Характеристика и принцип действия оптических трансформаторов тока

Контрольная работа

Традиционные трансформаторы тока (ТТ) и напряжения (ТН) применяются в энергетике на всех напряжениях от 6 кВ до 1150 кВ и обеспечивают на станциях и подстанциях информацией о первичном токе и первичном напряжении все системы управления и учета электроэнергии, такие как системы измерения, АСКУЭ, РЗА, ПА и диспетчеризации. В настоящее время в энергетике при измерении первичных токов и напряжений используются преимущественно электромагнитные трансформаторы тока (ТТ) и напряжения (ТН), которые реализуют закон электромагнитной индукции (2-е уравнение Максвелла):

а также емкостные трансформаторы напряжения. Емкостные трансформаторы напряжения содержат емкостный делитель напряжения и тот же электромагнитный ТН, но с меньшим (на коэффициент делителя) первичным напряжением. Трансформаторы тока и напряжения. Конструкции, метрологические характеристики, достоинства и недостатки, причины выхода из строя. Среди требований, предъявляемых к высоковольтным трансформаторам тока и напряжения, выделим главные:

  • ? электробезопасность персонала и вторичных цепей всех систем на щите управления станцией или подстанцией, т.е. обеспечение высоковольтной изоляции между первичными и вторичными цепями ТТ и ТН;
  • ? точность измерения первичного тока и напряжения (обычно для различных потребителей вторичных токов и напряжений точность разная).

Эти требования предопределяют конструкции электромагнитных ТТ и ТН.

На ОРУ 110, 220, 330, 500 кВ используются три типовые конструкции трансформаторов тока, которые различаются способом обеспечения высоковольтной изоляции (рис. 1).

Рис. 1. Конструкции электромагнитных трансформаторов тока на напряжение 110-220 кВ (систематизация концерна ABB): а — с нижним расположением магнитопровода; б — с расположением магнитопровода в средней части изолятора; в — с верхним расположением магнитопровода

Высоковольтные трансформаторы тока имеют следующие достоинства и недостатки.

Достоинства:

1. Высокий класс точности — 0,2-0,5 %. В лабораторных ТТ, где нет высоковольтной изоляции, достижим класс точности 0,1% и выше;

2. Простота и надежность ТТ в сетях 6-10-35 кВ;

3. Температурная стабильность характеристик ТТ.

Недостатки:

1. Насыщение магнитопровода электромагнитного ТТ апериодической составляющей тока короткого замыкания (КЗ) и отсутствие передачи информации о первичном токе в первые периоды аварийного переходного процесса, когда эта информация наиболее необходима системам РЗА и ПА для успешной локализации и ликвидации аварии (погрешности трансформации тока электромагнитными ТТ достигают в этом режиме 90 %):

3 стр., 1370 слов

Регулирование напряжения трансформатора

... электрический ток и могут находиться в масле самого трансформатора. 3.2. Автоматическое регулирование напряжения Переключатель ... между обязательными профилактическими работами. Однако конструкция в целом становится более ... высоковольтной части. В переключателе витков реакторного типа потери в средней точке реактора благодаря току нагрузки и наложенного конвекционного тока ... реферат составлен на основе .

  • Информация о первичном токе фактически перестает поступать по вторичным цепям на системы РЗА и ПА через 10 миллисекунд после начала аварии, причем сильно искажена не только апериодическая составляющая тока КЗ, но и периодическая тоже, примерно на 90% во втором периоде (через 5-10 периодов (100-200 миллисекунд) трансформация первичного тока восстановится);
  • Информация о первичных процессах фактически отсутствует или сильно искажена.

В этих условиях системы защиты (и микропроцессорные и старые) либо не работают, либо работают ложно, либо просто затягивают процесс до появления информации, хотя по регламенту системы РЗА должны за один-два периода определять место аварии и выдавать команды на соответствующие высоковольтные выключатели для локализации и ликвидации аварии в начальной стадии;

  • Затягивание ликвидации аварии чревато выпадением из синхронизма крупных электрических двигателей и генераторов на заводах и электростанциях, что превращает простую аварию в системную.

