения не пропорционально увеличиваются затраты на изоляцию.

Известны конструкции трансформаторов тока, в которых применяются бумажно-масляная, литая из эпоксидного компаунда и элегазовая изоляции (см. [1]). Недостатком этих конструкций является высокая вероятность электрического пробоя изоляционных промежутков в процессе эксплуатации, что подтверждается многолетним опытом использования таких трансформаторов тока в различных электроэнергетических устройствах.

Из-за нелинейности кривой намагничивания магнитопровода такие трансформаторы тока принципиально не могут обеспечить удовлетворительные метрологические характеристики в переходных режимах, а также после протекания токов короткого замыкания, когда происходит глубокое насыщение магнитопровода трансформатора тока апериодической составляющей тока короткого замыкания (остаточная насыщенность после протекания токов короткого замыкания может сохраняться несколько месяцев). Кроме того, при импульсных процессах возникает разность потенциалов между точками заземления контура высокого напряжения и измерительной цепи, которая влияет на измеряемый сигнал.

Таким образом, возможности традиционных методов измерения с использованием электромагнитных трансформаторов тока уже практически полностью исчерпаны. Принципиально другой перспективный подход, основанный на использовании магнитооптического эффекта Фарадея, реализуется в оптико-электронных трансформаторах тока, применяемых в сочетании с современными цифровыми технологиями обработки сигналов и передачи данных.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является устройство (см. [2]), включающее первичный токоведущий контур, охваченный магнитооптическим чувствительным элементом в виде катушки, изготовленной 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.

Существенным недостатком данного устройства является его невысокая надежность и стабильность в реальных условиях эксплуатации, в частности при всех видах воздействующего напряжения, воздействующих механических нагрузок, при загрязнении и увлажнении. В существующей конструкции отсутствует опорно-изоляционная конструкция, позволяющая описанному устройству функционировать в качестве самостоятельного аппарата при воздействии высокого напряжения в условиях загрязнения и увлажнения. Отсутствие трекингостойкой оболочки создает возможность протекания тока утечки по поверхности устройства. Использованные способы формирования измерительного сигнала (см., например, [3]), средства ввода в магнитооптический чувствительный элемент поляризованного светового сигнала и деления поляризованного светового сигнала на две различные пары взаимно ортогональных линейно поляризованных составляющих светового сигнала (см., например, [4]) не обеспечивают необходимой точности и стабильности измерений в реальных условиях эксплуатации.

Техническая задача предлагаемого изобретения «Волоконно-оптический трансформатор тока» заключается в повышении его надежности и стабильности измерений в условиях длительной эксплуатации при всех видах воздействующего электрического напряжения, воздействующих механических нагрузок и различных воздействиях факторов внешней среды.

Для решения поставленной задачи предложено следующее.

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.

Волоконно-оптический трансформатор тока, 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.

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

Волоконно-оптический трансформатор тока, 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.

Волоконно-оптический трансформатор тока, отличающийся тем, что токоведущий контур выполнен разъемным.

Волоконно-оптический трансформатор тока, отличающийся тем, что токоведущий контур выполнен неразъемным.

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

Волоконно-оптический трансформатор тока, отличающийся тем, что защитной оболочке придана ребристая форма.

Волоконно-оптический трансформатор тока, 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.

Волоконно-оптический трансформатор тока, отличающийся тем, что катушка из оптического волокна и оптически связанные с ней средство ввода в волокно поляризованного светового сигнала и средство деления поляризованного светового сигнала на взаимно ортогональные линейно поляризованные составляющие расположены на высоковольтной арматуре.

Волоконно-оптический трансформатор тока, отличающийся тем, что 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.

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

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

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

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

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

Волоконно-оптический трансформатор тока, в котором на конце магнитооптического чувствительного элемента установлен отражатель.

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

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

Для достижения поставленной технической задачи:

— в волоконно-оптическом трансформаторе тока, включающем 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, новым является то, что его элементы размещены на опорном изоляторе с защитным покрытием, снабженном высоковольтной арматурой и фланцем нулевого потенциала.

Обеспечив в предложенном устройстве выполнение средством деления функции деления на две различные пары взаимно ортогональных линейно поляризованных составляющих светового сигнала, отличающиеся угловой ориентацией, выполнение узлом преобразования функции преобразования этих составляющих в нормированные по интенсивности электрические сигналы, а блоком формирования выполнение функции формирования из полученных сигналов измерительного сигнала с учетом угла ориентации между парами и определения по нему измеряемой величины, мы реализуем большую точность и стабильность измерения в условиях реальной эксплуатации, в частности при воздействии температуры и вибраций.

Используя в предложенном устройстве токоведущий контур из двух и более витков, мы повысим точность измерения в диапазоне малых токов.

Используя в предложенном устройстве токоведущий контур в качестве элемента высоковольтной арматуры опорного изолятора, снабженной контактными площадками для присоединения подводящих проводов, и разместив катушку из оптического волокна непосредственно на высоковольтной арматуре, мы упростим устройство, обеспечив возможность создания трансформаторов тока на все классы напряжения.

Выполнив в предложенном устройстве токоведущий контур разъемным, мы обеспечим возможность оперативного измерения тока.

Выполнив в предложенном устройстве токоведущий контур неразъемным, мы повысим надежность трансформатора, исключив из токовой цепи дополнительные контактные соединения.

Снабдив предложенное устройство защитной оболочкой из кремнийорганической резины или другого диэлектрика, мы обеспечим его надежную защиту от внешних воздействий.

Придав защитной оболочке ребристую форму, мы снизим до необходимого уровня ток утечки по поверхности оболочки при ее загрязнении и увлажнении.

Снабдив предложенное устройство несколькими катушками из оптического волокна с различными параметрами, например числом витков или чувствительностью магнитооптического материала, часть которых предназначена для измерения тока, а другая часть — для работы релейной защиты, или для выполнения других функций, мы повысим точность измерения, увеличив диапазон измеряемого тока, и расширим функциональные возможности трансформатора.

Расположив на высоковольтной арматуре не только катушку из оптического волокна и оптически связанное с ней средство ввода в волокно поляризованного светового сигнала, но также и средство деления поляризованного светового сигнала на взаимно ортогональные линейно поляризованные составляющие, мы ликвидируем дополнительную погрешность измерения угла поляризации, связанную с двойным лучепреломлением светового луча при изгибе оптического волокна на участке между чувствительным элементом и фланцем нулевого потенциала.

Если мы концы катушки из оптического волокна проведем через внутреннюю полость опорного изолятора, а оптически связанные с ней средство ввода в волокно поляризованного светового сигнала и средство деления поляризованного светового сигнала на взаимно ортогональные линейно поляризованные составляющие расположим на фланце нулевого потенциала, то обеспечим защиту элементов трансформатора тока от внешних метеорологических воздействий, в том числе от увлажнения и загрязнения.

Используя для присоединения к внешней измерительной цепи соединители оптического волокна, мы обеспечим удобство эксплуатации и ремонта трансформатора тока.

Используя для присоединения к внешней измерительной цепи и герметизации внутренней полости опорного изолятора оптические элементы ввода-вывода излучения (окна, линзы), мы обеспечим дополнительную защиту элементов трансформатора тока от внешних метеорологических воздействий.

Выбрав в устройстве в качестве чувствительного элемента одномодовое оптическое волокно, мы обеспечим простоту исполнения трансформатора.

Если в устройстве в качестве чувствительного элемента мы выберем одномодовое оптическое волокно с малым внутренним двойным лучепреломлением, то повысим точность измерения.

При выборе в устройстве в качестве чувствительного элемента одномодового оптического волокна с сильным внутренним двойным лучепреломлением, преимущественно циркулярным, мы уменьшим влияние внутреннего и наведенного линейных двойных лучепреломлений и реализуем большую чувствительность и стабильность измерений, повысив устойчивость трансформатора к вибрациям и термическим напряжениям.

Установив на конце оптического волокна отражательный элемент, мы исключим зависимость выходного сигнала чувствительного элемента от формы (геометрии) катушки из оптического волокна оптического волокна. В качестве отражательного элемента может быть использовано зеркальное покрытие торца оптического волокна, нанесенное гальваническим способом, напылением в вакууме или каким-либо другим методом.

Выбрав форму катушки из оптического волокна из условия компенсации линейных двойных лучепреломлений, вызванных изгибом волокна при намотке, мы повысим точность измерений, исключив влияние двулучепреломления в волокне на состояние поляризации светового сигнала. Для этого, например, каждому участку оптического волокна, изогнутому по дуге окружности в какой-либо плоскости, должен быть сопоставлен такой же участок в перпендикулярной плоскости.

Преобразуя и передавая информацию об измеряемом токе в форме цифрового сигнала, мы повысим надежность передачи сигнала от трансформатора тока до контрольно-измерительной аппаратуры.

На фиг.1 представлена схема волоконно-оптического трансформатора тока. На фиг.2 показан вариант размещения элементов волоконно-оптического трансформатора тока с разъемным первичным токоведущим контуром. На фиг.3 показан вариант размещения элементов волоконно-оптического трансформатора тока с неразъемным первичным токоведущим контуром. На фиг.4 показана схема построения волоконно-оптического трансформатора тока с многовитковым токоведущим контуром.

На фиг.1 представлена схема волоконно-оптического трансформатора тока, включающего токоведущий контур 1, охваченный магнитооптическим чувствительным элементом 2 в виде катушки из оптического волокна, оптически связанные с чувствительным элементом средство 3 ввода в волокно поляризованного светового сигнала, средство 4 деления поляризованного светового сигнала на две различные пары взаимно ортогональных линейно поляризованных составляющих, различающиеся угловой ориентацией, а также узел 5 преобразования составляющих в нормированные по интенсивности электрические сигналы и блок 6 формирования измерительного сигнала с учетом угла ориентации между парами и определения по нему измеряемой величины.

Средство 3 ввода в волокно поляризованного светового сигнала, например, включает в себя источник линейно поляризованного излучения (полупроводниковый лазер), при необходимости дополнительные поляризатор, сохраняющее поляризацию оптическое волокно, фазовую пластину и соединитель оптического волокна (на фиг.1 не указаны). В состав средства 4 деления поляризованного светового сигнала на две различные пары взаимно ортогональных линейно поляризованных составляющих светового сигнала, например, входят соединитель оптического волокна (на фиг.1 не указан), коллимирующая линза 7 и поляризационные делители 8, 9. Преобразование составляющих светового сигнала в нормированные по интенсивности электрические сигналы осуществляется в соответствующих фотоэлектрических преобразователях 10-13 узла 5, предпочтительно состоящих из фотодиода и усилителя (на фиг.1 не обозначены). Блок 6 формирования включает в себя узел 14 фильтров нижних частот для выделения постоянных и переменных составляющих сигналов и узел 15 обработки, формирующий из полученных сигналов и их постоянных и переменных составляющих измерительный сигнал, по которому легко определяется измеряемая величина — переменный электрический ток. На фиг.1 обозначены:

i — переменный электрический ток;

I1 , I2, I3, l 4 — нормированные по интенсивности электрические сигналы;

— направления передачи светового и электрического сигналов;

М — измеряемый сигнал.

