Устройство оперативного контроля силы тока в фазном проводе в сетях высокого напряжения


 


Владельцы патента RU 2442175:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский энергетический институт (технический университет)" (ГОУВПО "МЭИ(ТУ)") (RU)

Изобретение относится к области электротехники. Устройство содержит чувствительный элемент 1 в виде оптоволокна, диэлектрический изолятор 3, электронно-оптический блок 4, оптический кросс 5. Электронно-оптический блок 4 образован источником 6 электромагнитной волны оптического диапазона (например, лазером), выход которого подключен к входу модулятора 7, выход которого присоединен к входу оптического кросса 5, подключенного к входу оптоволокна чувствительного элемента 1, и параллельно к входу фазового детектора 8, второй вход которого присоединен к выходу кросса 5, подключенного к выходу элемента 1. Диэлектрический изолятор 3 выполнен в виде цилиндрической поверхности, имеющей продольный воздушный зазор 11 и установленной соосно фазному проводу 12, оптоволокно чувствительного элемента 1 установлено на цилиндрической поверхности изолятора 3 в виде поперечных полувитков 13, соединенных последовательно. Оси полувитков 13 образуют кривую линию в виде меандра. Источник 6 электромагнитной волны оптического диапазона, например лазер, создает на входе модулятора 7 плоско поляризованную волну. С выхода модулятора 7 через оптический кросс 5 плоско поляризованная волна поступает на вход оптоволокна чувствительного элемента 1 и параллельно на вход фазового детектора 8. Технический результат заключается в упрощении процесса оперативного подключения устройства контроля силы тока в фазном проводе. 1 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к системам контроля фазного тока в высоковольтных линиях электропередачи.

Известно измерительное устройство для оперативного контроля силы тока в фазном проводе линии передачи высокого напряжения (Special Features of the Application of a Current Tramsformer with the Separated Magnetic Circuit for the Control of Current in the Phase Conductor. ICEEE-2010. 13th International Conference on Electromechanics, Electrotechnology, Electromaterials and Components. Abstracts. Sept. 19-25, 2010. Alushta, Crimea, Ukraine, p.149-150), содержащее электромагнитный трансформатор тока с разъемным магнитопроводом, электромагнитно связанный с фазным проводом линии передачи, источник сигнала переменного тока, формируемого цифровым способом с последующим цифроаналоговым преобразованием, усилитель мощности, вход которого подключен к выходу цифроаналогового преобразователя, а выход подключен к вспомогательной петле, замкнутой на выходные зажимы усилителя мощности, аналого-цифровой преобразователь, подключенный к вторичной обмотке электромагнитного трансформатора тока с разъемным магнитопроводом, выход которого подключен к входу системы цифровой обработки сигналов в фазном проводе и тарировочного сигнала во вспомогательной петле, а также контроллер, осуществляющий обработку, сличение сигналов и расчет поправочных коэффициентов для измеряемого спектра тока в фазном проводе.

Недостаток известного технического решения заключается в узком динамическом диапазоне измеряемых токов, а также в возможной потере работоспособности в режимах коммутации и аварийных, соответствующих броскам тока до величин десятков номинальных значений.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству оперативного контроля тока в фазном проводе в сетях высокого напряжения является устройство, содержащее чувствительный элемент в виде нескольких витков оптоволокна, помещенных в жесткую защитную оболочку из немагнитного материала, охватывающих токопровод и образующих токовую головку для оптического трансформатора тока, установленную на диэлектрическом изоляторе, и электронно-оптический блок, соединяемый с чувствительным элементом через оптический кросс для оптического трансформатора тока, причем электронно-оптический блок образован источником электромагнитной волны оптического диапазона (например, лазером), выход которого присоединен к входу модулятора, выход которого присоединен к входу оптического кросса, подключенного к входу оптоволокна чувствительного элемента, и параллельно к входу фазового детектора, второй вход которого присоединен к выходу оптического кросса, подключенного к выходу оптоволокна чувствительного элемента, выход фазового детектора подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с буфером сбора данных (А.Л.Гуртовцев. Оптические трансформаторы и преобразователи тока. Принципы работы, устройства, характеристики. Новости электротехники, №5 (60), 2010 г.).

Недостатком такого технического решения является сложность оперативного подключения устройства к фазному проводу, требующая размыкания либо витков оптоволокна при сохранении гальванической связи в фазном проводе, либо фазного провода при сохранении целостности витков оптоволокна.

Технической задачей предлагаемого изобретения является упрощение процесса оперативного подключения устройства оперативного контроля силы тока в фазном проводе в сетях высокого напряжения.

