Dziś jest środa, 16 październik 2019 r.
Energoelektronika.pl na stronach Facebook REKLAMA MAPA SERWISU KONTAKT
Strona główna Załóż konto Artykuły branżowe Katalog firm Seminaria FAQ Kalendarium Słownik Oferta
Wyszukaj
1USD 3.8934 -0.05% 1EUR 4.297 +0.05% 1GBP 4.961 +0.67%
Zaloguj się
Login (adres e-mail):
Haslo:
  Rejestracja
  Zapomniałem hasła
Reklama

Reklama

Aktualności
Przyszłość sektora motoryzacji w Polsce ? raport Banku Pekao S.A.
więcej
Cykl szkoleń z zakresu programowania sterowników SIMATIC S7-300, S7-1200
więcej
32 edycja targów Energetab 2019 juz za cztery tygodnie
więcej
Przed nami 32. edycja targów ENERGETAB 2019
więcej

Zobacz archiwum

Kalendarium
17 październik 2019
72 edycja Seminarium dla Służb Utrzymania Ruchu 
więcej
23 październik 2019
LUMENexpo Targi Techniki Świetlnej  
więcej
Newsletter
Jeżeli chcesz otrzymywać aktualne informacje o wydarzeniach w branży.
Podaj e-mail do subskrypcji:


Artykuły branżowe
20 maj 2010.

Światłowodowy czujnik natężenia prądu w urządzeniach elektroenergetycznych.

Dynamiczny rozwój telekomunikacji światłowodowej oraz przyrządów i podzespołów optoelektronicznych spowodował powstanie nowej techniki pomiarowej wielkości fizycznych, podstawą, której jest zastosowanie czujników światłowodowych. Jednym z obszarów ich zastosowań jest elektroenergetyka. Światłowody są stosowane do pomiaru natężenia prądu oraz napięcia.

 

Postępujący rozwój techniki światłowodowej w zastosowaniach metrologicznych wynika z technologii wytwarzania światłowodów (koszt produkcji, stopień opanowania technologii) i ich właściwości. Obecnie obok światłowodów pełniących rolę falowodów (jedynie transmitujących falę świetlną) stosowane są światłowody pełniące rolę czujników różnych wielkości elektrycznych i nieelektrycznych. W drugim przypadku prowadzone są intensywne prace badawczo-rozwojowe nad wdrażaniem czujników optycznych. Jednym z obszarów potencjalnego zastosowania czujników światłowodowych jest elektroenergetyka.
W elektroenergetyce do celów kontrolno-pomiarowych w obwodach zabezpieczeniowych urządzeń elektroenergetycznych niezbędna jest znajomość wartości napięć zasilających i prądów płynących w zasilanych obwodach. Powszechnie w tym celu stosowane są przekładniki (tzw. transformatory pomiarowe) napięciowe, prądowe i tzw. kombinowane (napięciowe i prądowe w jednej jednostce). Artykuł omawia zagadnienia pomiaru natężenia prądu
.

Przykłady typowych przekładników prądowych produkcji ABB.

 
W elektroenergetyce szczególnie istotne ze względu na bezpieczeństwo pracowników wykonujących pomiary i inne czynności kontrolne jest zapewnienie izolacji galwanicznej obwodu pomiarowego od głównego toru wysokiego napięcia. W przekładnikach prądowych (podobnie jak i napięciowych) obwody pierwotny i wtórny są galwanicznie oddzielone od siebie. Prąd pierwotny mierzony jest w obwodach elektroenergetycznych niskiego lub wysokiego napięcia. Prąd wtórny jest proporcjonalny do prądu pierwotnego, ale jego wartość jest na tyle mała, że można ją zmierzyć dostępnymi przyrządami pomiarowymi. Nie mniej jednak jest to sygnał elektryczny. Zastosowanie światłowodu do pomiaru natężenia prądu (i nie tylko) pozwala mierzyć sygnał nieelektryczny. Cecha ta często jest nazywana nieinwazyjnością światłowodów. Innymi zaletami światłowodów są duża czułość przetwarzania, szerokie pasmo przenoszenia (praktycznie kilka GHz), tłumienie sygnału na poziomie 0,1 dB/km przy odpowiedniej długości fali świetlnej, niewielka masa i wymiary. Zastosowanie światłowodu do pomiaru natężenia prądu pozwala wyeliminować rdzeń ferromagnetyczny, a tym samym straty mocy w rdzeniu na histerezę magnetyczną oraz prądy wirowe.

Zjawisko Faradaya
Podstawą działania światłowodowego czujnika natężenia prądu jest magnetooptyczne zjawisko Faradaya.
Zjawiska magnetooptyczne są wynikiem oddziaływania zewnętrznego pola magnetycznego na rozprzestrzeniający się w określonym ośrodku strumień świetlny. Istotne znaczenie w zastosowaniach czujnikowych mają efekty magnetooptyczne pierwszego rzędu, tzn. proporcjonalne do pierwszej potęgi natężenia zewnętrznego pola magnetycznego. Przykładem efektu pierwszego rodzaju, a zarazem najpopularniejszym przykładem efektu magnetooptycznego jest zjawisko Faradaya. Nazwa zjawiska pochodzi od jego wynalazcy, a zostało odkryte przez M. Faradaya w 1845 r. Polega ono na skręceniu płaszczyzny polaryzacji światła propagującego w ośrodku poddawanym działaniu pola magnetycznego (tzw. wymuszona dwójłomność ośrodka).

