光学电流互感器制造技术

一种应用于电力系统高压线路电流测量及控制的光学电流互感器，以条状磁光材料为主要传感元件的传感头置于被测电流通过的螺线管内，并与螺线管的轴线平行，传感头的条状磁光材料的长度小于螺线管的长度，条状磁光材料处于螺线管内的稳定磁场区域中。一个传感头有一根条状磁光材料，其一端依次连接起偏器、自聚焦透镜和输入光纤，另一端依次连接检偏器、平行自聚焦透镜、平行输出光纤、垂直自聚焦透镜和垂直输出光纤。由于光路为直线形，避免了现有技术中块状传感头多次４５度反射，克服了随时间推移反射面变性而导致反射的光强变弱而丧失稳定性的缺陷。本实用新型专利技术的光学电流互感器的传感头性能能够保持长期稳定，即该光学电流互感器能够长期稳定地运行。由于通电螺线管内的磁场强大，且磁场方向与条状磁光材料的平行度好，通过条状磁光材料的偏振光旋转角大，所以测量精度高。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及电力系统高压线路电流测量及控制应用的光学电流互感器的改进，特别是涉及以磁光材料为主要传感器件的光学电流互感器的改进。
技术介绍
电流互感器是电力系统计量和保护控制的重要设备，电磁式电流互感器经过长期发展，其测量稳态电流的精度可达万分之几，甚至更高；可是在短路故障情况下电磁式电流互感器出现严重的磁饱和现象，导致二次输出电流波形失真，不能描述短路电流的过渡过程，这是继电保护误动和拒动的主要原因之一。今后，电力系统的监视与控制将走向全时间过程，从局部走向全局。继电保护的误动和拒动会给电力系统带来灾难性的事故，因此，人们正在构建电力系统安全防御体系，传统的电磁式电流互感器不能反映电网动态过程，迫切需要新型的电流互感器，于是基于法拉第磁光效应的光学电流互感器受到重视，特别是块状光学电流互感器。中国专利号为ZL98235720的技术说明书公开了一种具有块状光学传感头的光学电流互感器，其传感头的主体玻璃环外围有前后左右上下对称的5个45度角的反射面，及一个垂直的通光面，被测电流通过的直线导体从主体玻璃环中心的孔穿过，偏振光经过反射面的多次全反射围绕导体一周，偏振光在与其传播方向平行的被测电流的磁场作用下其偏振面发生旋转，从而测量出电流。其优点是没有磁饱和现象，包括短路全过程都能测量出来，但是，其不足之处是长期稳定性不好，如果说新的装置各反射面能够全反射，偏振光全部围绕电一周，但随着时间的推移，反射面的性质会发生变化，致使折射率发生变化，反射的光越来越弱，测量的精度及其可靠性越来越差，所以这类装置一直没有实用。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是提高光学电流互感器的传感头的性能稳定性，从而使光学电流互感器能够长期稳定运行，同时还要使光学电流互感器有足够高的测量精度。本技术的技术方案如下光学电流互感器包括光学传感头，光学传感头包括法拉第磁光材料、起偏器、检偏器、光学透镜、光纤，至少有一个所说的光学传感头置于被测电流通过的螺线管内，光学传感头的中心线与螺线管的轴线平行；所说的一个传感头包括一根直的条状的磁光材料，条状的磁光材料的一端依次接有起偏器、输入自聚焦透镜及输入光纤，在条状磁光材料的另一端依次接有检偏器、平行输出自聚焦透镜和平行输出光纤，上述各器件与磁光材料处于同一直线上，该直线即传感器的中心线，检偏器与上述直线垂直连接有垂直输出自聚焦透镜和垂直输出光纤；光学传感头的条状磁光材料的长度小于螺线管的长度，条状磁光材料处于通电螺线管内的稳定的磁场区域中；当光学传感头为两个或两个以上时，各传感头的中心线与螺线管的轴线的距离相等。为了提高测量精度及稳定性，置于螺线管内的光学传感头为两个或两个以上，可以为以下三种方式置于螺线管内且与螺线管轴线平行的光学传感头至少为两个，其各传感头的条状磁光材料是相同的。