УСТРОЙСТВО ОПЕРАТИВНОГО КОНТРОЛЯ СИЛЫ ТОКА В ФАЗНОМ ПРОВОДЕ В СЕТЯХ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ
DEVICE FOR OPERATIONAL CONTROL OF THE CURRENT IN PHASE CONDUCTORS IN HIGH VOLTAGE NETWORKS

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