2. Проблемы с высоковольтной изоляцией, на что указывает неблагоприятная статистика аварий трансформаторов тока класса 110-750 кВ на электростанциях и подстанциях электрических сетей России и Минатома в последние годы;

3. Взрыво- и пожароопасность трансформаторов тока существующих конструкций (рис. 1) принципиально неустранима, не только в маслонаполненных трансформаторах тока. В элегазовых ТТ взрыв также неизбежен при пробое главной изоляции, только разве что без пожара.

Высоковольтные трансформаторы напряжения 110-750 кВ, эксплуатируемые в России, бывают двух типов: электромагнитные и ёмкостные. Электромагнитные ТН (рис. 2) просты по принципу действия и содержат на магнитопроводе первичную обмотку с главной высоковольтной изоляцией и вторичную обмотку.

Емкостные трансформаторы напряжения 110-750 кВ содержат емкостный делитель напряжения и электромагнитное устройство, а по существу электромагнитный ТН на сниженное напряжение (6-35 кВ), подключенный к конденсатору нижнего плеча делителя напряжения.

Обычно емкостные ТН используются также для ВЧ связи по ЛЭП.

Следует отметить, что индуктивность электромагнитного ТН со стороны первичных зажимов значительно больше активного сопротивления, имеет нелинейный характер в соответствии с петлей гистерезиса, т.е. зависит от режима и, взаимодействуя с емкостями элементов ОРУ и линий, может вызвать феррорезонанс со значительным повышением напряжения на ТН, что неизбежно приведет к аварии ТН.

Рис. 2. Принцип действия и конструкция электромагнитного трансформатора напряжения (по материалам концерна ABB)

Анализ протоколов технологических нарушений в работе электромагнитных ТН 110-750 кВ показывает, что основной причиной пробоя главной изоляции ТН являются феррорезонансные явления, сопровождающиеся внутренними перенапряжениями на первичной обмотке ТН (примерно 90% случаев).

Тенденции в электроэнергетике России в настоящее время таковы, что наряду с существующими традиционными системами релейной защиты, противоаварийной автоматики, измерений и учета на станциях и подстанциях внедряются цифровые (микропроцессорные) системы РЗА, ПА, АСКУЭ, измерения и диспетчеризации. А это приводит к росту нагрузки на трансформаторы тока и вследствие этого к ухудшению класса точности ТТ, эксплуатируемых в энергетике России.

7 стр., 3128 слов

Единая энергетическая система России

В составе Единой энергосистемы России в настоящее время работают параллельно 6 объединенных энергетических систем (ОЭС) России: Центра, Средней Волги, Урала, Северо-запада России, Северного Кавказа, Сибири - в ... хозяйства и населения этих государств на основе эффективного функционирования объединенных энергетических систем с рабочим органом - Исполнительным комитетом. В условиях перехода к ...

Экономические условия функционирования энергопредприятий и энергосистем таковы, что необходимо повысить точность учета электроэнергии, и цифровые (микропроцессорные) системы позволяют это сделать, однако недостаточно высокий класс точности ТТ является тормозом на этом пути.

Перед заводскими конструкторами ставится задача разработать ТТ более высокого класса точности с большей нагрузочной способностью. Удовлетворение этих требований неизбежно приведет либо к росту массогабаритных показателей (больше железа, больше меди и всего остального), что нежелательно по условиям конкуренции, либо к более напряженному использованию высоковольтной изоляции, что, в принципе, снижает надежность и срок службы ТТ, но по законам теории вероятности.

Известные недостатки ТТ и ТН привели к интенсивным научно-исследовательским работам с целью создания взрывобезопасных, высоковольтных, с лучшими метрологическими характеристиками датчиков информации о первичном токе и напряжении для использования на ОРУ станций и подстанций энергосистем.