Для определения величины измеряемого сигнала М целесообразно использовать аналого-цифровой преобразователь (АЦП) в сочетании с электронной вычислительной машиной, например, на базе персонального компьютера PC IBM.

На фиг.2 показан вариант размещения элементов волоконно-оптического трансформатора тока с разъемным токоведущим контуром на опорном изоляторе, а на фиг.3 — вариант с неразъемным первичным токоведущим контуром (на примере конкретного исполнения). Токоведущий контур 1 волоконно-оптического трансформатора тока включает контактные площадки 16 для присоединения подводящих проводов. Токоведущий контур 1 волоконно-оптического трансформатора тока является элементом высоковольтной арматуры опорного изолятора 17, снабженного защитным покрытием 18 и фланцем 19 нулевого потенциала. Волоконно-оптический трансформатор тока включает магнитооптический чувствительный элемент в виде размещенной непосредственно на высоковольтной арматуре катушки 20 из оптического волокна с защитной оболочкой 21. Концы 22 катушки 20 проведены через внутреннюю полость опорного изолятора 17. Оптически связанные с катушкой 20 средства 23 ввода в волокно поляризованного светового сигнала и деления поляризованного светового сигнала на взаимно ортогональные линейно поляризованные составляющие расположены на фланце 19 нулевого потенциала, а для присоединения к внешней измерительной цепи использованы соединители 24 оптического волокна.

На фиг.4 показана схема построения волоконно-оптического трансформатора тока с многовитковым токоведущим контуром, состоящим из П-образных отрезков токоведущей шины 25 и перемычек 26. На фиг.4 показан токоведущий контур, состоящий из четырех витков. Сходным образом может быть сформирован токоведущий контур, состоящий из произвольного числа витков.

Рассмотрим по схеме на фиг.1 принцип работы устройства по п.п.1 и 2 формулы. Измеряемый электрический ток i создает вокруг проводника 1 магнитное поле. При прохождении линейно поляризованного света от источника излучения средства 3 через находящийся в этом поле магнитооптический материал длиной l (чувствительный элемент 2) происходит вращение его плоскости поляризации на угол

где V — константа Верде материала;

Н l — составляющая магнитного поля вдоль направления распространения света.

При выборе в качестве чувствительного элемента 2 оптического волокна, образующего n витков вокруг проводника 1 с измеряемым электрическим током i, угол α поворота плоскости поляризации света на выходе волокна составит α =Vni.

Световой сигнал, прошедший коллимирующую линзу 7, далее подается на поляризационные делители 8 и 9 средства деления 4.

При использовании одного поляризационного делителя, как правило, установленного под углом 45° к направлению поляризации падающего света, световой сигнал делится на пару взаимно ортогональных линейно поляризованных составляющих. В идеальном случае (при отсутствии двойных лучепреломлений, вызванных, например, термическими и механическими напряжениями) эти составляющие преобразуются в узле 5 в нормированные по интенсивности электрические сигналы Il=I0cos 2(α +45°) и I2=I 0sin2(α +45°). Здесь величина Io соответствует интенсивности света на входе поляризационного делителя 8, 9. Производя в блоке формирования 6 операции деления разности интенсивностей на их сумму, можно сформировать измерительный сигнал, зависящий только от угла поворота плоскости поляризации, а значит, и от величины измеряемого тока

М=(I1-I 2)/(I1+I2)=sin(2 α )=sin(2Vni),

где М — величина измерительного сигнала,

и по нему найти измеряемую величину i=arcsin(M/2Vn).

В реальной оптической системе под воздействием внутренних и внешних факторов (линейное двойное лучепреломление в чувствительном элементе, изгибы волокна — так называемый геометрический эффект, вибрации, термические напряжения и пр.) изначально линейное состояние поляризации светового сигнала преобразуется в эллиптическое, азимутальный угол которого относительно направлений поляризационного делителя может отличаться от 45°. В итоге это ведет к смещениям «рабочей точки», и чувствительность трансформатора становится нестабильной, сильно зависящей от условий измерения.

Использование двух поляризационных делителей 8 и 9, осуществляющих деление светового сигнала на две различные пары взаимно ортогональных линейно поляризованных составляющих светового сигнала, отличающиеся угловой ориентацией, позволяет получить информацию о состоянии поляризации светового сигнала в волокне, то есть о величине смещения «рабочей точки». Например, для частного случая, когда угол эллиптичности € =0 и уход «рабочей точки» связан с изменениями азимутального угла вектора поляризации, алгоритм формирования измерительного сигнал М при установке поляризационных делителей с углом между направлениями поляризации пар пучков, равным ± π /4±k π /2 (k — целое число) соответствует относительно простому выражению

Преимущества оптических датчиков и трансформаторов тока и напряжения

13 марта 2017 г., Опубликовано в статьях: EE Publishers, статьях: Energize

Майка Рикрофта, редактора функций, EE Publishers

Трансформаторы тока (ТТ) и трансформаторы напряжения (ТН) широко используются на подстанциях для измерения и контроля напряжения и тока.Эти измерения составляют важную часть операций и функций защиты на подстанции, поэтому важны надежность и точность трансформаторов напряжения и тока (VCT). Новое поколение цифровых ТТ и ТН, основанных на оптических эффектах, предлагает значительные преимущества по сравнению с обычными приборами.

Волоконно-оптические датчики тока и напряжения обладают значительными преимуществами по сравнению с традиционными технологиями измерения тока и напряжения:

• Чувствительный элемент естественным образом отделен от линии напряжения.
• Электрические помехи на сигнальной линии минимальны.
• Они предлагают чрезвычайно быстрое время отклика с высокой точностью измерения.
• Размер и вес датчиков уменьшены по сравнению с существующими технологиями.
• Они не взрываются при катастрофическом отказе, в отличие от масляных электроизоляционных опор.

Рис. 1: Оптико-магнитный эффект Фарадея [2].

Кроме того, они по своей природе свободны от магнитного насыщения и обычно имеют полосу измерения в диапазоне кГц.Возможна также полоса пропускания в диапазоне десятков или сотен кГц. В результате волоконно-оптические трансформаторы тока обеспечивают в пределах своего диапазона измерения истинное изображение первичного тока, в том числе в случае быстрых переходных токов, токов короткого замыкания и переменного тока со смещением постоянного тока. Оптические VCT

легкие и компактные. Это позволяет эксплуатировать их не только как автономные устройства, но и легко интегрировать в другие источники питания. Площадь подстанции и затраты на установку снижаются.Другими преимуществами являются повышенная безопасность (отсутствие риска разрыва вторичных цепей ТТ или катастрофического отказа) и экологичность (отсутствие масла). Оптические датчики тока сразу же совместимы с современной цифровой связью подстанции, что помогает избавиться от большого количества медных кабелей [2].

Оптоволоконные датчики представляют особый интерес для приложений в высоковольтных средах электроэнергетики из-за их характерных свойств, включая диэлектрическую природу, устойчивость к электромагнитным помехам, а также небольшие размеры и вес.Датчик тока использует эффект Фарадея в термически отожженной катушке чувствительного волокна. Датчики напряжения основаны на эффекте Поккельса в электрооптических кристаллах или обратном пьезоэлектрическом эффекте в кристалле кварца цилиндрической формы.

Рис. 2: Основной метод измерения вращения поляризации [2].

Трансформаторы тока оптические

Эффект Фарадея

Эффект Фарадея — это магнитооптический эффект, который вызывает изменение состояния поляризации света в присутствии магнитного поля.Он описывает вращение поляризации света, распространяющегося в направлении магнитного поля. Когда луч света проходит через материал, демонстрирующий эффект Фарадея, поляризация света будет повернута на угол θ, который зависит от напряженности магнитного поля, параллельного направлению распространения света.

Эффект Фарадея пропорционален намагничиванию материала. Вращение может быть описано в терминах напряженности магнитного поля β и постоянной Верде V.

(1)

Что в случае постоянного однородного магнитного поля уменьшается до

θ = V ∙ β ∙ L (2)

Постоянная Верде V представляет собой удельное вращение материала и определяется как угол над магнитным полем, умноженный на длину. V определяется магнитными свойствами материала.

β — составляющая плотности магнитного потока, параллельная направлению распространения света.

Измерение чередования фаз

Все принципы обнаружения эффекта Фарадея в основном основаны на обнаружении интенсивности.Однако структура, материалы и путь света различных датчиков Фарадея сильно различаются. Есть несколько методов измерения чередования фаз. Самый простой и самый общий использует поляризатор, как показано на рис. 2 [2]. Магнитное поле в среде Фарадея можно измерить, определив вращение поляризации θ, которое происходит после того, как пучок линейно поляризованного света прошел через среду Фарадея. Это можно сделать, измерив интенсивность светового луча после прохождения второго поляризатора.Интенсивность этого светового луча зависит от угла поворота и, следовательно, от напряженности магнитного поля.

Рис. 3: Датчик тока с использованием интерферометра [1].

Характеристика датчика определяется ориентацией двух поляризаторов друг относительно друга. Угол между осями передачи поляризаторов определяет, насколько величина передаваемой интенсивности изменяется с изменяющимся магнитным полем. Углы могут быть выбраны в диапазоне от 0 ° до 90 °, что дает те же результаты для всех других квадрантов.Результирующие интенсивности могут быть рассчитаны с использованием закона Малюса: учитывая, что линейно поляризованный световой луч падает на поляризатор, его перпендикулярная составляющая луча блокируется. Следовательно, амплитуда света, пропущенного поляризатором, показана в формуле. 3.

E (θ) = E0 cos (θ) (3)

А интенсивность проходящего света дается формулой в ур. 4.

I (θ) = I0 cos2 (θ) (4)

Где:

E0 — вектор электрического поля,
I0 — интенсивность падающего луча.

В других методах обнаружения используются поляризационные разделяющие призмы и два детектора. Два ортогональных линейно поляризованных луча обнаруживаются отдельно. Преимущество этого метода состоит в том, что оптические потери в волокнах и материале датчика могут быть компенсированы. Вращение поляризации может быть получено напрямую путем сравнения сигналов двух датчиков.

Рис. 4: Типичная конструкция оптоволоконного датчика тока (ABB).

