Главная >  Измерительный преобразователь тока 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 [ 114 ] 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138

Первичный преобразователь

Промежуточный преобразователь

Источник питания

Источник излучения .

Оптический капал

5 Фотоприемник

Зона высокого потенциала

Зона низкого потенциала

Усилитель

Источник питания

Нагрузка

Преобразователь код-аналог

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.



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 [ 114 ] 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138