1. Физические принципы работы оптических трансформаторов тока и трансформаторов напряжения

Поиск альтернативного технического решения измерения тока и напряжения в высоковольтных электроэнергетических установках ведется давно как в СССР, России, так и за рубежом.

Уже не первый десяток лет во многих странах мира разрабатываются трансформаторы напряжения (ТН) и тока (ТТ) оптоэлектронного типа основанные на использовании электрооптических эффектов Керра и Поккельса (для измерения напряжения) и магнитооптического эффекта Фарадея (для измерения тока).вкладываются значительные средства и к настоящему времени достигнут прогресс в использовании эффекта Фарадея для измерения тока в высоковольтном проводе и электрооптического эффекта Поккельса для измерения высокого напряжения.

Эти исследования стали более актуальными в связи с интенсивным процессом внедрения микропроцессоров в системы управления, измерения, релейной защиты, противоаварийной автоматики, телемеханики на подстанциях.

В трансформаторах напряжения с ячейками Керра или Поккельса световой поток модулируется электрическим полем в активном материале, расположенном между электродами, к которым приложено измеряемое напряжение. Эффект Керра возникает во многих изотропных веществах (бензол, эпоксидные компаунды и др.), но наиболее часто используется нитробензол, проявляющий наибольший эффект. Линейный электрооптический эффект Поккельса наблюдается в пъезоэлектрических кристаллах, помещенных в электрическое поле. Сильнее всего этот эффект проявляется в кристаллах дигидрофосфата аммония (NH4H2PO4) и гидрофосфата калия (KH2PO4) в продольном электрическом поле, создаваемом с помощью кольцевых электродов. Возможность применения эффекта Фарадея для бесконтактного измерения в токопроводе величины постоянного тока очевидным образом вытекает из закона Верде. Постоянный ток порождает вокруг токопровода постоянное магнитное поле, поместив в которое чувствительный элемент с линейно поляризованным светом, можно определить по углу поворота последнего величину напряженности магнитного поля, а по ней и величину самого тока в токопроводе за те или иные фиксированные промежутки времени.

7 стр., 3279 слов

Одномодовые оптические волокна

... дисперсии при передаче сигналов многомодовых ОСП по многомодовым ВОЛП, также указываются дополнительные сведения, полученные в результате измерений DMD в процессе изготовления волокна, - например, ... изготовлена сердцевина оптического волокна - кварца и легирующих добавок. Спектральная зависимость показателя преломления материала сердцевины и оболочки (рис. 13) вызывает изменения с длиной волны и ...

Сложнее обстоит дело с переменным током. Его магнитное поле является переменным не только по величине, но и по направлению, изменяясь на противоположное каждый полупериод, т.е. каждые 10 мс для промышленного тока с частотой fт = 50 Гц. Вращение плоскости поляризации света в чувствительном элементе также изменяется на противоположное каждый полупериод. Поэтому для полного периода синусоидального тока (и кратных ему периодов) угол Фарадея равен нулю. Следовательно, все измерения угла Фарадея необходимо проводить раздельно для положительных и отрицательных полупериодов тока, синхронизируя с ними начало и конец соответствующих измерений.

2. Оптическое волокно

Главным чувствительным элементом любого ОТТ или ОПТ, существенно влияющим на его основные технические и метрологические параметры, является оптическое волокно (ОВ) для передачи световой энергии и оптических сигналов. Рассмотрим конструкцию, основные свойства и характеристики ОВ.

В является световодом (волноводом), т.е. передает ЭМВ оптического диапазона с одной, входной его поверхности (торца световода) на его другую, выходную торцевую поверхность. Конструкция ОВ представляет собой цилиндрическое стеклянное волокно в защитной оболочке, световедущая жила которого — сердцевина выполнена из сверхчистого кварцевого стекла и окружена оболочкой из другого стекла или полимера с меньшим показателем преломления (рис. 3).