Более продвинутые методы используют интерферометры для измерения степени вращения [1].В схеме поляриметрического детектирования измерялось вращение плоскости поляризации линейно поляризованного света. Это вращение также можно измерить с точки зрения круговой поляризации, соответствующей разности фаз между двумя круговыми ортогональными модами (левой и правой круговой поляризацией). Это может быть сделано с использованием схемы интерферометрического обнаружения, в которой генерируется несущая частоты модуляции, а изменение оптической фазы, которое модулируется временной задержкой, индуцированной между плечами интерферометра, будет содержать информацию об электрическом токе.

На рис. 3 показан датчик тока, основанный на принципах интерферометра.

Волоконно-оптические кольца

В этом приложении само волокно действует как механизм преобразователя. Магнитооптический эффект используется для того, чтобы вызвать поворот угла поляризации света, распространяющегося в волокне, который пропорционален магнитному полю. Обычно волокно наматывается на электрический проводник, что делает его невосприимчивым к внешним токам и магнитным полям.Хотя постоянная Верде волокна не очень высока, измеримое вращение может быть достигнуто с помощью длинного волокна, намотанного вокруг проводника много раз. Чувствительность прибора можно изменять, изменяя количество витков волокна. Волокна обычно представляют собой одномодовые кремнеземные волокна и не требуют точного согласования или юстировки. Чувствительность можно регулировать, добавляя легирующие добавки к сердечнику или изменяя количество витков. Чтобы сохранить состояние поляризации в волокне между областью восприятия и источником / детекторами света, используются одномодовые волокна с сохранением поляризации.Эти волокна имеют сердцевину эллиптического поперечного сечения или анизотропию показателя преломления, создаваемую легирующими добавками или одноосным напряжением [1]. На рис. 4 показана типовая конструкция.

Этот тип прибора имеет то преимущество, что передача света в область измерения тока и из нее осуществляется с помощью оптических волокон, которые совместимы с аналоговым и цифровым оборудованием низкого напряжения, используемым для измерений и реле.

Рис. 5: Трансформатор тока с использованием объемного оптического материала [1].

Объемный оптический материал

Этот тип OCT аналогичен оптической реализации обычного CT. Он состоит из электрооптического материала, полностью закрывающего проводник (рис. 5). Было предложено множество конструкций, в которых световые лучи охватывают проводник с током ровно один или несколько раз. Эти датчики изготовлены из цельностеклянных блоков с относительно низкими константами Верде и не имеют проблем, связанных с изгибом, возникающих в чувствительных элементах оптического волокна.Оптический материал собран в форме четырехугольника вокруг проводника, как показано на рис. 6.

Оптические трансформаторы напряжения

Оптические датчики напряжения (OVT) отличаются от OCT тем, что напряжение подается по длине датчика. Подобно OCT, напряжение влияет на свойства света, проходящего через оптический материал, и это используется для обеспечения измерения.

Эффект Поккельса: двулучепреломление (двулучепреломление)

Большинство оптических датчиков напряжения основаны на электрооптическом кристалле (ЭО) и продольном эффекте Поккельса.Передача света в область измерения напряжения и из нее осуществляется с помощью оптических волокон, которые обеспечивают внутреннюю невосприимчивость к электромагнитным помехам и совместимость с аналоговым и цифровым оборудованием низкого напряжения, используемым для измерений и ретрансляции. ЭО материалы, обычно кристаллы, изменяют свой показатель преломления под действием электрического поля. Поле может быть приложено вдоль направления распространения или под прямым углом к ​​нему. Эффект изменения показателя преломления заключается в изменении фазы светового луча, проходящего через кристалл.Это изменение фазы также приводит к изменению поляризации луча. Электрооптические кристаллы обычно анизотропны.

Типичными кристаллами, используемыми в ячейках Поккельса, являются дигидрофосфат калия (KDP), ниобат лития (LiNbO3) и германганат висумута (Bi4Ge3O12).

Ячейка Поккельса изменяет поляризацию проходящего светового луча при приложении напряжения к ячейке, вызывая фазовую задержку между ортогональными поляризационными компонентами луча. В отсутствие приложенного поля нет разницы в фазовом запаздывании между ортогональными поляризационными компонентами светового луча, потому что показатель преломления одинаков для обоих направлений поляризации и, следовательно, нет изменения поляризации в проходящем свете.Однако приложенное электрическое поле создает быстрые и медленные оси под углом 90 ° друг к другу. Разница в скорости для лучей с компонентами поляризации вдоль этих двух направлений при приложенном напряжении замедляет фазу одной компоненты поляризации относительно другой, тем самым изменяя состояние поляризации выходящего луча.

Рис. 6: Оптический преобразователь напряжения на основе обратного пьезоэффекта [5].

Для обнаружения поляризация должна изменяться менее чем на 90 °, и это ограничивает максимальное напряжение, которое может быть приложено к кристаллу любых конкретных размеров.Это максимальное напряжение известно как полуволновое напряжение или полуволновая напряженность поля. Типичные полуволновые напряжения для некоторых материалов ЭО находятся в диапазоне от 3 до 75 кВ [3, 6].

Проблема с использованием эффекта Поккельса для высоких напряжений заключается в чувствительности кристалла EO, которая обычно слишком высока по сравнению с измеренным напряжением.

Традиционное решение состоит в использовании емкостных делителей для получения небольшой части общего напряжения на оптическом датчике напряжения. Однако этот метод ограничивает производительность технологии оптических измерений из-за высокой стоимости и проблемы стабильности емкостных делителей.Другой метод заключается в использовании многосегментного датчика, который состоит из кристаллических пластин и прокладок из диэлектрического материала. Полуволновое напряжение многосегментного датчика намного больше, чем у одиночного кристалла ЭО при продольной модуляции [3].

Пьезооптический датчик напряжения

Разработаны высоковольтные ОВТ, использующие пьезоэлектрический эффект. Система состоит из пьезоэлектрического кристалла, который механически деформируется под действием электрического поля.Деформация передается оптическому волокну, намотанному вокруг кристалла, вызывая сдвиг фазы и полярности света, проходящего через волокно, который пропорционален приложенному напряжению. Изготовлены блоки с диапазонами измерения до 420 кВ. Типичный блок 170 кВ показан на рис. 6 [5].

Рис. 7: Комбинированный оптический трансформатор тока и напряжения [3].

Комбинированный композитный изолятор

Одним из наиболее полезных применений является комбинированный трансформатор тока и напряжения, который объединяет OCT с OVT в единой изоляционной оболочке.OCT устанавливается в верхней части изолятора, а OVT находится внутри изолированной оболочки. На рис. 7 показан один из продуктов, представленных на рынке.

Применение в цифровой подстанции

OCVT

доступны от большинства основных производителей распределительных устройств и, поскольку они не должны быть автономными системами, встраиваются в распределительные устройства высокого и среднего напряжения в качестве стандартной функции. Доступные с цифровыми выходами, соответствующими IEC 61850 и другим стандартам, они готовы к интеграции в системы управления будущего.OCT и OVT были включены в оборудование подстанции и являются важным элементом цифровой подстанции, например, выключателями-разъединителями ABB [3]. OCVT также могут быть модернизированы для существующего оборудования и доступны для мобильных измерений, которые были бы невозможны с обычными CT. Использование волокна в качестве датчика позволяет использовать OCT в приложениях, которые исключают использование обычного CT.

Список литературы

[1] Р. Сильва и др.: «Оптические датчики тока для систем большой мощности: обзор», Прикладная наука, 2012 г.
[2] S Liehr: «Оптическое измерение токов в преобразователях мощности», www.researchgate.net/publication/237212593_Optical_Measurement_of_Currents_in_Power_Converters
[3] К. Бонхерт и др.: «Волоконно-оптические датчики тока и напряжения для высоковольтных подстанций» 16-я Международная конференция по оптоволоконным датчикам, октябрь 2003 г.
[4] Э. Лэнгфорд и Дж. Свиндлхерст: «Оптические датчики тока и напряжения» www.ieso.ca/Documents/imowebpub/200705/rm_pres-20070307-Ontario-IESO-Pres .pdf
[5] К. Бонхерт и др.: «Волоконно-оптический датчик напряжения с использованием волоконно-гироскопической технологии», Proceedings Eurosensors XXIV, сентябрь 2010 г.
[6] Л. Пихейро и др.: «Оптический измерительный преобразователь высокого напряжения с использованием интерферометрии белого света», Annals of optics, 2002.

Отправляйте свои комментарии на адрес [email protected]

Статьи по теме

Портал ресурсов правительства ЮАР по коронавирусу COVID-19

Постановлениями министерства предлагается 13813 МВт новых построек на НПЗ, Eskom — нет.

Настало время для южноафриканской национальной ядерной компании Necsa

Разбираясь со слоном в комнате, это Эском…

Интервью с министром полезных ископаемых и энергетики Гведе Манташе

Механизм повреждения оптоволоконного трансформатора тока на основе метода обработки сигналов

Волоконно-оптический трансформатор тока (FOCT) с модуляцией синусоидальной волны широко используется в проекте передачи постоянного тока, а его частота отказов намного выше, чем у электромагнитного тока. трансформатор, который серьезно угрожает безопасной работе электросети.Чтобы исследовать механизм неисправности FOCT, создается модель выходного сигнала фотодетектора FOCT, и анализируются его основные методы модуляции и демодуляции, чтобы исследовать факторы влияния метода обработки сигнала, используемого при вычислении измеренного тока. Установлено, что уменьшение составляющей второй гармоники на выходе фотодетектора является основной причиной неисправности FOCT, а оптический путь, амплитуда сигнала модуляции и измеренный ток являются важными факторами, влияющими на составляющую второй гармоники.Закон влияния трех факторов на составляющую второй гармоники рассчитан путем моделирования и приведены характерные различия между ними. Наконец, в лаборатории было проведено моделирование неисправности интенсивности света FOCT и схемы модуляции, и результаты подтверждают правильность теоретического анализа. Исследования в этой статье служат справочными материалами для анализа неисправностей и повышения надежности FOCT.

1. Введение

В последние годы ускоряется строительство линии электропередачи постоянного тока сверхвысокого напряжения (UHVDC).В Китае действует более 30 преобразовательных подстанций, которые составляют магистральную сеть междугородной и межрегиональной передачи электроэнергии [1–3]. Как основной датчик сбора аналоговых данных для системы управления и защиты, трансформатор постоянного тока в технике постоянного тока оказывает непосредственное влияние на безопасность и стабильность энергосистемы, и исследования механизма его неисправности также становятся все более актуальными.