Решение этой задачи достигается тем, что устройство оперативного контроля силы тока в фазном проводе в сетях высокого напряжения, содержащее чувствительный элемент в виде оптоволокна, образующего токовую головку для оптического трансформатора тока, установленную на диэлектрическом изоляторе, и электронно-оптический блок, соединенный с чувствительным элементом через оптический кросс для оптического трансформатора тока, причем электронно-оптический блок образован источником электромагнитной волны оптического диапазона, например лазером, выход которого подключен к модулятору, выход которого присоединен к входу оптического кросса, подключенного к входу оптоволокна чувствительного элемента, и параллельно к входу фазового детектора, второй вход которого присоединен к выходу оптического кросса, подключенного к выходу оптоволокна чувствительного элемента, выход фазового детектора подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с буфером сбора данных, диэлектрический изолятор выполнен в виде цилиндрической поверхности, имеющей продольный воздушный зазор и установленной соосно фазному проводу с расположением оси фазного провода на оси цилиндрической поверхности, оптоволокно чувствительного элемента установлено на цилиндрической поверхности в виде поперечных полувитков, соединенных последовательно и оси которых образуют кривую линию в виде меандра.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлено устройство оперативного контроля силы тока в фазном проводе в сетях высокого напряжения.

Устройство оперативного контроля силы тока в фазном проводе в сетях высокого напряжения содержит чувствительный элемент 1 в виде оптоволокна, образующего токовую головку 2, диэлектрический изолятор 3, электронно-оптический блок 4, оптический кросс 5. Электронно-оптический блок 4 образован источником 6 электромагнитной волны оптического диапазона (например, лазером), выход которого подключен к входу модулятора 7, выход которого присоединен к входу оптического кросса 5, подключенного к входу оптоволокна чувствительного элемента 1, и параллельно к входу фазового детектора 8, второй вход которого присоединен к выходу оптического кросса 5, подключенного к выходу оптоволокна чувствительного элемента 1. Выход фазового детектора 8 подключен к входу аналого-цифрового преобразователя 9, выход которого соединен с буфером 10 сбора данных. Диэлектрический изолятор 3 выполнен в виде цилиндрической поверхности, имеющей продольный воздушный зазор 11 и установленной соосно фазному проводу 12, оптоволокно чувствительного элемента 1 установлено на цилиндрической поверхности диэлектрического изолятора 3 в виде поперечных полувитков 13, соединенных последовательно. Оси полувитков 13 образуют кривую линию в виде меандра.

Устройство оперативного контроля силы тока в фазном проводе в сетях высокого напряжения работает следующим образом.

По фазному проводу 12 течет фазный ток определенной силы. Источник 6 электромагнитной волны оптического диапазона, например лазер, создает на входе модулятора 7 плоско поляризованную волну. С выхода модулятора 7 через оптический кросс 5 плоско поляризованная волна поступает на вход оптоволокна чувствительного элемента 1 и параллельно на вход фазового детектора 8. Второй вход фазового детектора 8 присоединен к выходу оптического кросса 5, подключенного к выходу оптоволокна чувствительного элемента 1. При распространении плоско поляризованной волны вдоль оптоволокна чувствительного элемента 1 у нее под воздействием напряженности магнитного поля, пропорциональной силе тока в фазном проводе 12, возникает изменение плоскости поляризации. В соответствии с законом Верде суммарный угол поворота плоскости поляризации волны в оптоволокне чувствительного элемента 1 равен Θ=V·l·H, где V - коэффициент пропорциональности (Верде), l - длина оптоволокна чувствительного элемента 2, Hφ - проекция напряженности магнитного поля, связанного с током в фазном проводе 12, вдоль направления полувитков оптоволокна чувствительного элемента 1. Исходя из формулы, в суммарном угле Θ поворота плоскости поляризации отсутствует вклад составляющих за счет распространения волны в оптоволокне параллельном оси цилиндрической поверхности диэлектрического изолятора 3.

Причем угол поворота плоскости поляризации электромагнитной волны не зависит от направления распространения волны, а определяется только направлением вектора напряженности магнитного поля. Поэтому в соседних полувитках 13, в которых волны распространяются навстречу друг другу, набег угла поворота плоскости поляризации суммируется. Таким образом, хотя оси полувитков 13 образуют кривую линию в виде меандра, но суммарный поворот плоскости поляризации оказывается пропорционален суммарной длине поперечных полувитков 13 оптоволокна чувствительного элемента 1.

С выхода чувствительного элемента 1 плоско поляризованная волна поступает на второй вход фазового детектора 8, а с его выхода сигнал в виде напряжения, пропорционального углу поворота плоскости поляризации волны, поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 9, выход которого соединен с буфером 10 сбора данных.

Итак, на выходе фазового детектора 8 возникает аналоговый сигнал, пропорциональный углу поворота плоскости поляризации электромагнитной волны в чувствительном элементе 1, то есть силе тока в фазном проводе 12.