Рис. 3. Конструкция оптического волокна

Вследствие этого на поверхности раздела сердцевины и оболочки лучи света, падающие под соответствующими углами, подвергаются полному внутреннему отражению (ПВО).

Благодаря этому свойству ОВ обеспечивает возможность передачи световой волны на большое расстояние без промежуточного усиления и с минимальными потерями энергии.

Существуют два основных типа ОВ: многомодовые и одномодовые — рис. 4.

Рис. 4. Распространение световых мод: а — в многомодовом ОВ; б — в одномодовом ОВ (показаны световые сигналы, а также ступенчатые профили показателей преломления n2 < n1)

В многомодовом ОВ оптический сигнал представляется множеством мод, каждая из которых имеет свою отдельную линейно-ломаную траекторию, а в одномодовом — одной модой с траекторией вдоль оси волокна (аксиальный луч).

По конструкции эти волокна различаются системой диаметров сердцевины и оболочек: для многомодовых волокон D1 = 50-100, D2 = 125-140, D3 = 250 мкм, а для одномодовых D1 = 5-10, D2 = 125, D3 = 250 мкм. Т.е. в одномодовом ОВ диаметр сердцевины на порядок меньше и превосходит всего лишь в несколько раз длину волны передаваемого по световоду монохроматического света вего ближней ИК-области с л 0,8-1,7 мкм.

В зависимости от изменения показателя преломления сердцевины по координате вдоль диаметра, различают ОВ со ступенчатым и градиентным профилем. В первом случае сердцевина имеет, как для многомодовых, так и для одномодовых ОВ, постоянный показатель преломления n1 вдоль всего диаметра D1 (и длины волокна), который скачкообразно меняется до значения n2 на границе раздела сердцевины и оболочки. Типичные значения n1, n2 = {1,45…1,55}. Во втором случае сердцевина многомодового волокна имеет переменный профиль показателя преломления (например, параболический), в котором n1 плавно и симметрично уменьшается от центра к оболочке до величины n2. В ОТТ/ОПТ применяется исключительно одномодовое ОВ.

6 стр., 2701 слов

Оптические волокна

... волны 1,3 mм, 1,55 mм, Одномодовое волокно (также волокно со смещенной дисперсией), InGaAsP/InP лазерный передатчик, InGaAsP/InP детектор. Оптическое волокно состоит из световедущей сердцевины, ... Оптических Линиях Связи также находят применение оптические усилители. Оптическое волокно представляет собой цилиндр из легированного кварцевого стекла. Для передачи сигналов используются два вида волокна: ...

3. Передача светового сигнала

Чтобы световой луч распространялся вдоль световода в режиме ПВО, он должен входить в торец волокна под углом падения ц0 (относительно плоскости торца), не превышающим критический угол ввода ц0к: ц0 ц0к = 900 — ц1к, где ц1к — критический угол падения луча на границе раздела сердцевины и оболочки. Таким образом, входной луч должен попадать в воображаемый конус с удвоенным критическим углом ввода 2ц0к при его вершине (рис. 5).

Рис. 5. Схема ввода светового луча в торец ОВ для реализации процесса ПВО

Угол ввода волокна ц0к называют угловой апертурой, а его синус — числовой апертурой оптоволокна: NA = sin ц0к = (n12 — n22)1/2.

Числовая апертура зависит только от показателей преломления n1, n2 (всегда должно выполняться условие n1 > n2).

Апертура характеризует светособирающую способность ОВ: чем она больше, тем с большей площади источника излучения можно собрать волновую энергию, но тем больше и ее рассеяние в волокне. Волокно с меньшей апертурой требует лучше сфокусированного источника оптического излучения (в качестве такового используют лазеры и лазерные светодиоды).

Конструкция ОВ влияет на выбор длины волны передаваемого светового сигнала, определяя его затухание и дисперсию. В общем случае затухание — это ослабление светового потока в оптоволокне, приводящее к тому, что амплитуда принятого сигнала на выходе волокна меньше амплитуды переданного сигнала. Природа затухания может быть различной. Коэффициент затухания А для заданной длины волны определяют как отношение вводимой в волокно оптической мощности к мощности принятого из волокна оптического сигнала. Он измеряется в децибелах.