Трансформаторы постоянного тока можно разделить на два типа по принципу работы: нулевой поток и фотоэлектрический [4, 5], причем последний включает в себя активные и пассивные электронные трансформаторы тока, типичными представителями которых являются фотоэлектрические трансформаторы тока на основе по принципу шунта и волоконно-оптическому трансформатору тока (ВОСТ) на основе магнитооптического эффекта Фарадея соответственно [6–8].Многие исследователи проанализировали аномальные рабочие характеристики различных типов трансформаторов постоянного тока, которым было уделено большое внимание. Байесовский метод используется для оценки рабочего состояния лазеров источника питания фотоэлектрического трансформатора тока путем измерения тока источника питания БУ [9]. Предложены методы мониторинга состояния и диагностики неисправностей в FOCT с использованием модели, основанной на дисперсии Аллана, и результаты экспериментов показывают, что методы диагностики точны и эффективны для выявления особенностей неисправности [10].Создана динамическая имитационная модель FOCT в реальном времени, проанализировано влияние температуры на постоянную Верде и волновую пластину оптического волокна, дан всесторонний анализ моделирования ошибок и экспериментальная проверка FOCT при колебаниях температуры, а также конкретные меры. температурной компенсации предложены [11, 12]. В соответствии с топологией преобразовательной подстанции построена конфигурационная матрица трансформатора постоянного тока, предложен метод диагностики аномального состояния трансформатора в реальном времени с использованием причинно-следственной сети, а моделирование аномального состояния трансформатора доказывает эффективность метода [13 ].Анализ влияющих факторов на выходной сигнал детектора оптоволоконного трансформатора тока исследуется путем установления выхода детектора FOCT, а расчет и моделирование выполняются для изучения закона влияния факторов [14].

Однако вышеупомянутое исследование в основном сосредоточено на анализе неисправности трансформатора постоянного тока или его погрешности измерения при определенном влияющем факторе (например, температуре), в то время как мало что было сделано для выявления механизма неисправности, основанного на его методе обработки сигналов. .В этой статье создается модель выходного сигнала фотодетектора FOCT с синусоидальной модуляцией для исследования механизма его неисправности, а факторы, влияющие на метод обработки сигнала, дополнительно анализируются для изучения причины неисправности. Обнаружено, что составляющая второй гармоники на выходе фотодетектора является ключевым параметром для расчета измеренного тока, а влияние оптического пути, амплитуды сигнала модуляции и измеренного тока на составляющую второй гармоники рассчитывается путем моделирования и проверяется экспериментально. .

2. Принцип работы FOCT

FOCT измеряет первичный ток путем обнаружения интерференционной разности фаз двух поляризованных световых лучей при магнитооптическом эффекте Фарадея [15, 16]. Принципиальная схема на Рисунке 1 показывает принцип работы FOCT. Управляемый схемой управления источником СИД, световой сигнал от источника СИД входит в поляризатор, чтобы сформировать линейно поляризованный свет после прохождения через ответвитель. После разделения 45 ° слияния линейно поляризованный свет превращается в два перпендикулярных линейно поляризованных света по оси x- и y- , которые все еще остаются ортогональными друг другу после фазовой модуляции и передачи в волокне с сохранением поляризации.Проходя через волновую пластину, два луча ортогонально поляризованных источников света соответственно преобразуются в свет с левой и правой круговой поляризацией и попадают в измерительный контур, где они генерируют фазовый сдвиг Фарадея, пропорциональный измеренному первичному току, под действием Магнитооптический эффект Фарадея. В отражателе состояния поляризации двух лучей меняются местами, и магнитооптический эффект Фарадея магнитного поля снова проявляется в чувствительной петле.Фазовый сдвиг между двумя световыми лучами с круговой поляризацией удваивается, и два луча восстанавливаются до перпендикулярных источников света после волновой пластины, которые затем интерферируют друг с другом и попадают в фотодетектор после точки слияния 45 °. Наконец, интенсивность света с информацией о токе отправляется в детектор через ответвитель, усиливается усилителем, преобразуется преобразованием A / D и обрабатывается блоком обработки сигналов для вычисления первичного тока.

Во время всей передачи световой сигнал сначала передается по часовой стрелке, а свет с левой и правой круговой поляризацией производит фазовый сдвиг Фарадея соответственно; в отражателе световой сигнал становится против часовой стрелки, и левосторонние и правосторонние источники света с круговой поляризацией производят одинаковый фазовый сдвиг Фарадея. Следовательно, есть два фазовых сдвига Фарадея на поляризаторе после интерференции, и интенсивность света, обнаруженная фотодетектором, может быть выражена как Источник светодиода, и представляет собой фазовый сдвиг Фарадея (, и представляют количество петель измерения, величину первичного тока и постоянную Верде волокна, соответственно).

Из вышеупомянутого процесса видно, что когда световой сигнал возвращается в катушку от отражателя, падающий и отраженный поляризованный свет меняет состояние поляризации, так что влияние дополнительного линейного двойного лучепреломления устраняется. Между тем, для магнитооптического эффекта Фарадея нет взаимности, и сдвиг фазы удваивается. Следовательно, ВОЛС с такой отражающей интерференционной структурой может не только уменьшить влияние линейного двойного лучепреломления, но также удвоить магнитооптический эффект Фарадея и повысить чувствительность измерения.

3. Анализ механизма неисправности FOCT

3.1. Модель выходного сигнала фотодетектора FOCT

Из уравнения (1) можно вывести, что выходной сигнал фотодетектора FOCT не может различать направление тока и имеет низкую чувствительность. Следовательно, необходимо применить фазовую модуляцию к поляризованным светам двух лучей с помощью фазового модулятора. Как правило, существует два вида фазовой модуляции, а именно модуляция синусоидальной волны и модуляция прямоугольной формы [17, 18].Для модуляции синусоидальной волны фазовый модулятор PZT (пьезокерамический) обычно вставляется в волоконную катушку с учетом стоимости, а синусоидальная фазовая модуляция генерируется для светового сигнала в волоконном кольце путем подачи синусоидального сигнала на PZT. Прямоугольная модуляция обычно использует механизм фотоэлектрической модуляции, такой как кристалл ниобата лития, а его частота модуляции достигает тысяч МГц, что позволяет достичь большей точности измерения. Тем не менее, модуляция синусоидальной волны широко используется в преобразовательных подстанциях в Китае благодаря преимуществам низкой стоимости, отсутствия необходимости объединения оптических волокон в полевых условиях, простоты установки и достаточной точности измерений для технических требований.

Для FOCT с синусоидальной модуляцией сигнал модуляции задается где и представляет собой амплитуду и угловую частоту сигнала модуляции. Обозначим временную задержку в оптическом волокне, а фазовую модуляцию, создаваемую суперпозицией передающего и отраженного лучей, можно понять из следующего:

Вводя уравнения (2) и (3) в уравнение (1), выходной сигнал фотодетектора равен

Пусть, и определим его как коэффициент модуляции,; тогда уравнение (4) может быть записано как

В соответствии с формой разложения функции Бесселя, где — функция Бесселя 2-го порядка от.Мощность фотоприемника может быть расширена следующим образом: где равно

3.2. Метод обработки сигнала

Как указано в уравнении (7), выходной сигнал фотодетектора можно рассматривать как сумму бесконечных гармоник, в то время как каждая гармоника несет информацию о фазовом сдвиге Фарадея, пропорциональную измеренному току. Для расчета измеренного тока основные составляющие и составляющие второй гармоники принимаются равными

. Как правило, фазовый сдвиг Фарадея невелик, и, таким образом, основная составляющая намного меньше, чем составляющая второй гармоники.Чтобы получить более высокую чувствительность, отношение амплитуд второй гармоники к основной гармонике может быть получено следующим образом:

Наконец, измеренный ток получается путем вычисления фазового сдвига Фарадея:

Его можно получить из уравнения (12 ), что компоненты основной и второй гармоник должны быть извлечены для обработки сигналов для FOCT с модуляцией синусоидальной волны. Однако расчет в реальном времени относительно сложен для получения измеренного тока.Поскольку фазовый сдвиг Фарадея невелик и может быть выражен как

, приближение малого угла обычно применяется для экономии вычислений, чтобы удовлетворить требованиям измерения в реальном времени:

3.3. Анализ механизма неисправности

Уравнение (12) указывает, что вычисление измеренного тока связано с амплитудой основной составляющей, второй гармонической составляющей и функциями Бесселя первого и второго порядка коэффициента модуляции. Модуляция синусоидальной волны дополняется аналоговой схемой, которая вносит большой электронный шум в FOCT.Чтобы обеспечить точность расчета измеренного тока, для обработки сигнала требуется определенное отношение сигнал / шум (SNR). Следовательно, следует оценить амплитуду эффективного сигнала и послать сигнал тревоги о неисправности, чтобы указать ненормальное текущее рабочее состояние FOCT, когда этот сигнал слишком низкий для достижения достаточного отношения сигнал / шум.

Комбинируя уравнения (9) и (10), можно увидеть, что среди четырех факторов,,, и влияющих на измеренный ток в уравнении (12), функции Бесселя первого и второго порядка коэффициента модуляции содержатся в основная и вторая гармоническая составляющие.Кроме того, основная гармоническая составляющая намного меньше второй из-за малой величины фазового сдвига Фарадея; таким образом, составляющая второй гармоники является оптимальным сигналом для оценки рабочего состояния FOCT. Фактически, из уравнения (10) можно вывести, что составляющая второй гармоники не только пропорциональна коэффициенту фотоэлектрического преобразования, потерям при пропускании и интенсивности света, но также тесно связана с коэффициентом модуляции и фазовым сдвигом Фарадея. Он не только отображает рабочее состояние оптического пути, но также отражает такие индикаторы, как схема модуляции и фазовый сдвиг Фарадея.Поскольку количество измерительных петель и постоянная Верде не изменяются во время стабильной работы, измеренный ток является показателем. Следовательно, оптический путь, амплитуда сигнала модуляции и измеренный ток являются тремя основными факторами, влияющими на составляющую второй гармоники. Изменение этих коэффициентов может снизить амплитуду второй гармонической составляющей и дополнительно вызвать аварийный сигнал неисправности FOCT, если он окажется меньше порогового значения, требуемого SNR для обработки сигнала.

4.Численный расчет

4.1. Имитационная модель

Для анализа влияния оптического пути и схемы модуляции на вторую гармонику и дальнейшего изучения механизма неисправности FOCT вычисляется правило изменения составляющей второй гармоники при различных параметрах оптического пути и схемы модуляции. В имитационной модели произведение, и соответствует оптическому пути; для схемы модуляции длина оптического волокна составляет 150 м, что соответствует временной задержке для кругового обхода, а амплитуда и угловая частота сигнала модуляции равны и, соответственно; таким образом, коэффициент модуляции; для измеренного тока,,,, и.

4.2. Влияние параметров оптического пути

В соответствии с параметрами моделирования в разделе 4.1, влияние параметров оптического пути на выходной сигнал фотодетектора FOCT сравнивается, когда и, и результаты показаны на рисунке 2.