Применение в устройстве оперативного контроля силы тока в фазном проводе в сетях высокого напряжения токовой головки 2, образованной диэлектрическим изолятором 3, выполненным в виде цилиндрической поверхности, имеющей продольный воздушный зазор 11 и установленной соосно фазному проводу 12, при том, что оптоволокно чувствительного элемента 1 установлено на цилиндрической поверхности диэлектрического изолятора 3 в виде поперечных полувитков 13, соединенных последовательно, позволяет обеспечить оперативную установку устройства на фазном проводе 12 без нарушения его гальванической связи в линии передачи. Возможность такой установки обеспечивается продольным зазором 11 в изоляторе 3 и тем, что оптоволокно чувствительного элемента 1 не образует замкнутых витков.

Использование изобретения обеспечивает упрощение процесса оперативного подключения устройства оперативного контроля силы тока в фазном проводе в сетях высокого напряжения.

Устройство оперативного контроля силы тока в фазном проводе в сетях высокого напряжения, содержащее чувствительный элемент в виде оптоволокна, образующего токовую головку для оптического трансформатора тока, установленную на диэлектрическом изоляторе, и электронно-оптический блок, соединенный с чувствительным элементом через оптический кросс для оптического трансформатора тока, причем электронно-оптический блок образован источником электромагнитной волны оптического диапазона, например, лазером, выход которого подключен к модулятору, выход которого присоединен к входу оптического кросса, подключенного к входу оптоволокна чувствительного элемента, и параллельно к входу фазового детектора, второй вход которого присоединен к выходу оптического кросса, подключенного к выходу оптоволокна чувствительного элемента, выход фазового детектора подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с буфером сбора данных, отличающееся тем, что диэлектрический изолятор выполнен в виде цилиндрической поверхности, имеющей продольный воздушный зазор и установленной соосно с фазным проводом с расположением оси фазного провода на оси цилиндрической поверхности, а оптоволокно чувствительного элемента установлено на цилиндрической поверхности в виде поперечных полувитков, соединенных последовательно и оси которых образуют кривую линию в виде меандра.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к волоконно-оптическим датчикам тока и работает на принципе эффекта Фарадея. .

Изобретение относится к области волоконно-оптических измерительных устройств и может быть использовано в интерференционных волоконно-оптических датчиках тока. .

Изобретение относится к области волоконно-оптической сенсорики, в частности к сенсорной головке и датчику тока или магнитного поля. .

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

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения тока в электрических цепях. .

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

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к приборам для измерения силы тока, и предназначено для измерения однократного импульса тока с длительностью, лежащей в наносекундном диапазоне длительностей, в мощных электрофизических установках типа линейных импульсных ускорителей электронов.

Изобретение относится к волоконно-оптическим преобразователям физических величин (температуры, давления, электромагнитных полей и др.) с использованием микромеханических резонаторов (МР), возбуждаемых светом.

Изобретение относится к электротехнике, к подстанциям преобразования переменного тока в постоянный и постоянного тока в переменный ток высокого напряжения

Изобретение относится к волоконной оптике, в частности к волоконно-оптическим датчикам тока и магнитного поля. Способ измерения величины эл. тока и магн. поля включает формирование двух ортогонально поляризованных световых волн, прохождение их через оптическое магниточувствительное волокно со встроенным линейным двулучепреломлением, помещенное в измеряемое магн. поле или магн. поле измеряемого эл. тока, отражение, прохождение в обратном направлении и определение эл. тока и напряженности магн. поля по величине интенсивности проинтерферировавших отраженных световых волн. Перед входом в магниточувствительное волокно поляризацию каждой волны преобразуют в эллиптическую, перед отражением осуществляют преобразование поляризации каждой волны в циркулярную, при этом азимуты ортогональных эллиптических поляризаций волн, входящих в магниточувствительное волокно до и после отражения, либо совпадают с азимутами главных осей линейного двулучепреломления, либо ортогональны им, а эллиптичность поляризаций совпадает с собственной эллиптичностью волокна. Волоконно-оптическое устройство для измерения величины эл. тока и магн. поля, включающее источник оптического излучения, соединенный с первым входом направленного ответвителя, второй вход которого соединен с фотодетектором, а один из выходов подключен к линейному поляризатору, который через сварное соединение подключен к последовательно соединенным оптическому модулятору, линии задержки, первой фазовой пластинке, чувствительному элементу, выполненному из магниточувствительного волокна со встроенным линейным двулучепреломлением с шагом спиральной структуры Ltw и длиной биений встроенного линейного двулучепреломления Lb, и отражателю излучения. Между отражателем излучения и магниточувствительным волокном размещена вторая фазовая пластинка, при этом первая и вторая фазовые пластинки выполнены вносящими разности фаз соответственно (φ1=arctg(2Lb/Ltw) и φ2=π/2-arctg(2Lb/Ltw) между ортогональными линейно поляризованными компонентами светового излучения. Техническим результатом изобретения является увеличение динамического диапазона волоконно-оптического датчика. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к датчикам тока. Устройство измерения электрического тока содержит схему обработки сигналов, которая включает в себя оптоволокно для датчика, блок разделения поляризации, Фарадеевское вращающее устройство, источник света и фотоэлектрический преобразующий элемент. При этом оптоволокно для датчика предусмотрено по периферии электрического проводника, через который протекает измеряемый электрический ток, и имеет один конец, на который падает линейно поляризованный свет, и другой конец, от которого падающий линейно поляризованный свет отражается. Блок разделения поляризации предусмотрен на одном конце оптоволокна для датчика, Фарадеевское вращающее устройство расположено между одним концом оптоволокна для датчика и блоком разделения поляризации. Фарадеевский угол вращения Фарадеевского вращающего устройства при магнитном насыщении установлен как 22,5°+° при температуре 23°С так, что диапазон колебаний относительной ошибки значения измеряемого электрического тока, выводимого от схемы обработки сигналов, установлен в пределах ±0,5%, причем температурный диапазон, в котором диапазон колебаний установлен в пределах ±0,5%, составляет 100°С. Технический результат - повышение точности измерений. 8 з.п. ф-лы, 23 ил., 5 табл.