Коэффициент затухания А нелинейно зависит от параметров ОВ и длины волны света (рис. 6).

Рис. 6. Зависимость коэффициента затухания А от длины волны л для обычного кварцевого ОВ в ближней ИК-области оптического излучения

Обычное кварцевое ОВ прозрачно в ближней ИК-области оптического излучения с длиной волны до л 2 мкм (существуют инфракрасные ОВ, сделанные из специальных легированных стекол, которые прозрачны для среднего ИК-излучения с длиной волны л 2-10 мкм).

График имеет несколько участков — окна прозрачности, где затухание минимально: окна 820-880, 1285-1330 и 1525-1575 нм. Из-за большого затухания видимый свет диапазона 0,4-0,7 мкм в передаче светового сигнала по обычному кварцевому ОВ не используется (имеются специальные ОВ для работы и в видимой части спектра).

Наиболее эффективна для передачи светового сигнала длина волны из второго и третьего окон прозрачности. Если введенный в волокно свет линейно поляризован, то в идеальных условиях распространения (однородная структура и круглое сечение волокна по всей его длине, ввод излучения в волокно строго под углом ПВО), он сохраняет свое состояние поляризации по мере распространения в волокне. В реальном же ОВ из-за неидеальности геометрических размеров его сердцевины и различных механических и иных факторов (например, перегибов волокна и его поперечных или продольных напряжений, вибраций, изменения температуры) появляется некоторая асимметрия показателя преломления в ортогональных направлениях вдоль оси волокна. В одномодовом ОВ основная мода линейно поляризованного света передается в виде двух ортогонально ориентированных волновых составляющих (ортогональных мод Ех и Еy), разность скоростей распространения которых, вызванная указанными факторами, приводит к искажению выходного сигнала и к его частичной деполяризации. Это явление называют поляризационно-модовой дисперсией (ПМД).

12 стр., 5637 слов

Шкала электромагнитных волн

... волна спектр электродинамика радиосвязь ионосфера 3. Инфракрасное и световое излучения Инфракрасное, световое, включая ультрафиолетовое, излучения составляют оптическую область спектра электромагнитных волн ... тока. Электромагнитное излучение характеризуется частотой, длиной волны и мощностью переносимой энергии. Частота электромагнитных волн ... волну на спутник, мы можем ловить отраженные от него сигналы ...

Она носит статистический характер и не превышает, как правило, 0,5 пс/км. ПМД невозможно компенсировать, и ее величина может быть понижена только за счет увеличения качества ОВ. Обычное ОВ, применяемое в связи, не позволяет сохранять состояние поляризации. Для этой цели используют специальные, «поляризационные» типы ОВ. Одномодовое ОВ, в котором поляризация основной моды не искажается из-за случайных дефектов и флуктуаций показателя преломления сердцевины, называют ОВ, сохраняющим (не искажающим, поддерживающим) поляризацию. Если сделать разность скоростей ортогональных мод Ех и Еyи соответственно разность их фаз такой, чтобы она превышала возможные фазовые флуктуационные изменения, то распространение света по волокну перестанет зависеть от этих изменений, т.е. его линейная поляризация полностью сохранится. Получить большую разность фаз, достаточную для всей длины волокна, можно в ОВ с эллиптическим сердечником или эллиптически напрягаемой оболочкой. Однако для измерения тока такие ОВ непригодны, так как в этом случае нужны ОВ с циркулярным состоянием поляризации.

Например, один из возможных типов таких ОВ — «крученое» ОВ — получают за счет быстрого вращения кварцевой заготовки в процессе вытяжки волокна и «замораживания» при этом его спиралевидной структуры.