Результаты в На рисунке 2 показано, что когда произведение параметров оптического пути уменьшается с 2 В до 1 В, пик выходного сигнала фотодетектора также уменьшается с 2 В до 1 В, что указывает на наличие положительной пропорциональной зависимости между ними.Канавка выходного пика генерируется так же, как выходной сигнал в уравнении (5), а амплитуда второго полупериода проходит через амплитуду первой половины.

На рисунке 3 показаны результаты сравнения составляющих второй гармоники по двум параметрам. Очевидно, что амплитуда второй гармоники также пропорциональна произведению параметров оптического пути. Следовательно, выходной сигнал фотодетектора и его вторая гармоническая составляющая, содержащая информацию о фазовом сдвиге Фарадея, также будет уменьшаться, когда затухание на оптическом тракте велико в случае дефектного процесса сращивания волокон, загрязнения стыка оптоволокна, а также ослабления или даже разрыва соединения оптического волокна.Если амплитуда второй гармонической составляющей ниже, чем требуется для SNR, FOCT не может продолжить демодуляцию сигнала для измеренного тока, и будет сгенерирован сигнал неисправности. Проблемы с оптическим трактом можно решить путем усиления управления и контроля технологии сварки в процессе строительства завода и регулярного технического обслуживания, но при сварке оптического волокна все еще есть некоторые скрытые опасности из-за плохих условий окружающей среды, таких как пыль, температура и влажность.

4.3. Влияние параметров схемы модуляции

Уравнение (7) показывает, что при определении фазового сдвига Фарадея амплитуда каждой гармонической выходной мощности фотодетектора FOCT тесно связана со значением функции Бесселя коэффициента модуляции. Чтобы интуитивно отобразить взаимосвязь между амплитудой каждой гармоники и коэффициентом модуляции, значение функции Бесселя 0–4-го порядка вычисляется путем моделирования, и результаты показаны на рисунке 4.

Как показано на рисунке 4, за исключением того, что функция Бесселя 0-го порядка достигает максимального значения, когда 0, функции Бесселя другого порядка имеют значение 0, когда равно 0, и представляют тенденцию затухания колебаний с увеличением. Кроме того, функция Бесселя более низкого порядка сначала достигает максимальной амплитуды раньше, чем функция Бесселя более высокого порядка, при этом максимальная амплитуда функции Бесселя каждого порядка также постепенно уменьшается. Следовательно, чтобы обеспечить чувствительность обработки сигнала, в качестве подходящего сигнала следует выбирать составляющие основной гармоники и второй гармоники.Можно видеть, что, когда и, составляющие основной и второй гармоник достигают максимума, соответственно, что также является зоной общего значения коэффициента модуляции фазового модулятора PZT.

В практических инженерных приложениях задержка передачи оптического волокна и угловая частота сигнала модуляции являются фиксированными параметрами при установке FOCT, и только амплитуда сигнала модуляции легко зависит от длинного кабеля модуляции из-за параметр распределения длинного кабеля, что приводит к ослаблению амплитуды коэффициента модуляции и дальнейшему влиянию на выходной сигнал FOCT.На рисунке 5 показан выходной сигнал фотодетектора FOCT при 4, 2 и 1 рад соответственно.

Очевидно, что при 4 рад, 2 рад и 1 рад соответственно максимальное значение на выходе фотодетектора сохраняет 2 В, а минимальное значение составляет 0,36 В, 1,34 В и 1,75 В соответственно, что указывает на уменьшение диапазона вывода при уменьшении. Это связано с тем, что при уменьшении коэффициент модуляции также уменьшается, что приводит к увеличению минимального значения выходного сигнала фотодетектора в уравнении (5).Величина канавки для разных амплитуд сигналов модуляции также постепенно увеличивается, что вызвано уменьшением.

На рисунке 6 показано сравнение составляющих второй гармоники при различных амплитудах сигнала модуляции. Когда это 4 рад, 2 рад и 1 рад, пиковое значение составляющих второй гармоники составляет 0,71 В, 0,22 В и 0,05 В, что соответствует тенденции к быстрому снижению.

Это связано с тем, что уменьшение приводит к падению, что снижает амплитуду второй гармонической составляющей (как показано на рисунке 4, существует положительная пропорциональная зависимость между ее функцией Бесселя 2-го порядка, когда она не больше чем 3.1 рад). Очевидно, что когда ослабление амплитуды сигнала модуляции приводит к тому, что амплитуда второй гармонической составляющей становится меньше, чем требуется для отношения сигнал / шум, FOCT не сможет нормально рассчитать измеренный ток и сгенерировать аварийный сигнал. Ослабления сигнала модуляции можно избежать, подключив конденсаторы на CMB для стабилизации напряжения модуляции.

4.4. Влияние измеряемого тока

Из уравнения (10) можно вывести, что составляющая второй гармоники колеблется, когда фазовый сдвиг Фарадея изменяется вместе с измеряемым током.Чтобы проанализировать влияние измеренного тока на выход фотодетектора FOCT, выходной сигнал фотодетектора и составляющие второй гармоники рассчитываются, когда измеренный ток составляет 2000 А и 10000 А, соответственно, и результаты показаны на рисунке 7.

Фазовый сдвиг Фарадея составляет 0,192 рад и 0,96 рад, когда измеренный ток составляет 2000 А и 10000 А, соответственно. Из рисунка 7 видно, что значение выходного сигнала фотодетектора уменьшается при увеличении измеряемого тока.Это 0,39 В при 2000 А. Однако канавка на выходе фотодетектора поднимается по мере увеличения измеряемого тока, что вызвано увеличением и.

Пиковое значение составляющей второй гармоники на Рисунке 8 составляет 0,7 В и 0,4 В при измеренном токе 2000 А и 10000 А, соответственно, что указывает на то, что составляющая второй гармоники уменьшается по мере увеличения измеренного тока. Это потому, что уменьшается с увеличением. Следовательно, увеличение измеряемого тока также приведет к уменьшению составляющей второй гармоники, что может привести к ошибке измерения FOCT, когда составляющая второй гармоники меньше требуемого отношения сигнал / шум.В таком случае необходимо уменьшить количество измерительных контуров, чтобы добиться измерения большого тока.

5. Экспериментальная проверка

5.1. Общий план эксперимента

Согласно результатам теоретического анализа, моделирование неисправности FOCT выполняется экспериментально, и общий план эксперимента показан на рисунке 9. Из-за ограничения амплитуды выходного тока источника постоянного тока, Проведен только эксперимент по влиянию параметров оптического тракта и схемы модуляции.На рисунке 9 FOCT в основном состоит из электронного блока в шкафу интерфейса измерения, блока управления кабелем (CMB), расположенного в поле переключателя, и головки оптоволоконного датчика, которые соединены кабелем и оптоволокном. Модулятор расположен в основании оптоволоконной сенсорной головки, и его сигнал модуляции выводится электронным блоком, передается по кабелю модулированного сигнала на CMB и, наконец, подключается к основанию сенсорной головки. Чтобы смоделировать изменение параметров оптического пути и схемы модуляции и дополнительно проанализировать механизм их влияния на отказ FOCT, аттенюатор оптического пути и аттенюатор сигнала модуляции добавляются к оптическому тракту и схеме модуляции, соответственно.Регулируя их затухание, можно изменить параметры оптического пути и схемы модуляции.

Пиковое значение на выходе фотодетектора FOCT составляет около 1,7 В, а амплитуда сигнала модуляции составляет 4,5 В. Другие параметры, такие как длина оптического волокна, угловая частота сигнала модуляции и количество чувствительные контуры согласуются с данными моделирования в разделе 4. Рисунок 10 представляет собой схему полевого подключения эксперимента.Для удобства подключения аттенюатор оптического тракта и аттенюатор сигнала модуляции подключены к оптическому тракту и схеме передачи сигнала модуляции в CMB. Аттенюатор оптического тракта обеспечивает ослабление оптического тракта за счет изменения интенсивности света, а аттенюатор сигнала модуляции имеет регулируемое сопротивление, которое изменяет изменение сигнала модуляции, поворачивая нагрузку всей цепи.

Конкретный рабочий процесс эксперимента выглядит следующим образом: источник постоянного тока обеспечивает постоянный ток для теста.Когда система находится в стабильном и нормальном рабочем состоянии, аттенюатор оптического тракта и аттенюатор сигнала модуляции соответственно используются для реализации ослабления параметров двух цепей. Параметры рабочего состояния FOCT контролируются в реальном времени компьютером, соединяющим электронный блок, а изменение выхода фотодетектора FOCT и его второй гармонической составляющей записываются в случае аварийной сигнализации.

5.2. Результаты моделирования параметров оптического тракта

При тестировании параметров оптического тракта имитационным моделированием степень ослабления аттенюатора оптического тракта отслеживается с помощью измерителя оптической мощности.В нормальных рабочих условиях оптическая мощность тракта составляет 150 мк Вт. Для имитации неисправности оптического тракта аттенюатор оптического тракта настраивается так, чтобы снизить мощность до 30 мк Вт, а световой индикатор неисправности FOCT горит. Выходной сигнал фотодетектора и сигнал второй гармоники в нормальных и аварийных условиях собираются и записываются соответственно. Результаты показаны на рисунках 11 и 12.

Из рисунка 11 видно, что пиковое значение выходного сигнала фотодетектора составляет около 1.7 В в нормальном состоянии, и когда оптическая мощность системы снижается до 30 мк Вт в неисправном состоянии, пиковое значение на выходе фотодетектора уменьшается до 0,4 В, что указывает на коэффициент ослабления, аналогичный коэффициенту ослабления оптической мощности. . Это показывает, что параметры интенсивности света на оптическом пути прямо пропорциональны амплитуде выхода фотодетектора, и подтверждает, что уменьшение интенсивности света приведет к уменьшению выхода фотодетектора в той же пропорции.

Рисунок 12 представляет собой сравнительную диаграмму составляющей второй гармоники в нормальных и аварийных условиях после ослабления оптической мощности, а пиковое значение составляющей второй гармоники снижено с 0,62 В до 0,13 В. Согласно приведенному описанию рабочих параметров FOCT Производитель сигнализирует о неисправности, когда пиковое значение составляющей второй гармоники ниже 0,36 В. Следовательно, FOCT находится в состоянии неисправности, когда оптическая мощность снижается до 30 мк Вт.

5.3. Результаты моделирования параметров схемы модуляции

Моделирование параметров схемы модуляции осуществляется путем уменьшения амплитуды сигнала модуляции FOCT. В нормальных условиях амплитуда сигнала модуляции FOCT составляет 4,5 В. Аттенюатор сигнала модуляции настроен на уменьшение амплитуды до 2,25 В, подаваемой на модулятор посредством деления напряжения, и, таким образом, горит сигнальная лампа неисправности FOCT. На рисунках 13 и 14 показаны выходной сигнал фотодетектора и составляющая второй гармоники при разных амплитудах сигнала модуляции.