Изобретение относится к кожуху электрического проводника, оснащённому датчиками тока, который может найти применение в электрических устройствах. Технический результат заключается в создании кожуха, позволяющего легко устанавливать или заменять датчики без нарушения циркуляции токов в кожухе и герметичности кожуха. Кожух окружает линейный проводник и содержит, по меньшей мере, одну внутреннюю камеру, в которой расположен, по меньшей мере, один оптоволоконный датчик или датчик с трансформатором тока, намотанный вокруг кожуха и позволяющий измерять значение тока. Камера является по существу закрытой и содержит только отверстия маленького размера на своей наружной стороне, через которые можно завести датчики или вынуть их для замены и через которые датчики соединяются с электрическим устройством. Кожух снабжен желобками, выполненными на его поверхности, или отдельными трубками для направления датчиков и образования витков датчиков. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к электроизмерительной технике. Волоконно-оптический датчик тока, содержащий: измерительное волокно (5), на которое воздействует магнитное поле измеряемого тока, при этом указанное измерительное волокно (5) образует виток в плоскости датчика и имеет постоянную Верде V, устройство (4) запаздывания, расположенное между сохраняющим линейную поляризацию волокном (2) и измерительным волокном (5), для преобразования света между линейной поляризацией и эллиптической поляризацией, при этом главная ось указанного сохраняющего поляризацию (сп) волокна (2) непосредственно перед указанным устройством запаздывания поворачивается относительно перпендикуляра к указанной плоскости датчика на угол β и указанное устройство (4) запаздывания вносит дифференциальный фазовый сдвиг ρ=π/2+ε между световыми волнами, поляризованными вдоль своих главных осей, где ε - дополнительный ненулевой фазовый сдвиг, блок (1) управления, формирующий сигнал, пропорциональный фазовому сдвигу Δφ. Технический результат заключается в уменьшении влияния температуры на измерения тока. 22 з.п. ф-лы, 12 ил.

Группа изобретений относится к метрологии, в частности к средствам измерения напряжения. Датчик высокого напряжения содержит изолятор, проходящий вдоль осевого направления между первой и второй контактными точками, множество проводящих электродов, расположенных в упомянутом изоляторе, причем упомянутые электроды взаимно разделены упомянутым изолирующим материалом и связаны друг с другом емкостной связью. При этом часть упомянутых электродов перекрывается с другими электродами по оси, причем упомянутые электроды расположены так, чтобы создавать в упомянутой полости датчика электрическое поле, имеющее среднюю напряженность поля, большую, чем упомянутое напряжение, поделенное на расстояние между упомянутой первой и упомянутой второй контактными точками. Электроды формируют емкостный делитель и расположены асимметрично относительно плоскости отсчета и заделаны в материал изолятора, обладающий разными диэлектрическими постоянными по обеим сторонам плоскости отсчета. Датчик также содержит электрооптическое устройство с кристаллом с зависящим от поля двойным лучепреломлением или поляризованным волноводом, демонстрирующими эффект Поккельса, или пьезоэлектрическое устройство и волновод, длина волновода которого зависит от поля. Технический результат - повышение компактности. 5 н. и 54 з.п. ф-лы, 13 ил.
Наверх