Еще один из путей повышения поляризационной стабильности ОВ — применение микроструктурированного оптического волокна (МОВ) или «дырчатого» ОВ, содержащего вокруг кварцевой сердцевины множество воздушных цилиндрических микроканалов диаметром 1-2 мкм с n2 = 1, сильно влияющих на оптические и поляризационные свойства волокна. В частности, эти каналы компенсируют (за счет изменения своей формы) температурные и механические воздействия на волокно, влияющие на поляризацию сигнала. Различные «крученые» и «дырчатые» ОВ используют в ОТТ и ОПТ для сохранения поляризации светового сигнала в процессе его передачи по волокну.

Кварцевое ОВ как среда передачи светового сигнала обладает низкими потерями энергии (менее 0,2 Дб/км для = 1,55 мкм), широкополосностью (6-10 кГц), малыми габаритами (D < 150-250 мкм), высокой прочностью (волокно выдерживает в силу своей однородности и бездефектности предельное напряжение до 7 кг).

Малым весом (порядка 30 г/км), гибкостью (Rи 2 мм), невосприимчивостью к электромагнитным помехам (высокой помехозащищенностью), малыми переходными помехами (при плотной укладке волокна в кабели), отсутствием искрения (взрыво- и пожаробезопасностью), полной электробезопасностью, защитой от несанкционированного доступа, стойкостью к коррозии, радиации и высоким температурам. Эти качества ОВ определяют основные преимущества оптических ТТ и ПТ по сравнению с их электромагнитными аналогами.

23 стр., 11461 слов

Методика поверки цифрового вольтметра переменного тока

... методики поверки цифрового вольтметра переменного тока. РЕФЕРАТИВНЫЙ ОБЗОР ЦИФРОВЫХ ВОЛЬТМЕТРОВ. СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА ПРИБОРА. АНАЛИЗ ИСТОЧНИКОВ ПОГРЕШНОСТЕЙ Реферативный обзор средств измерений данного вида В цифровых измерительных приборах (далее - ЦИП) автоматически вырабатываются дискретные сигналы ...

4. Конструкция и характеристики ОТТ/ОПТ

Типичная схема ОТТ/ОПТ содержит чувствительный элемент в виде нескольких витков ОВ, помещенных в жесткую защитную оболочку из немагнитного материала — токовую головку для ОТТ или измерительную петлю для ОПТ, и электронно-оптический блок (ЭОБ), соединяемый с чувствительным элементом непосредственно (для ОПТ) или через оптический кросс (для ОТТ) (рис. 7).

Рис. 7. Упрощенная структурная схема оптического ТТ или ПТ

ЭОБ генерирует с помощью встроенного лазера и модулятора на своем оптическом выходе монохроматический циркулярно поляризованный световой сигнал, направляемый по поддерживающему поляризацию ОВ на вход чувствительного элемента. В чувствительном элементе плоскость поляризации сигнала подвергается под воздействием магнитного поля Н1 тока I1 соответствующему повороту на угол Фарадея, и с выхода чувствительного элемента световой сигнал поступает на оптический вход ЭОБ, где на фазовом детекторе из него формируется электрический измерительный сигнал.

Далее этот сигнал через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) поступает в виде цифрового кода определенной разрядности на дискретный интерфейсный выход ЭОБ и через цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) на усилитель, где формируются нормированные аналоговые выходные сигналы в виде напряжения или тока для выдачи на аналоговый интерфейс ЭОБ. Таким образом, измерительная информация может быть получена на выходе ЭОБ для дальнейшего использования.

В том случае, когда чувствительный элемент по технологическим требованиям, например, на высоковольтных подстанциях, должен быть дистанционно (до 1 км) удален от ЭОБ, для подключения чувствительного элемента дополнительно используется магистральное ОВ, сохраняющее поляризацию, и кроссовый блок (кабельный бокс), подключающий его к ОВ чувствительного элемента.