Как показано на Рисунке 13, амплитуда выходного сигнала детектора колеблется от 0,3 В до 1,7 В в нормальных условиях. Когда сигнал модуляции уменьшается до половины от нормального состояния, пиковое значение выхода фотодетектора остается неизменным, в то время как его минимальное значение увеличивается до 1,15 В, что показывает, что уменьшение сигнала модуляции приведет к уменьшению коэффициента модуляции и в дальнейшем приведет к увеличение минимального значения на выходе фотоприемника, что подтверждается результатами моделирования в разделе 4.3.

Когда напряжение модуляции снижается до половины значения нормальных условий, пиковое значение составляющей второй гармоники уменьшается с 0,6 В до 0,2 В, как показано на рисунке 14. Это происходит из-за уменьшения сигнала модуляции. вызывает уменьшение коэффициента модуляции в той же пропорции, с 2,33 рад в нормальном состоянии до 1,165 рад в состоянии отказа. Из рисунка 4 видно, что когда коэффициент модуляции меньше 3,1 рад, уменьшение коэффициента модуляции приведет к быстрому уменьшению составляющей второй гармоники, а затем FOCT отправит сигнал неисправности, когда составляющая второй гармоники ниже нормального диапазона параметров.

6. Заключение

Чтобы исследовать механизм неисправности FOCT с модуляцией синусоидальной волны, в этой статье разработана модель выхода фотодетектора и дальнейшее изучение обработки сигналов для расчета измеренного тока. Теоретический анализ показывает, что уменьшение составляющей второй гармоники на выходе фотодетектора является основной причиной неисправности FOCT, а параметры оптического тракта, схемы модуляции и измеренного тока изменяют рабочее состояние FOCT, влияя на амплитуду второй гармоники, а влияние трех основных параметров на выходной сигнал фотодетектора и составляющую второй гармоники анализируется с помощью моделирования, и результаты показывают, что параметры оптического пути прямо пропорциональны выходному сигналу фотодетектора и составляющей второй гармоники, в то время как уменьшение амплитуды сигнала модуляции уменьшает динамический диапазон выходного сигнала фотоприемника и дополнительно снижает составляющую второй гармоники.Увеличение измеряемого тока уменьшает составляющую второй гармоники за счет увеличения фазового сдвига Фарадея. Эксперимент по моделированию оптического тракта и параметров схемы модуляции подтверждает правильность теоретического анализа, а результаты исследования могут быть использованы для поиска неисправностей и анализа повышения надежности FOCT.

Доступность данных

Данные, использованные для подтверждения выводов этого исследования, можно получить у соответствующего автора по запросу.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии потенциальных конфликтов интересов в отношении исследования, авторства и / или публикации этой статьи.

Благодарности

Проект был поддержан State Grid Jiangsu Electric Power Co., Ltd. (J2020012, Исследование механизма отказа и технологии повышения надежности волоконно-оптического трансформатора тока).

Объем рынка оптических магнитных трансформаторов тока, тенденции в отрасли 2026 г.

Перспективы рынка оптических магнитно-оптических трансформаторов тока — 2026 г.

Магнитооптический трансформатор тока — это устройство, которое использует влияние магнитного поля для изменения ориентации поляризованного света.Угол поворота зависит от напряженности магнитного поля. Таким образом, магнитооптический трансформатор тока работает по эффекту Фарадея для измерения электрического тока. Трансформатор индуктивного типа с сердечником и обмотками применяется на подстанциях и электростанциях для измерения электрического тока.
Преимущество магнитооптического трансформатора тока, такое как его устойчивость к высокому напряжению и отсутствие состояния насыщения, расширяет его применение в промышленности электростанций и контрольно-измерительной аппаратуре. Недостатки обычных трансформаторов, такие как насыщение магнитного поля сильным током, электромагнитные помехи и сложная изоляция, способствуют развитию рынка передовых магнитно-оптических трансформаторов тока.

Факторы, в том числе увеличение использования высоковольтных устройств на станциях производства, передачи и распределения электроэнергии, а также увеличение использования компьютерных и цифровых устройств в промышленности, способствуют росту рынка магнитно-оптических трансформаторов тока. На электростанции и подстанции используются трансформаторы тока индуктивного типа, для приложений большой мощности, фарфоровые изоляторы и другие, где эти обычные трансформаторы обеспечивают меньшую надежность с точки зрения поломки и повреждения устройства.Таким образом, использование магнитооптических трансформаторов тока обеспечивает сопротивление при работе с высоким напряжением.

Имеется несколько случаев, когда применение обычных трансформаторов под током высокого напряжения приводило к повреждению распределительных устройств, электрическому повреждению реле и сбоям в электроснабжении. Высокий уровень насыщения магнитно-оптического трансформатора тока решает эту проблему и поэтому предпочтителен для использования даже в компьютеризированных методах управления и цифровых устройствах. Следовательно, преимущества сопротивления току высокого напряжения повлияли на его применение на рынке производства электроэнергии.Использование магнитно-оптического трансформатора тока обеспечивает устойчивость к электромагнитным помехам, создаваемым контуром заземления, и обеспечивает защиту устройств.

Однако изгиб оптического волокна может привести к изменению показателя преломления и снижению чувствительности отклика, а также к увеличению влияния температуры из-за ободков в волокне. Таким образом, он является основным сдерживающим фактором для рынка магнитно-оптических трансформаторов тока. Увеличение автоматизации процессов в энергетике и секторе энергетики, таких как управление, коммутация, промышленные системы управления и различные вычислительные устройства, требует применения магнитно-оптических трансформаторов тока для прецизионного измерения тока, что расширило будущее рынка магнитно-оптических трансформаторов тока.

Рынок магнитно-оптических трансформаторов тока сегментирован по типу, применению и региону. По типу он делится на волоконный и безволоконный. В зависимости от области применения они подразделяются на трансформаторы, электронные измерительные устройства, сетевые устройства, системы электропитания и контрольно-измерительные приборы, подстанции линии электропередачи и электрические подстанции высокого напряжения (СВН). На основе региона он изучается в Северной Америке, Европе, Азиатско-Тихоокеанском регионе и LAMEA.

Ключевыми игроками на рынке магнитно-оптических трансформаторов тока являются ABB, PROFOTECH, TRENCH Group, ARTECHE, NR Electric Co., T&D и другие. Эти компании сосредоточены на исследованиях и разработках и стратегиях, которые поощряют расширение, сотрудничество и развитие с другими фирмами и помогают в увеличении доходов и расширении предложения продуктов в стандартизированной форме.

ОСНОВНЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА ДЛЯ ЗАИНТЕРЕСОВАННЫХ СТОРОН

• Это исследование включает аналитическое описание доли мирового рынка магнитно-оптических трансформаторов тока, а также текущие тенденции и прогнозы на будущее для определения ближайших инвестиционных карманов.
• В отчете представлена ​​информация об основных драйверах, ограничениях и возможностях.
• Текущий рынок подвергается количественному анализу с 2019 по 2026 год, чтобы выделить финансовую компетентность отрасли.
• Анализ пяти сил Портера показывает потенциал покупателей и поставщиков в отрасли магнитно-оптических трансформаторов тока.

КЛЮЧЕВЫЕ СЕГМЕНТЫ РЫНКА

По типу

По применению

• Трансформатор
• Электронные измерительные устройства
• Сетевые устройства
• Силовые системы и КИП
• Линия передачи-шина
• Электрооборудование (СВН) Подстанции

По регионам

• Северная Америка
• Европа
  • Великобритания
  • Германия
  • Франция
  • Италия
  • Остальная Европа
• Азиатско-Тихоокеанский регион
  • Китай
  • Индия
  • Корея
  • Япония
  • Остальные страны Азиатско-Тихоокеанского региона
• LAMEA

Тенденции и прогнозы рынка магнитооптических трансформаторов тока 2027

Спрос на мировом рынке магнитооптических трансформаторов тока растет благодаря достижениям в области магнитных и световых исследований.Открытие, сделанное Майклом Фарадеем в отношении линейно поляризованного света, актуально для широкого круга приложений. Использование магнитооптического трансформатора тока (МОСТ) также тесно связано с магнитными влияниями, обнаруженными Фарадеем в его исследованиях.

• Достижения в области производства электрических и электронных устройств сыграли важную роль в росте мирового рынка магнитооптических трансформаторов тока. Потребность в точности в области электрических преобразований открыла новые возможности для роста рынка.Кроме того, ключевым фактором спроса стала потребность в эффективности трансформаторов.
• Более того, необходимость измерения токов на электростанциях также требует использования MOCT. Появление подстанции для текущего мониторинга также стало устойчивой динамикой рынка. Существует стремительная потребность в улучшенных энергетических технологиях, и этот фактор играет осторожную роль в стимулировании рыночного спроса.
Аппараты высокого напряжения
• также требуют огромного контроля и мониторинга.Использование магнитооптического трансформатора тока помогает в достижении такого высокого уровня контроля. Фарфоровые изоляторы широко используются в электронной и автомобильной промышленности. Этот фактор также стал ключевой динамикой с точки зрения роста рынка.

Объем доходов на рынке магнитооптических трансформаторов тока в ближайшие годы должен достичь беспрецедентного уровня. Широкомасштабное внедрение трансформаторов в области производства возобновляемой энергии принесет новые доходы на мировом рынке.Ожидается, что европейский рынок будет лидером с точки зрения инвестиций в глобальный рынок магнитооптических трансформаторов тока.

Рынок магнитооптических трансформаторов тока — обзор

Магнитооптический трансформатор тока — это устройство, в котором электромагнитные волны распространяются через среду, которая была изменена присутствием очень медленно меняющегося обратимого магнитного поля. В этом приборе используемый материал также называется гиромагнитным, который представляет собой эллиптические поляризаторы, которые могут вращаться влево и вправо и могут перемещаться с разной скоростью, и когда свет проходит через слой магнитооптического материала, образуя вращатель Фарадея. Магнитооптический трансформатор тока (MOCT) — это передовая технология, которая используется для решения проблемы, связанной с обычным трансформатором.

В этой технологии не возникает электромагнитных помех, а также не требуется разрыв проводника, чтобы замкнуть оптический путь в токоведущей цепи. Магнитооптический трансформатор тока состоит из блока обработки электронного сигнала, сенсорной головки, которая находится рядом с токопроводящим проводом, и оптоволоконного кабеля, соединяющего эти две части. В магнитооптическом трансформаторе тока пассивный оптический преобразователь тока использует свет для точного измерения тока в системе высокого напряжения с помощью блока обработки сигналов путем преобразования оптического сигнала в электрический сигнал.