Różnica faz między składowymi fali świetlnej powstała w wyniku istnienia pola magnetycznego - efekt Faradaya

Magnetooptyczny przekładnik prądowy
Światłowodowy miernik natężenia prądu zasadniczo składa się z czterech części: źródła światła, głowicy pomiarowej, światłowodu umożliwiającego transmisje sygnałów świetlnych do i z głowicy (zazwyczaj światłowody podtrzymujące polaryzacje), modułu elektronicznego umożliwiającego detekcję i przetwarzanie sygnałów. Jak wspomniano wyżej, w zakresie zastosowań czujników światłowodowych trwają intensywne prace badawczo-rozwojowe, prowadzone również przez koncerny dostarczające na rynek urządzenia elektroenergetyczne. Skutkuje to różnymi konfiguracjami układów pomiarowych. Przykład układu pomiarowego stosowanego najczęściej przedstawiono na poniższym rysunku.

Światłowodowy czujnik natężenia prądu - zasada działania


W magnetooptycznym przekładniku jak na rysunku poniżej, sygnał z diody laserowej (1) poprzez optoelektroniczny przetwornik jest rozdzielany na dwa sygnały świetlne o liniowej polaryzacji, które są jednocześnie transmitowane przez podtrzymujący polaryzację światłowód do głowicy czujnika. Umieszczony w górnej części kolumny polaryzator (2) liniowo spolaryzowane sygnały świetlne zamienia w kołowo-prawoskrętnie i lewoskrętnie-spolaryzowane sygnały świetlne. W dalszej kolejności sygnał świetlny przebiega przez kilka zwojów światłowodu (3) umieszczonych współosiowo z liniami sił pola magnetycznego B powstającego w wyniku przepływu prądu I, tak, że kierunek propagacji fali świetlnej w światłowodzie jest równoległy do linii sił pola magnetycznego. W wyniku współdziałania pojawia się różnica faz (efekt Faradaya). Kołowo spolaryzowany sygnał świetlny odbija się od lustra (4) i powraca w kierunku przeciwnym (podwojenie efektu Faradaya). Polaryzator (2) spolaryzowane kołowo sygnały świetlne-prawoskrętnie i lewoskrętnie-ponownie zamienia na sygnały świetlne liniowo spolaryzowane (5), po czym sygnały są transmitowane (7) do optoelektronicznego przetwornika, gdzie sygnał świetlny zamieniany jest na mierzoną wartość natężenia prądu.

Magnetooptyczne przekładniki prądowe: a) MOCT dla systemu energetycznego
72,5 ? 800 kV 50/60 Hz produkcji ABB, b) NXCT dla systemu energetycznego
138 kV ? 500 kV produkcji NxtPhase

Przykłady zastosowania czujników światłowodowych w elektroenergetyce

Pomimo dynamicznego rozwoju techniki światłowodowej, obecność czujników światłowodowych w zastosowaniach wciąż nie jest powszechna. Dotyczy to również elektroenergetyki, gdzie wprowadzanie nowej technologii do infrastruktury już istniejącej wymaga dużego nakładu pracy. Mimo, że zaawansowane prace badawczo-rozwojowe nad magnetooptycznymi przekładnikami prądowymi (jak i napięciowymi) trwają już ponad dwie dekady, wciąż nowe rozwiązania pracują obok konwencjonalnych. Bezpieczeństwo wykonujących prace kontrolno-pomiarowe jak i samych urządzeń elektroenergetycznych nadal jest jeszcze kojarzone ze stosowaniem przekładników konwencjonalnych, mimo, że koszt produkcji i instalacji przekładnika magnetooptycznego jest nieporównywalnie mniejszy. W krajach, gdzie gospodarka jest nastawiona na ochronę środowiska, gdzie są większe nakłady finansowe na badania i wdrożenia magnetooptyczne przekładniki prądowe (jak i napięciowe) są stosowane na stacjach i podstacjach elektroenergetycznych już od kilku lat. Przykładem są USA, Kanada, w Europie Wielka Brytania, Szwecja, Francja, Finlandia.

Zastosowanie kombinowanych magnetooptycznych przekładników prądowo-napięciowych produkcji NxtPhase w podstacji Deer Valley 230 kV, Arizona Public Service, USA

Zastosowanie kombinowanych magnetooptycznych przekładników prądowo-napięciowych produkcji NxtPhase w podstacji Hydro Quebec Rolls-Royce 115 kV, USA

 


Zastosowanie magnetooptycznego przekładnika prądowego produkcji NxtPhase w podstacji Sundon 420 kV, Wielka Brytania

Podsumowanie

Przedstawione wyżej przykłady zastosowań magnetooptycznych przekładników prądowych (jak i napięciowych) w elektroenergetyce należą jeszcze do nielicznych. W wielu ośrodkach badawczych, w tym w Polsce, prowadzone są badania ukierunkowane na zwiększenie czułości przetwarzania czujników światłowodowych, ograniczenie wpływu temperatury na dokładność pomiaru.

Tomasz Błażejczyk

 

Źródło: Nowa Elektrotechnika
O nas  ::  Regulamin  ::  Polityka prywatności (Cookies)  ::  Reklama  ::  Mapa stron  ::  FAQ  ::  Kontakt
Ciekawe linki: www.klimatyzacja.pl  |  www.strony.energoelektronika.pl  |  promienniki podczerwieni
Copyright © Energoelektronika.pl