Состав оборудования и функции, выполняемые ЭОБ, зависят от изготовителя и карты заказа изделия. В частности, ЭОБ, содержащий встроенные часы, микропроцессор и память, способен преобразовывать в реальном времени текущие цифровые коды АЦП в именованные цифровые результаты измерений основной и производных гармоник измеряемого тока, накапливать их в памяти за различные интервалы времени и выдавать результаты измерений через цифровой интерфейс в цифровую вычислительную сеть объекта или субъекта учета. Тем самым ОТТ или ОПТ, в отличие от их электромагнитных аналогов, легко можно включать в те или иные цифровые системы (например, цифровые подстанции в соответствии со стандартом), минуя промежуточное использование измерительных приборов.

Конструкция токовых головок для ОТТ зависит от конструкции высоковольтных шин на объекте учета, с которыми эти головки должны сопрягаться. На рис. 6 приведены три варианта токовых головок одного из ведущих мировых изготовителей ОТТ/ОПТ (NхtPhaseCorporation) для шин различного вида.

Рис. 8. Варианты крепления токовых головок к шинопроводу

В ОТТ токовые головки устанавливаются на вершине изоляционных колонн, которые выполняют одновременно функции опоры шины с головкой, защиты ОВ от воздействий внешней среды. ОВ проходит внутри колонны от головки к кроссовому блоку, размещаемому, как правило, в основании колонны и дополнительной электрической изоляции кроссового блока и персонала, работающего с ОВ у основания колонны. Для обеспечения опорной функции колонна изготавливается в виде спиралевидного цилиндра необходимой высоты, а для обеспечения его защитной и изоляционной функций используют композитный материал (стеклопластик) с высокими изоляционными и антикоррозийными свойствами.

5 стр., 2055 слов

Методы и средства измерений и виды погрешностей

... определение погрешности измерений - одна из основных задач метрологии [1]. Погрешность -- это отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины. Погрешности условно можно разделить на погрешности средств измерения и погрешности результата. измерений. Погрешности средств измерения, Погрешность ...

В ОПТ вместо стандартной токовой головки используется измерительная петля (ВОДТ), форма и размер которой подбираются под ту токоведущую шину, в которой необходимо измерить ток. ОПТ с такой изменяемой петлей называют трансформируемым.

В отличие от ОТТ, применяемых на высоковольтных подстанциях для измерений переменного тока промышленной частоты, ОПТ используют, как правило, при измерении больших переменных или постоянных токов в различных технологических процессах на энергоемких производствах, например, в электрометаллургической или электрохимической промышленности.

На таком же принципе работает и первый российский образец оптоэлектронного ТТ, разработанный ООО Научно-производственная компания «Оптолинк» совместно с ОАО Раменский электротехнический завод «Энергия» (рис. 9).

Рис. 7. Первый российский оптоэлектронный измерительный трансформатор тока типа ОИЦТТ 110кВ, 2кА, 0.2с: 1 — ячейка Фарадея; 2 — оптическое волокно; 3 — токовые выводы; 4— электронный преобразователь

электромагнитный трансформатор оптоволокно шинопровод

По мнению некоторых источников, которые стали активно лоббировать интересы в пользу оптоэлектронных ТТ и ТН, перечисляют следующие преимуществ а :

  • возможность масштабного преобразования и измерения как переменного (до 100 кА), так и постоянного или импульсного (до 600 кА) тока различных уровней напряжений (до 800 кВ);
  • оптико-электронное малоинерционное преобразование световых сигналов с отсутствием явлений гистерезиса, магнитного насыщения и остаточного намагничивания, характерных для электромагнитных аналогов и ограничивающих их динамический диапазон и точность измерений;
  • большой динамический диапазон (0,1-200% I1ном) и высокая точность (0,1-0,2%) для измерений и защиты токовых цепей, достигаемые за счет использования поляризованных световых сигналов и их цифровой обработки; при этом одно и то же изделие.