Рынок магнитооптических трансформаторов тока — драйверы и ограничения

Одним из основных движущих факторов роста мирового рынка магнитооптических трансформаторов тока является все более широкое использование магнитооптических трансформаторов тока на электростанциях и в промышленных приложениях. Магнитооптические трансформаторы тока все чаще используются для преодоления недостатков обычных трансформаторов тока, таких как электромагнитные помехи, насыщение магнитного поля при сильном токе, сложная конструкция охлаждения и точное измерение тока при высоком напряжении.Кроме того, ожидается, что различные свойства магнитооптического трансформатора тока, такие как возможность измерения переменного и постоянного тока, широкая частотная характеристика, более простая структура изоляции и сниженный риск возгорания и взрыва, будут стимулировать спрос на магнитооптический трансформатор тока. рынок в прогнозный период.

Кроме того, магнитооптические трансформаторы тока имеют небольшие размеры и небольшую удельную массу, благодаря чему при установке и перемещении не требуется тяжелого оборудования, что делает процесс более экономичным.В дополнение к этому, с развитием технологий магнитооптические трансформаторы тока способны обеспечивать вывод в цифровом формате, поскольку они совместимы с компьютерными системами. Кроме того, эффекты электромагнитных помех, вибрации, температуры и влажности пренебрежимо малы при использовании магнитооптической системы трансформатора тока по сравнению с традиционной системой трансформатора тока. Принимая во внимание преимущества, предлагаемые магнитооптическим трансформатором тока, ожидается, что спрос на магнитооптический трансформатор тока значительно возрастет в ближайшие годы.

Кроме того, способность выдерживать высокие механические нагрузки и низкое энергопотребление MOCT, как ожидается, откроют новые прибыльные возможности для инвесторов на рынке магнитооптических трансформаторов тока. Однако линейное двойное лучепреломление в чувствительном материале, вызванное температурой и напряжением, вызывает ошибки и нестабильность, которые, как ожидается, станут основным сдерживающим фактором для роста мирового рынка магнитооптических трансформаторов тока.

Рынок магнитооптических трансформаторов тока — сегментация

Мировой рынок магнитооптических трансформаторов тока был сегментирован в зависимости от типа продукта, области применения и региона.В зависимости от типа продукта глобальный рынок магнитооптических трансформаторов тока можно разделить на тип волокна и тип волокна. В зависимости от области применения рынок магнитооптических трансформаторов тока можно разделить на трансформаторы, системы электроснабжения и контрольно-измерительные приборы, электронные счетчики, линейные шины, сетевое оборудование и электрические подстанции высокого напряжения (СВН). Кроме того, в зависимости от географического положения рынок магнитооптических трансформаторов тока разделен на Северную Америку, Европу, Азиатско-Тихоокеанский регион, Ближний Восток и Африку и Южную Америку.

Рынок магнитооптических трансформаторов тока — ключевые игроки

Некоторые из ключевых игроков, работающих на мировом рынке магнитооптических трансформаторов тока со значительными изменениями, включают Asea Brown Boveri (ABB) Ltd., NR Electric Co., Ltd., Trench Group, ARTECHE и Profotech среди других.

Это исследование TMR представляет собой всеобъемлющую структуру динамики рынка. В основном он включает критическую оценку пути потребителей или клиентов, текущих и новых направлений деятельности, а также стратегические рамки, позволяющие руководителям по управлению бизнесом принимать эффективные решения.

Нашей ключевой основой является 4-квадрантная структура EIRS, которая предлагает подробную визуализацию четырех элементов:

• Клиент E Карты опыта
• I Наблюдения и инструменты, основанные на исследованиях на основе данных
• Практичность R Соответствует всем бизнес-приоритетам
• S Трагические рамки для ускорения пути роста

В исследовании делается попытка оценить текущие и будущие перспективы роста, неиспользованные возможности, факторы, определяющие их потенциал дохода, а также структуру спроса и потребления на мировом рынке, разбив его на региональную оценку.

Исчерпывающе охвачены следующие региональные сегменты:

• Северная Америка
• Азиатско-Тихоокеанский регион
• Европа
• Латинская Америка
• Ближний Восток и Африка

Структура квадранта EIRS в отчете суммирует наш широкий спектр основанных на данных исследований и рекомендаций для CXO, чтобы помочь им принимать более обоснованные решения для своего бизнеса и оставаться лидерами.

Ниже приведен снимок этих квадрантов.

1. Карта впечатлений клиентов

Исследование предлагает всестороннюю оценку различных путешествий клиентов, имеющих отношение к рынку и его сегментам. Он предлагает различные впечатления клиентов о продуктах и ​​использовании услуг. Анализ позволяет более внимательно изучить их болевые точки и опасения в различных точках контакта с клиентами. Решения для консультаций и бизнес-аналитики помогут заинтересованным сторонам, включая CXO, определить карты клиентского опыта, соответствующие их потребностям.Это поможет им нацелиться на повышение взаимодействия клиентов с их брендами.

2. Анализ и инструменты

Различные идеи в исследовании основаны на тщательно продуманных циклах первичных и вторичных исследований, с которыми аналитики участвуют в ходе исследования. Аналитики и советники TMR применяют отраслевые инструменты количественного анализа клиентов и методологии прогнозирования рынка для получения результатов, что делает их надежными.В исследовании предлагаются не только оценки и прогнозы, но и лаконичная оценка этих цифр в динамике рынка. Эти идеи объединяют основанные на данных исследовательские рамки с качественными консультациями для владельцев бизнеса, CXO, политиков и инвесторов. Эти идеи также помогут их клиентам преодолеть свои страхи.

3. Практические результаты

Выводы, представленные в этом исследовании TMR, являются незаменимым руководством для выполнения всех бизнес-приоритетов, в том числе критически важных.Результаты при внедрении показали ощутимые преимущества для заинтересованных сторон и предприятий отрасли в повышении их производительности. Результаты адаптируются к индивидуальной стратегической структуре. Исследование также иллюстрирует некоторые из недавних тематических исследований по решению различных проблем компаниями, с которыми они столкнулись на пути к консолидации.

4. Стратегические рамки

Исследование дает предприятиям и всем, кто интересуется рынком, возможность сформировать широкие стратегические рамки.Это стало более важным, чем когда-либо, учитывая нынешнюю неопределенность из-за COVID-19. В исследовании обсуждаются консультации по преодолению различных подобных прошлых сбоев и предвидятся новые, чтобы повысить готовность. Эти структуры помогают предприятиям планировать свои стратегические согласования для восстановления после таких разрушительных тенденций. Кроме того, аналитики TMR помогут вам разобраться в сложном сценарии и обеспечить отказоустойчивость в неопределенные времена.

Отчет проливает свет на различные аспекты и дает ответы на актуальные вопросы рынка.Вот некоторые из наиболее важных:

1. Какие варианты инвестиций могут быть наилучшими при освоении новых продуктов и услуг?

2. К каким ценностным предложениям следует стремиться предприятиям, финансируя новые исследования и разработки?

3. Какие нормативные акты будут наиболее полезны для заинтересованных сторон в расширении их сети цепочки поставок?

4. В каких регионах в ближайшем будущем может наблюдаться рост спроса в определенных сегментах?

5.Каковы одни из лучших стратегий оптимизации затрат с поставщиками, с которыми некоторые хорошо зарекомендовавшие себя игроки добились успеха?

6. Какие ключевые перспективы использует топ-менеджер, чтобы вывести бизнес на новую траекторию роста?

7. Какие правительственные постановления могут поставить под сомнение статус ключевых региональных рынков?

8. Как новые политические и экономические сценарии повлияют на возможности в ключевых областях роста?

9.Каковы некоторые из возможностей получения прибыли в различных сегментах?

10. Что будет препятствием для входа на рынок новых игроков?

Обладая обширным опытом в создании исключительных рыночных отчетов, Transparency Market Research стала одной из надежных компаний по исследованию рынка среди большого числа заинтересованных сторон и CXO.Каждый отчет Transparency Market Research подвергается тщательной исследовательской деятельности во всех аспектах. Исследователи из TMR внимательно следят за рынком и извлекают полезные точки, способствующие росту. Эти моменты помогают заинтересованным сторонам соответствующим образом разрабатывать свои бизнес-планы.

исследователей TMR проводят исчерпывающие качественные и количественные исследования. Это исследование предполагает использование мнений экспертов рынка, сосредоточение внимания на последних разработках и других.Этот метод исследования отличает TMR от других фирм, занимающихся исследованиями рынка.

Вот как Transparency Market Research помогает заинтересованным сторонам и CXO с помощью отчетов:

Внедрение и оценка стратегического сотрудничества: Исследователи TMR анализируют недавние стратегические действия, такие как слияния, поглощения, партнерства, сотрудничества и совместные предприятия. Вся информация собрана и включена в отчет.

Оценка идеального размера рынка: В отчете анализируются демографические характеристики, потенциал роста и возможности рынка в течение прогнозируемого периода. Этот фактор приводит к оценке размера рынка, а также дает представление о том, как рынок восстановит рост в течение периода оценки.

Investment Research: Отчет фокусируется на текущих и предстоящих инвестиционных возможностях на конкретном рынке.Эти события информируют заинтересованные стороны о текущем инвестиционном сценарии на рынке.

Примечание: Несмотря на то, что были приняты меры для поддержания наивысшего уровня точности отчетов TMR, недавним изменениям, связанным с рынком / поставщиком, может потребоваться время, чтобы отразить их в анализе.

(PDF) Оптическое измерение токов в преобразователях мощности

Ссылки

[Itoh99] Ито, Нобуки; Минемото, Х.; Ishiko, D .; Ишизука, С .: Небольшой оптический датчик магнитного поля

, в котором используются пленки редкоземельного железа и граната на основе эффекта Фарадея

. В кн .: Прикладная оптика. 38 (1999), № 10, апрель 1999 г.

[Jang04] Чан, Пён У; Yamamato, S .; Куники, Х .: Рост пленок ЖИГ методом твердофазной эпитаксии

и их свойства. В кн .: Phys. Стат. Sol. (a), № 8

(2004), S. 1851-1854, 2004

[Jarz80] Jarzynski, J .; Cole, J. H .; Bucaro J. A .; Дэвис-младший., Кл. М .: Магнитное поле

Чувствительность

оптического волокна с магнитострикционной оболочкой. В кн .: Applied

Optics, Vol. 19 (1980), No. 22, S. 3746–3748, 1980

[Kepl04] Keplinger, Franz; Квасница, С .; Jachimowicz, A .; Коль, Ф .; Steurer, J .;

Hauser, H .: датчик магнитного поля на основе силы Лоренца с оптическим считывающим устройством

. В: Датчики и исполнительные механизмы A 110 (2004), S. 112-118, 2004

[Ландо] Ландольт-Бёрнштейн Новая серия: Устройства опубликованы по адресу

http: // public.metapress.com/download/profiles/springerlink/0284/in

dexes / units / t000_units_a0268.pdf

[Lee03] Ли, Бёнхо: Обзор текущего состояния волоконно-оптических датчиков. В:

Optical Fiber Technology, Vol. 9 (2003), выпуск 2, S. 57–79, 2003

[Lenz90] Ленц, Джеймс Э.: Обзор магнитных датчиков. В: Proceedings of

IEEE, Vol. 78 (1990), № 6, S. 973-989, 1990

[Li97] Li, Gongde; Конг, Майкл Дж .; Джонс, Гордон Р .; Спенсер, Джо В.:

Повышение чувствительности оптического датчика тока с улучшенным вращением Фарадея

. В: Journal of Lightwave Technology, Vol. 15 (1997),

No. 12, S. 2246-2252, декабрь 1997 г.