置于螺线管内且与螺线管轴线平行的光学传感头至少为两个，其条状磁光材料的材料有一个是对温度敏感的磁光材料，其余的为相同的对温度敏感度小的磁光材料。置于螺线管内且与螺线管轴线平行的光学传感头至少有四个，其条状磁光材料的材料至少有两个是同一种对温度敏感的磁光材料，其余的为相同的对温度敏感度小的同一种的磁光材料。采用多个同种磁光材料的光学传感头时，各传感头可以同时工作，其测量信号经过加权，还可以至少留一个不工作，作为备用。采用不同种磁光材料时，利用对温度敏感的磁光材料的传感头的信号对其余的信号进行温度方面的修正。传感头在螺线管内的固定方式为光学传感头固定在圆柱形绝缘块内，绝缘块装配在螺线管内，绝缘块由至少两个纵向切开的切块粘合而成圆柱，至少在一个切块的切面上靠近圆柱体的中心部位开有与圆柱体轴线平行的槽和垂直的槽，呈T字形，条状磁光材料、起偏器和输入自聚焦透镜以及检偏器和平行输出自聚焦透镜置于平行的槽内，垂直输出自聚焦透镜置于垂直的槽内，条状磁光材料与圆柱体的轴线平行，并粘结固定在槽内。为了集中引出光纤，在开槽的绝缘块的切面上的两端还各开有垂直于轴线的槽，还在靠近外表开另外一个一端通到绝缘体外的基本平行于轴线的槽，构成日字形的槽，入射光纤、平行输出光纤和垂直输出光纤都经过槽引到同一侧，并从一端引到绝缘块外。上述T形槽的横截面应足够大，能够容下各种光学器件，其余的槽的横截面可以小一些。本技术的有益效果如下1、本技术把现有技术的光绕电的传感方式改为电绕光的传感方式，其光路只有一根条状磁光材料，没有各种45度反射，消除了现有技术中反射面随时间推移变性致使偏振光强度变弱而丧失稳定性的缺陷，因此，本技术的光学电流互感器的传感头的性能能够保持长期稳定，即该光学电流互感器能够长期稳定运行。2、其光路元件比块状光学传感头大大减少，所以可靠性提高。3、由于在螺线管内形成的直线磁场强度大，与直的条状磁光材料的平行度好，偏振光旋转角度大，比块状光学电流互感器的测量精度高。4、当采用两个或两个以上同种磁光材料的传感头时，运用加权平均的方法提高侧量精度。5、当采用两个或两个以上具有不同材料磁光材料的光学传感头时，其中有对温度敏感的磁光材料，对温度的影响进行修正，测量精度进一步提高。6、当采用多个同种磁光材料的传感头，至少一个用于备用时，可以提高运行的可靠性。图形说明附图说明图1为光学传感头原理简图。图2为螺线管光学传感头结构示意图。图3为现场安装的光学电流互感器示意图。具体实施方式一种110KV光学电流互感器，见图2、图3，一个光学传感头，包括一根条状磁光材料2，其一端依次连接起偏器7、输入自聚焦透镜6和输入光纤8，其另一端依次连接有检偏器9、平行输出自聚焦透镜10和平行输出光纤11，上述各器件与磁光材料在同一直线上，即各器件的中心线在同一直线上，在检偏器与上述直线垂直地连接垂直自聚焦透镜12和垂直输出光纤13。各器件的连接方式有两种，一种是对准中心线依次用粘接剂(紫外光敏胶)粘接起来；另一种方式是各器件的侧面粘在一个板上，使各器件的中心线处于同一直线上，各器件之间可以有空隙。无论哪种连接方式，与自聚焦透镜相连的光纤都连在自聚焦透镜的焦点上。磁光材料的横断面为正方形或圆形或矩形或菱形或正多边形。磁光材料可以用磁光晶体包括石榴石单晶和尖晶石晶体，也可以采用磁光玻璃，每类又可以采用各种具体型号，磁光玻璃可以用ZF系列、MR系列；石榴石单晶可以用钇铁石榴石单晶系列；尖晶石晶体可以用CdCr2S4、CoCr2S4等。本例选用ZF-7和MR-3磁光玻璃。被测电流通过的螺线管1，例如可以由矩形或圆形或正方形或多边形断面的母线绕成，其材料可以是铜、铝或钢，其螺距尽量小，即螺线管的母线排列尽量密，可以为一层，也可以为两层或多层并联。本例采用圆形铜线绕一层。螺线管的两端磨平，并各焊接于一个铜制的平法兰15，平法兰15的内径等于螺线管的内径。