14.5. Оптические трансформаторы тока и напряжения
В настоящее время в энергосистемах России на ОРУ 6—1150 кВ электростанций и подстанций в качестве источников информации о первичных токах и напряжениях используются аналоговые электромагнитные трансформаторы тока и напряжения.
Конструктивные особенности этих трансформаторов таковы, что они сами могут являться источниками взрывов и пожаров, наносящих существенный ущерб энергообъектам.
Кроме того, создание электромагнитных измерительных трансформаторов классической формы для РУ и ВЛ напряжением 750 и 1150 кВ приводит к непомерному увеличению габаритных размеров и стоимости таких аппаратов.
Это обусловило поиск иных средств для получения и передачи информации от первичных электрических цепей сверхвысокого и ультравысокого напряжения. Оказалось весьма перспективным использовать для передачи информации из зоны высокого потенциала на потенциал земли светового луча и оптического (световодного) канала связи. Полная электрическая развязка между первичной (высокого напряжения) и вторичной (низкого напряжения) электрическими цепями, функционально связанными только световым лучом, устраняют взаимное влияние цепей, обеспечивают высокую естественную изоляцию между ними и принципиально исключают необходимость в громоздких изоляционных конструкциях.
Принцип работы оптического трансформатора тока.
Работа оптического трансформатора тока основана на бесконтактном оптическом методе измерения электрического тока. Метод использует магнитооптический эффект Фарадея в кварцевом волоконном световоде (рис.14.8.а).
Свет из источника светового сигнала поступает в разветвитель, где преобразуется в два право и лево поляризованных сигнала с противоположным направлением вращения. Сигналы через круговой поляризатор поступают в катушку из N витков оптического волокна. Внутри катушки расположен проводник.
Магнитное поле, создаваемое током I, протекающим по проводнику, в соответствии с эффектом Фарадея замедляет один сигнал и ускоряет другой.
Оба сигнала доходят до следующего кругового поляризатора, который преобразует их в линейно поляризованные световые потоки с плоскостями поляризации, сдвинутыми на угол:
,
(14.1)
где V – постоянная Верде.
Постоянная Верде – величина, характеризующая магнитное вращение плоскости поляризации в веществе. Её значение зависит от свойств вещества, длины волны и монохроматичности излучения.
Рис. 14.8. Оптические трансформаторы тока и напряжения
Далее световые
потоки поступают в фотоприемник, где
преобразуются в два электрических
сигнала. Полученные электрические
сигналы поступают на ввод аналогоцифрового
преобразователя электронногоблока,
преобразующего
в цифровой сигнал.
Из формулы (14.1) следует, что изменением числа волоконных витков можно эффективно управлять чувствительностью преобразователя и соответственно изменять пределы измерения электрического тока. На практике данная особенность делает возможным измерение токов от сотен миллиампер до сотен килоампер.
Принцип работы оптического трансформатора напряжения.
Напряжение в линии электропередачи создает электрическое поле между фазой и землей (рис. 14.8.б). Световой сигнал от светоизлучающего светодиода, по оптическому волокну подается на электрооптический кристалл ячеек Поккельса, расположенных в трех специально определенных точках внутри высоковольтной изоляционной колонны.
Когда световой сигнал проходит через кристалл, электрическое поле изменяет его круговую поляризацию на эллиптическую.
При измерении «эллиптичности» получаются точные данные о напряженности электрического поля.
Точное значение фазного напряжения получается при обработке данных от все трех ячеек Поккельса.
Как правило оптического трансформатора тока и напряжение объединены в общую конструкцию, что и показано на рис. 14.8.б.
Вопросы для самопроверки:
В чем преимущество вакуумных выключателей над элегазовыми?
Функции каких аппаратов совмещают трехпозиционные коммутационные аппараты?
В чем преимущество оптических трансформаторов тока и напряжения над электромагнитными?
Вопросы к экзамену:
57. Достоинства и недостатки вакуумных и элегазовых выключателей?
58. Назначение и устройство трехпозиционных коммутационных аппаратов?
59. Назначение и устройство мультикамерных разрядников?
60. Устройство оптических трансформаторов тока и напряжения?
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Электрические и электронные аппараты. В 2 т. Т. 1. Э454 Электромеханические аппараты : учебник для студ. высш. учеб. заведений / [Е. Г. Акимов и др.] ; под ред. А.Г.Годжелло, Ю.К.Розанова. — М. : Издательский центр «Академия», 2010. — 352 с
2. Чунихин А.А. Электрические аппараты: Общий курс [Текст]. – М.: Энергоиздат, 1988.- 720с.
3. Бирюков В.В., Порсев Е.Г. Электрические и электронные аппараты. Конспективный курс лекций [Электронный ресурс].- Новосибирск: НГТУ, 2006.
4. Шопен Л. В. Бесконтактные электрические аппараты автоматики: Учебник для вузов.- 2-е изд.,перераб. и доп.-М.: Энергоатомиздат, 1986.
5. Буль Б.К. и др.Основы теории электрических аппаратов. Под ред. Г. В. Буткевича. Учеб. пособие для электротехнич. специальностей вузов. М., «Высшая школа», 1970. 600 с. с илл.
6. Электрические аппараты: учеб. пособие для студ. учреждений сред. проф. образования j [О.В.Девочкин, В.В.Лохнин, Р.В.Меркулов, Е.Н. Смолин]. -М. : Издательский центр «Академия>>,
2010. - 240 с .
7. Тимофеев А.С. Т41 Электронные и электрические аппараты.Часть 2: учеб. пособие / А.С. Тимофеев; СибГИУ. – Новокузнецк 2007. − 116 с.