[Maci00] Macintyre, Стивен А.: Измерение магнитного поля. CRC Press LLC,

2000

[Mans02] Mansuripur, Masud: Classical Optics and ist Applications. Нью-Йорк:

Cambrdige University Press, 2002

[Mohr02] Mohr, Stephan; Боссельманн, Т.: Высокодинамичный магнитооптический трансформатор

, 66 дБ, с расширенной обработкой сигналов. В: IEEE

Sensors 2002 Technical Program Committee, 2002

[Ning91 / 1] Ning, Y.N .; Chu, B.C.B .; Джексон, Д.А .: Миниатюрный датчик тока Фарадея

, основанный на многократных критических углах отражения в оптическом кольце.

В: Optics Letters, Vol. 16 (1991), No. 24, S. 1996-1998, 1991

[Ning91_b] Ning, Y. N .; Chu, B.C.B .; Джексон, Д. А .: Опрос обычного трансформатора тока

с помощью волоконно-оптического интерферометра.В:

Optics Letters, Vol. 16 (1991), No. 18, сентябрь 1991 г.

97

Глобальный отраслевой анализ, размер и прогноз рынка оптических трансформаторов тока, 2017–2027 гг.

Обзор рынка

Оптический трансформатор тока

— это датчик, который прямо или косвенно использует оптическое зондирование для измерения электрических токов. Обычно он измеряет ток с помощью эффекта Фарадея. Оптические трансформаторы тока обладают различными характеристиками, такими как экологически безопасная система изоляции, отсутствие магнитных потерь, одножильный кабель вместо нескольких медных кабелей, отсутствие электрического компонента с OCT и широкий динамический диапазон.

Оптический трансформатор тока доступен в двух различных типах: магнитооптический трансформатор тока и волоконно-оптический трансформатор тока. Среди них очень предпочтителен магнитооптический трансформатор тока из-за его инновационных характеристик и преимуществ с точки зрения нормативных требований. Кроме того, оптический трансформатор тока может использоваться в различных приложениях, таких как подстанции, электроэнергетика, энергосистема и приборы, современные электросчетчики и линии передачи для измерения электрических токов.

Рынок оптических трансформаторов тока: динамика рынка

Драйверы

Ожидается, что рост осведомленности и растущая популярность оптических трансформаторов тока по сравнению с другими прототипами трансформаторов станут факторами, которые в ближайшем будущем будут стимулировать рост рынка оптических трансформаторов тока. Ожидается, что высокий спрос на оптические трансформаторы тока со стороны электроэнергетики станет фактором, который будет стимулировать рост рынка оптических трансформаторов тока в течение прогнозируемого периода.Кроме того, особенность оптических трансформаторов тока, такая как небольшие и легкие блоки по сравнению с обычными трансформаторами тока, также дает толчок к росту рынка оптических трансформаторов тока в течение прогнозируемого периода. Кроме того, растущая популярность оптических трансформаторов тока вместо обычных трансформаторов тока также способствует росту рынка оптических трансформаторов тока.

Ограничение

Ожидается, что в ближайшем будущем нехватка квалифицированного персонала в сочетании со сложным процессом обслуживания этих специальных трансформаторов повлияет на положительный рост мирового рынка оптических трансформаторов тока.Помимо этого, различные недостатки, такие как плохие переходные характеристики и трудность изоляции, также считаются сдерживающим фактором для роста рынка оптических трансформаторов тока. Более того, проблема точности и долгосрочной стабильности также сдерживает рост рынка оптических трансформаторов тока.

Тенденции

Магнитооптический трансформатор тока

(MOCT) является наиболее предпочтительным оптическим трансформатором тока по сравнению с другими из-за его преимуществ, таких как отсутствие необходимости в масляной и газовой изоляции, значительно меньший вес и меньший размер, повышенная безопасность без механизма отказа, высокая точность измерения в широком диапазоне первичных токов и т. д.

Рынок оптических трансформаторов тока: региональный прогноз

В прогнозируемом периоде за Северной Америкой будет следовать Азиатско-Тихоокеанский регион с точки зрения ожидаемого спроса. Ожидается, что на обоих этих рынках будет наблюдаться значительный рост рынка оптических трансформаторов тока из-за растущего спроса на оптические трансформаторы тока в этих регионах. Ожидается, что в Азиатско-Тихоокеанском регионе, в частности, будет наблюдаться значительный рост рынка оптических трансформаторов тока из-за роста числа электростанций и увеличения спроса на коммерческую энергию.Ожидается, что регион Ближнего Востока и Африки поддержит рост рынка оптических трансформаторов тока в течение прогнозируемого периода в связи с ожидаемой быстрой индустриализацией в ближайшие годы.

Рынок оптических трансформаторов тока: участники рынка

Некоторые из участников рынка, определенных в цепочке создания стоимости глобального рынка оптических трансформаторов тока, включают:

• АРТЕЧЕ
• TRENCH Группа
• АББ Группа
• Сетевое решение GE
• SIEMENS AG
• ЗАО ПРОФОТЕХ
• Пекин Daelim Green EP Tech Co.
• NR Electric Co

Отчет об исследовании представляет собой всестороннюю оценку рынка и содержит вдумчивые идеи, факты, исторические данные, а также статистически подтвержденные и подтвержденные отраслевыми данными рыночные данные. Он также содержит прогнозы с использованием подходящего набора допущений и методологий. Отчет об исследовании содержит анализ и информацию по сегментам рынка, таким как географическое положение, область применения и отрасль.

Отчет содержит исчерпывающий анализ по:

• Сегменты рынка
• Динамика рынка
• Размер рынка
• Спрос и предложение
• Текущие тенденции, проблемы и вызовы
• Конкурс и участвующие компании
• Технологии
• Цепочка создания стоимости

Региональный анализ включает

• Северная Америка (U.С., Канада)
• Латинская Америка (Бразилия, Мексика, остальные страны Латинской Америки)
• Западная Европа (Германия, Италия, Франция, Великобритания, Испания, страны Северной Европы, Бельгия, Нидерланды, Люксембург)
• Восточная Европа (Польша, Россия, Остальная Восточная Европа)
• Азиатско-Тихоокеанский регион, за исключением Японии (Китай, Индия, АСЕАН, Австралия и Новая Зеландия)
• Япония
• Ближний Восток и Африка (страны Персидского залива, Южная Африка, Северная Африка, Остальные МЭА)

Отчет представляет собой сборник информации из первых рук, качественной и количественной оценки отраслевых аналитиков, вкладов отраслевых экспертов и участников отрасли по всей цепочке создания стоимости.В отчете содержится углубленный анализ тенденций материнского рынка, макроэкономических показателей и определяющих факторов, а также рыночной привлекательности по сегментам. В отчете также показано качественное влияние различных рыночных факторов на рыночные сегменты и географию.

Рынок оптических трансформаторов тока: сегментация

Мировой рынок оптических трансформаторов тока можно сегментировать по типу, диапазону напряжения и применению.

Рынок оптических трансформаторов тока по типу можно разделить на:

• Магнитооптический трансформатор тока (MOCT)
• Волоконно-оптический трансформатор тока (FOCT)
• Электронный волоконно-оптический трансформатор тока (EFOCT)
• Гибкий электронный волоконно-оптический трансформатор тока (FEFOCT)

Рынок оптических трансформаторов тока по диапазону напряжений можно разделить на:

• до 123 кВ
• 123 кВ — 170 кВ
• 170кВ — 300кВ
• 300 кВ — 420 кВ
• свыше 420кВ

Рынок оптических трансформаторов тока в зависимости от области применения можно разделить на:

• Электрическая подстанция высокого напряжения (СВН)
• Сетевые приложения
• Энергосистема и приборы
• Современный электронный счетчик
• Трансформатор
• Линия передачи

Ключевые моменты отчета:

• Подробный обзор материнского рынка
• Изменение рыночной динамики в отрасли
• Углубленная сегментация рынка
• Исторический, текущий и прогнозируемый объем рынка по объему и стоимости
• Последние отраслевые тенденции и разработки
• Конкурентный ландшафт
• Стратегии ключевых игроков и предлагаемые продукты
• Потенциальные и нишевые сегменты, географические регионы с перспективой роста
• Нейтральный взгляд на рыночные показатели
• Информация, необходимая участникам рынка для сохранения и увеличения своего присутствия на рынке.

Влияние оптического трансформатора тока на схему защиты гибридной линии передачи | Арифин

Воздействие оптического трансформатора тока на схему защиты гибридной линии передачи

Zainal Arifin, Muhammad Zulham, Eko Prasetyo

Абстрактные

Непрерывность передачи электроэнергии важна для обеспечения надежности электроснабжения.Поскольку большинство системных отказов являются временными, схема автоматического повторного включения (AR) широко используется для минимизации продолжительности простоя, предотвращения обширных сбоев и, таким образом, повышения стабильности системы. Между тем, гибридная линия передачи (HTL), объединяющая воздушную линию (OHL) и высоковольтный кабель, была представлена, чтобы обеспечить недорогое решение для городской электросети. Защита HTL с помощью обычной системы защиты запретила бы работу схемы AR из-за сложности определения того, произошла ли неисправность на ВЛ или участке кабеля.Поэтому на участке кабеля используется схема защиты от циркулирующего тока (CCP) для обеспечения локализации повреждения и блокировки схемы AR. Технология оптического трансформатора тока (OCT) в качестве одного из нетрадиционных измерительных трансформаторов (NCIT) возникла для устранения недостатков обычного трансформатора тока (CCT). Следовательно, в этой статье исследовалось влияние использования OCT на CCT для CCP HTL. Результат показывает, что OCT можно использовать для CCP на гораздо более длинных участках кабеля, что повышает его надежность, поскольку схему AR можно использовать на более длинных или многократных участках кабеля.

Ключевые слова

Автоматическое повторное включение; Защита от циркулирующего тока; Гибридная линия передачи; Измерительный трансформатор; Оптический трансформатор тока;

DOI: http://doi.org/10.11591/ijeecs.v24.i1.pp%25p

Рефбэков

• На данный момент рефбеков нет.

Эта работа находится под международной лицензией Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.