В отличие от электромагнитных аналогов, может использоваться при 10-кратно различающихся первичных номинальных токах за счет электронной перенастройки коэффициентов трансформации;

  • возможность интеграции в измерительные и информационные системы с использованием различных интерфейсов — аналоговых, дискретных и цифровых — и исключением влияния вторичной нагрузки на процессы измерения;
  • полная эколого-, пожаро-, взрыво- и электробезопасность за счет отсутствия вредных веществ и электропроводящих материалов в ВОДТ, а также за счет использования маломощных световых сигналов, исключающих возможности искрения и возгорания в нештатных ситуациях (например, при обрыве ОВ);
  • малые весогабаритные параметры, упрощающие и облегчающие монтаж, а также позволяющие устанавливать изделия в ограниченном пространстве, в любом положении, с установкой на опору или путем подвешивания к жесткой шине;

— Все эти преимущества являются следствием применения в рассматриваемых изделиях маломощных поляризованных световых сигналов, распространяющихся в ОВ, помещенном в магнитное поле измеряемого тока, бесконтактного воздействия поля на данные сигналы в виде эффекта Фарадея и электронной цифровой обработки результатов измерений поворота плоскости поляризации.

4 стр., 1704 слов

Измерение сопротивления 2008г

... оттого, что при измерении токов и напряжений во второй схеме амперметр учитывает и тот ток, который проходит через вольтметр, а в первой схеме вольтметр измеряет напряжение помимо резистора еще и на амперметре. Из определения ...

Из недостатков следует отметить:

  • Опто-электронные ТТ содержат весьма сложные микропроцессорные преобразователи электрических сигналов в оптические и обратно, которые обладают весьма ограниченной помехоустойчивостью;
  • Не доказана долговечность, долговременная стабильность и повторяемость результатов достаточную для нужд измерения тока и работы релейной защиты;
  • Оптическое волокно и сложные микропроцессорные системы менее устойчивы к вибрациям и перепадам температур;
  • Необходимость постоянной самодиагностики электронной системы оптоэлектронного ТТ;
  • Требует высококвалифицированного эксплуатационного обслуживания сложного электронного устройства, соответственно более высококвалифицированного персонала, обслуживающего данное устройство

Заключение

Высоковольтные ОТТ/ОПТ находятся в самом начале своего пути в большую электроэнергетику и промышленность.

Важно, что оптические технологии изначально ориентированы на цифровое представление результатов измерений и на цифровую обработку (сохраняющееся еще представление результатов в виде аналоговых или дискретных сигналов — только дань традиции).

Это означает, что цифровая обработка становится еще ближе к точке измерения электроэнергии и окончательные результаты измерения можно будет получить непосредственно в ОТТ/ОПТ, не прибегая к использованию различных дополнительных измерительных приборов, например, счетчиков электроэнергии. Цифровые ОТТ/ОПТ совместно с цифровыми оптическими трансформаторами напряжения — это будущее в учете электроэнергии при высоких напряжениях и больших токах.

Приведенные выше недостатки являются весьма ярким примером того, что сложные микропроцессорные оптоэлектронные системы вовсе не являются верхом совершенства. Поэтому и оптоэлектронные ТТ ,скорее всего, вовсе не являются универсальными устройствами, призванными заменить все типы существующих ТТ, а будут иметь, скорее ограниченное применений в некоторых специальных случаях.

Список использованных источников и литературы

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kontrolnaya/opticheskiy-transformator-toka/

1. В.Н. Гречухин, «Электронные трансформаторы тока и напряжения. Состояние, перспективы развития и внедрения на ОРУ 110-750 кВ станций и подстанций энергосистем», «Вестник ИГЭУ» Вып. 4 2006 г.

2. А.Л. Гуртовцев, «Оптические трансформаторы и преобразователи тока. Принципы работы, устройство, характеристики», журнал «Новости электротехники», № 5, 2009 г.

3. В.И. Гуревич, «Оптоэлектронные трансформаторы тока: панацея или частное решение частных проблем?» Вести в электроэнергетике № 2, 2010 г.