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

Авторы патента:

G01R15/24 - с использованием приборов со световой модуляцией

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. 13^th 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, H_φ - 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.

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

Волоконно-оптический датчик тока // 2433414

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

Температурно-стабилизированная сенсорная катушка и датчик тока // 2358268

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

Волоконно-оптический трансформатор тока // 2321000

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

Магнитооптический датчик тока на основе фотонного эха // 2284529

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

Способ измерения переменного электрического тока и устройство для его осуществления // 2281516

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

Волоконно-оптическое устройство для измерения импульсных токов // 2262709

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.

Способ измерения переменного электрического тока или напряжения и устройство для его осуществления // 2222021

Датчик тока // 2171996

Микрорезонаторный волоконно-оптический датчик электрического тока // 2170439

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

Автономное автоматическое комплексное измерительное устройство контроля и учета электроэнергии в режиме реального времени в сетях высокого напряжения // 2442176

Изобретение относится к области электротехники

Подстанция преобразования переменного тока в постоянный ток или постоянного в переменный ток высокого напряжения с волоконно-оптическим датчиком тока // 2481682

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

Способ и волоконно-оптическое устройство (варианты) для измерения величины электрического тока и магнитного поля // 2497135

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.

Устройство измерения электрического тока // 2536334

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.

Кожух электрического проводника, оснащенный датчиками тока // 2543610

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.

Волоконно-оптический датчик тока или магнитного поля с температурной компенсацией, нечувствительный к изменению параметров датчика // 2547753

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.

Датчик высокого напряжения с перекрывающимися по оси электродами // 2567404

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.

Оптический измеритель переменного тока // 2620927

Изобретение относится к поляризационным приборам для измерения силы тока, в которых используется эффект поворота плоскости поляризации линейно поляризованного света веществом, находящимся в продольном магнитном поле (эффект Фарадея). Заявленный оптический измеритель переменного тока на базе ячейки Фарадея для высоковольтных линий электропередач содержит источник света и установленные последовательно по ходу лучей многомодовое оптическое волокно, коллиматор, первый поляризатор, активный элемент ячейки Фарадея, выполненный из прозрачного вещества, второй поляризатор, плоскость пропускания которого составляет угол ±45° с плоскостью пропускания первого поляризатора, при этом фотоприемное устройство выполнено в виде собирающей линзы, второе многомодовое оптическое волокно, фотоприемник, линейный усилитель сигнала фотоприемника, блок преобразования сигналов, при этом активный элемент ячейки Фарадея выполнен из стекла с высоким значением постоянной Вердэ в виде цилиндра и установлен внутри соленоида, образованного фрагментом проводника высоковольтной линии электропередач, а один торец цилиндра перпендикулярен его образующей, полирован и на его поверхность нанесено зеркальное покрытие, другой торец цилиндра содержит входную и выходную полированные поверхности, выполненные наклонными, образующие между собой ребро, пересекающее ось цилиндра, и составляющие с плоскостью торца цилиндра углы где D - диаметр цилиндра, а - длина цилиндра. Технический результат - повышение точности измерения величины и расширение диапазона измеряемого переменного тока. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Волоконно-оптическое интерферометрическое устройство для регистрации фазовых сигналов // 2624837

Изобретение относится к области волоконной оптики и может быть использовано при создании волоконно-оптических интерферометрических датчиков для регистрации фазовых сигналов (вибраций, акустических воздействий). Изобретение решает задачу создания волоконно-оптического интерферометрического устройства для регистрации различных фазовых сигналов (вибраций, акустических воздействий), которое позволяет избавиться от искажений полезного сигнала и уменьшить оптические потери при одновременном упрощении конструкции. Волоконно-оптическое интерферометрическое устройство для регистрации фазовых сигналов, включающее оптически соединенные источник когерентного оптического излучения, фазовый модулятор, устройство для распределения оптической мощности, чувствительную часть, включающую, по крайней мере, один чувствительный элемент, представляющий собой отрезок чувствительного оптического волокна, находящийся между двумя волоконными брэгговскими решетками (ВБР) одной резонансной длины волны, расположенными на заданном расстоянии, и фотоприемное устройство со схемой демодуляции, при этом вход фазового модулятора соединен с источником когерентного оптического излучения, а его выход соединен с первым портом устройства для распределения оптической мощности, второй порт которого соединен с чувствительной частью, а третий порт устройства для распределения оптической мощности соединен с входом фотоприемного устройства, а длина чувствительного элемента (Lчэ) и длительность лазерного импульса источника когерентного оптического излучения (tимп) связаны соотношением: ,где с - скорость света, n - показатель преломления оптического волокна чувствительного элемента, tимп - длительность лазерного импульса, Lчэ - длина чувствительного элемента. 4 ил.

Оптоволоконный датчик тока со spun волокном и температурной компенсацией // 2627021

Изобретение относится к оптоволоконным датчикам тока. Заявленный оптоволоконный датчик тока со SPUN волокном с высоким двулучепреломлением содержит источник света, который генерирует световое излучение в диапазоне длин волн, первый линейный поляризатор, принимающий световое излучение от источника света и формирующий поляризованный свет. При этом фазовая пластинка принимает свет от первого линейного поляризатора и имеет фазовую задержку ρ=n⋅90°+ε, где n - целое число. Кроме того, датчик тока содержит измерительное spun волокно, намотанное N раз с образованием контура, размещаемого вокруг носителя тока, spun волокно имеет постоянную Верде V. Также устройство содержит детекторный узел, выполненный с возможностью определения фазового сдвига Δφ между двумя поляризованными модами света, возвращающегося из указанного измерительного волокна, и с возможностью формирования сигнала, указывающего на указанный ток. Технический результат – улучшение температурной компенсации и двойного лучепреломления оптоволоконного датчика. 40 з.п. ф-лы, 15 ил.