用圆柱形绝缘块3把光学传感头固定在螺线管1内，绝缘块的材料可以为环氧树脂、橡胶或尼龙，本例采用尼龙，圆柱形绝缘块由纵向切开的多块粘合而成，至少在一个切块的切面上开槽安放光学传感头，本例分为两个半圆柱，在一块的切面上的中心附近开一个平行于圆柱体轴线的平行槽4，在靠近圆柱表面处再开一个平行槽，在相应于检偏器位置开垂直槽5，两端各开一个垂直槽，构成日字形槽，槽4和槽5是容纳光学器件的，其横断面为矩本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学电流互感器，包括光学传感头，光学传感头包括法拉第磁光材料、起偏器、检偏器、光学透镜、光纤，其特征在于：至少有一个所说的光学传感头置于被测电流通过的螺线管（１）内，光学传感头的中心线与螺线管的轴线平行；所说的一个传感头包括一根直的条状法拉第磁光材料（２），条状的法拉第磁光材料的一端依次接有起偏器（７）、输入自聚焦透镜（６）及输入光纤（８），在条状法拉第磁光材料的另一端依次接有检偏器（９）、平行输出自聚焦透镜（１０）和平行输出光纤（１１），上述各器件与条状法拉第磁光材料处于同一直线上，该直线即传感头的中心线，检偏器与上述直线垂直连接有垂直输出自聚焦透镜（１２）和垂直输出光纤（１３）；光学传感头的条状磁光材料的长度小于螺线管的长度，条状磁光材料处于通电螺线管内的稳定的磁场区域中；当光学传感头为两个或两个以上时，各传感头的中心线与螺线管的轴线的距离相等。

【技术特征摘要】
1.一种光学电流互感器，包括光学传感头，光学传感头包括法拉第磁光材料、起偏器、检偏器、光学透镜、光纤，其特征在于至少有一个所说的光学传感头置于被测电流通过的螺线管(1)内，光学传感头的中心线与螺线管的轴线平行；所说的一个传感头包括一根直的条状法拉第磁光材料(2)，条状的法拉第磁光材料的一端依次接有起偏器(7)、输入自聚焦透镜(6)及输入光纤(8)，在条状法拉第磁光材料的另一端依次接有检偏器(9)、平行输出自聚焦透镜(10)和平行输出光纤(11)，上述各器件与条状法拉第磁光材料处于同一直线上，该直线即传感头的中心线，检偏器与上述直线垂直连接有垂直输出自聚焦透镜(12)和垂直输出光纤(13)；光学传感头的条状磁光材料的长度小于螺线管的长度，条状磁光材料处于通电螺线管内的稳定的磁场区域中；当光学传感头为两个或两个以上时，各传感头的中心线与螺线管的轴线的距离相等。2.根据权利要求1所述的光学电流互感器，其特征在于置于螺线管内且与螺线管轴线平行的光学传感头至少为两个，各传感头的条状磁光材料是相同的。3.根据权利要求1所述的光学电流互感器，其特征在于置于螺线管内且与螺线管轴线平行的光学传感头至少为两个，其条状磁光材料的材料有一个是对温度敏感的磁光材料，其余的为对温度敏感度小的同一种磁光材料。4.根据权利要求1所述的光学电流互感器，其特征在于置于螺线管内且与螺线管轴线平行的光学传感头至少有四个，其条状磁光材料的材料至少有两个是同一种对温度敏感的磁光材料，其余的为相同的对温度敏感度小的一种的磁光材料。5.根据权利要求1或2或3或4所述的光学电流互感器，其特征在于光学传感头固定在圆柱形绝缘块(3)内，绝缘块(3)装配在螺线管(1)内，绝缘块由至少两个纵向切开的切块粘合而成圆柱，至少在一个切块的切面上靠近圆柱体的中心部位开有与圆柱体轴线平行的槽(4)和垂直的槽(5)，呈T字形，条状磁光材料(2)、起偏器(7)和输入自聚焦透镜(6)以及检偏器(9)和平行输出自聚焦透镜置于平行的槽(4)内，垂...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨以涵，郭志忠，李岩松，张国庆，于文斌，
申请(专利权)人：郭志忠，李岩松，张国庆，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]