Главная
>
Измерительный преобразователь тока Первичный преобразователь Промежуточный преобразователь Источник питания Источник излучения . Оптический капал 5 Фотоприемник Зона высокого потенциала Зона низкого потенциала
Нагрузка 8 Рис. 9-1. Упрощенная структурная схема ОЭТТ с внутренней модуляцией Источник литания ± Источник излучения Линза Поворотные зеркала Поляризатор Магнитооптический злемеит Анализатор Линза ~т~ Фотоприемник Усилитель Зона низкого потенциала Зона высокого потенциала Зона высокого потенциала Зона низкого потенциала Источник питания Нагрузка Рис. 9-2. Упрощенная структурная схема ОЭТТ с внешней модуляцией В схеме на рис. 9-1 используется внутренняя модуляция интенсивности излучения. Измеряемый ток через первичный преобразователь 1 и промежуточный 2 воздействует на один из параметров источника излучения 3 таким образом, что его поток излучения изменяется во времени по детерминированному з1акону, определяемому видом используемой модуляции. Промежуточный преобразователь 2 получает питание от автономного источника 11. Он и блоки /-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 J0 поступает параллельно на преобразователь кода в аналог 9 и нагрузку 8, а также на нагрузку 7. 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 на рис. 9-1 несколько упрощается, так как отпадает необходимость в блоках 8 я 9. В схеме на рис. 9-2 используется внешняя модуляция интенсивности излучения, иначе говоря, измеряемая величина воздействует на характеристики потока излучения вне источника. Это осуществляется следующим образом. 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 ij. По обратному оптическому каналу 8 излучение поступает в фотоприемник 9, который через усилитель 10, имеющий автономный источник питания 12, управляет работой нагрузки 11. Подчеркнем, что вид модуляции в схеме зависит от первичного преобразователя измеряемой величины и может бьпгь принципиально любым из перечисленных выше для внутренней модуляции. По рассмотренным структурным схемам создаются измерительные устройства, называемые оптико-электронными трансформаторами тока (ОЭТТ): 1) дающие возможность обеспечить полную электрическую I 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 изоля-: цией 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 от -50 до -Ь50 °С; !6) дающие возможность выполнить вариант конструкции, ; встраиваемой в коммутационные аппараты или их комплексы, за счет малогабаритности входящих элементов и небольшой их массы. Наряду с перечисленными несомненными достоинствами ОЭТТ в сравнении с электромагнитными ТТ обладают рядом недостат- ков, обусловленных их принципом действия. Основные из них- i 345 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 эти недостатки следует считать временными, ибо по мере совершенствования схемных решений и элементной базы они будут вполне устранимы. В этом нет сомнений, потому что ОЭ-меТодЫ начали интенсивно развиваться сравнительно недавно. Впервые ОЭ-метод измерения тока с использованием магнитооптического эффекта Фарадея был предложен Г. В. Голодолин-ским [25]. Последние 20 лет разработкой теоретических основ, научно-исследовательскими и опьггно-конструкторскими работами по созданию ОЭТТ занимается достаточно большое число исследовательских и учебных институтов. Созданы опытные образцы, использующие магнитооптический эффект Фарадея, арсенид-галлиевые лазерные диоды и светодиоды. Заметный вклад в разработку ОЭ-методов измерения тока и напряжения внесли ученые НИИ постоянного тока. Электротехнические фирмы и научно-исследовательские институты ряда зарубежных стран (США, Японии, Франции, ФРГ. Англии) также уделяют значительное внимание разработке ОЭ-методов и ОЭТТ, о чем свидетельствует большое число печатных работ и патентов. Созданы лабораторные и опытные образцы с различными видами модуляции светового потока и разным конструктивным выполнением. Внедрение ОЭТТ в электроэнергетику в основном-зависит от успехов в разработке и внедрении релейной защиты, системной автоматики и измерительных приборов на элементах аналоговой и цифровой вычислительной техники с малым потреблением мощности от их выходных цепей. Этому направлению уделяется достаточно большое внимание. В настоящей главе дано описание ряда наиболее важных схем ОЭТТ, анализ их работы в переходных и установившихся режимах и конструктивные решения. 9-2. ОЭТТ С ВНЕШНЕЙ МОДУЛЯЦИЕЙ СВЕТОВОГО ПОТОКА Оптико-электронные трансформаторы тока, использующие эффект Фарадея (ОЭТТФ), - универсальные аппараты, предназначенные для измерения постоянного, переменного и импульсного тока в установках и линиях любого напряжения.
|