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光互感器及其应用:OPT与OCT原理分析

时间:2023-07-01 理论教育 版权反馈
【摘要】:光互感器是高新技术在互感器设计中的应用,它分为两类:一类是光电压互感器OPT,原理是波克尔斯 电光效应;另一类为光电流互感器OCT ,原理是法拉第 磁光效应。由于光学材料本身难以克服的双折射和温度稳定性影响,光互感器长期运行结果目前还不理想,实用化进程比较缓慢,存在一些不足。但中外科研人员20年来对此不懈地努力及现场运行结果是令人鼓舞的。可以预见,光互感器在电能计量及继电保护方面拥有广阔的应用前景。

光互感器及其应用:OPT与OCT原理分析

光互感器是高新技术在互感器设计中的应用,它分为两类:一类是光电压互感器OPT(Optical Potential Transformer),原理是波克尔斯 (Pockels)电光效应;另一类为光电流互感器OCT (Optical Current Transformer),原理是法拉第 (Faraday)磁光效应。利用波克尔斯电光效应和法拉第磁光效应来实现从一次电压、一次电流到光的转换,用光信号而不是用电信号作为测量信息的载体,接着用光纤而不是用金属导线来传递测量信息,然后经过光电变换后,可重新取出相应的电信号,供后续电能测量线路和单片机处理。

OPT的测量原理是根据Pockels电光效应来实现的,Pockels电光效应是指某些透明光学介质(如BGO晶体),在外电场作用下,其折射率线性地随外电场改变。在外电场E作用下,BGO晶体由各向同性变成各向异性双折射晶体。当线偏振光投射到双折射晶体的端面,入射光束就会变成初相角相同而电位移矢量互相垂直的两束光,由于他们在BGO晶体中的传播速度不同,出射时有一定的相位差,采用检偏器将互相垂直的两束出射光变成偏振相同的相干光,产生相干干涉,从而将相位调制光变成振幅调制光,将相位差的测量转化为光强的测量,最后获得被测电压值。由于OPT是被测母线的电场在影响传感头,传感头放置的位置影响电压信号的获取,必须寻找合适的位置,使电场与电压成正比,还要克服邻近相电场及地电位的影响。

OCT的测量原理是根据Faraday磁光效应来实现的,Faraday磁光效应是指一束线偏振光在磁场作用下通过磁材料时,它的偏振面将发生偏转,偏转的角度与产生该磁场的被测母线中的电流成正比。(www.xing528.com)

与传统的电磁式互感器相比,光互感器具有以下明显优势:①体积小、质量轻;②抗干扰能力强,具有良好的绝缘性能,可降低互感器在保证其绝缘性能上的投资;③不会产生磁饱和现象,可以完整地传递交、直流信号,能同时满足计量和继电保护的需要,避免多个电流互感器的重复投资,实现信息共享;④测量准确度、灵敏度高,动态范围大,其额定电流可由几十安至几千安,过电流范围可达几十万安;⑤具有良好的频率特性,响应速度快,可测出高压线路的谐波电流,进行电流暂态、高频大电流的测量,捕获故障时瞬变过程中的电流波形;⑥可与光纤通信系统相结合,构成可靠地检测、传输一体化的数据采集系统;⑦具有很高的性能价格比。

由于光学材料本身难以克服的双折射和温度稳定性影响,光互感器长期运行结果目前还不理想,实用化进程比较缓慢,存在一些不足。但中外科研人员20年来对此不懈地努力及现场运行结果是令人鼓舞的。可以预见,光互感器在电能计量及继电保护方面拥有广阔的应用前景。

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