71626

ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА

Доклад

Физика

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...

Русский

2014-11-09

518.82 KB

6 чел.

ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА

Свет в узком смысле это видимое излучение, т.е. электромагнитные волны в интервале частот f = (7,54,0) · 1014 Гц (или 750400 ТГц) и длин волн λ = 0,40,76 мкм, воспринимаемые глазом. Световые волны различных частот идентифицируются человеком как различные цвета от длинноволнового красного до коротковолнового фиолетового. Под светом в широком смысле понимают оптическое излучение, включающее, кроме видимого, ультрафиолетовое (λ = 0,010,4 мкм) УФ и инфракрасное (λ = 0,742000 мкм) ИК-излучения. Электромагнитное излучение одной определенной и строго постоянной частоты называют монохроматическим (одноцветным) [1].
Электромагнитные волны (ЭМВ) представляют собой распространяющиеся в пространстве колебания электромагнитного поля. В ЭМВ объединены изменения электрического и магнитного полей: всякое изменение напряженности Е электрического поля в какой-нибудь точке пространства вызывает в смежных точках появление переменного магнитного поля, изменение напряженности Н которого в свою очередь порождает меняющееся электрическое поле. Если источником электрического поля в физической среде являются неподвижные электрические заряды, а источником магнитного поля
равномерно движущиеся электрические заряды (постоянный ток), то источник ЭМВ это неравномерно (ускоренно) движущиеся электрические заряды, в частности, их колебания и любой переменный ток [6].
Общим свойством любой ЭМВ является поперечность ее колебаний: в изотропных средах векторы напряженности электрического Е и магнитного Н полей волны перпендикулярны друг к другу и к направлению распространения волны
ее лучу (или вектору скорости распространения волны v).
На рис. 1 приведен график ЭМВ, созданной электрическим вертикально направленным вибратором (штыревой антенной). Колебания векторов Е и Н изображены происходящими строго в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, пересекающих луч волны,
вертикальной для Е и горизонтальной для Н. Это обусловлено вертикальным расположением источника излучения единичного электрического вибратора, в котором колебания вектора Е происходят вдоль оси у. При повороте вибратора в вертикальной плоскости х0у по часовой стрелке на угол α поворачиваются соответствующим образом и плоскости колебаний векторов Е и Н (рис. 1б, штриховые векторы). Волну, в которой направления колебаний векторов Е и Н происходят в строго фиксированных плоскостях, называют линейно или плоско поляризованной волной. В случае аналогичной световой волны говорят о линейно поляризованном свете. Плоскость, в которой колеблется вектор Е, называют плоскостью поляризации [1] (поскольку почти всегда векторы Е и Н перпендикулярны друг другу, то для полного описания состояния поляризации, вообще говоря, достаточно знания поведения лишь одного вектора Е). Поляризация характеризует поперечную анизотропию ЭМВ, т.е. неэквивалентность различных направлений в плоскости, перпендикулярной лучу волны. Это свойство лишает волну осевой симметрии относительно ее луча из-за наличия выделенных направлений колебаний векторов Е и Н.
Обычный источник света, например, Солнце или любое раскаленное тело, можно рассматривать как систему огромного множества элементарных электрических вибраторов, имеющих произвольную и постоянно меняющуюся во времени пространственную ориентацию. В световой волне такого источника отсутствуют выделенные фиксированные направления колебаний вектора Е: все колебания хаотичны, происходят по всем направлениям, перпендикулярным лучу, и равновероятно распределены по фронту волны относительно ее луча. Такой свет называют естественным светом и говорят, что он неполяризован. Полную поляризацию монохроматического света характеризуют проекцией траектории конца вектора Е в некоторой точечной области луча на плоскость, перпендикулярную лучу,
фронтальную плоскость (начало вектора Е всегда находится на луче, т.е. на оси z). На этой плоскости проекция конца вектора Е в любой момент времени может быть представлена некоторой точкой с координатами Ех и Еy, определяющими вершины двух ортогональных векторов Ех и Еy, на которые может быть разложен любой вектор Е: Е = Ех + Еy (рис. 2а). Гармоническое колебание вектора Е имеет вид Е = Еmsin(ωt + φ), где круговая частота ω, амплитуда Еm и начальная фаза φ являются константами.
Как известно, при сложении двух гармонических колебаний с одинаковой частотой, но разными амплитудами и фазами, образуется гармоническое колебание той же частоты. Поэтому ортогональные векторы такого колебания представляются в виде Е
х = Еsin(ωt + φх) и Еу = Еsin(ωt + φу). В реальных световых колебательных процессах, в отличие от гармонических, частота, амплитуда и фаза колебаний могут постоянно и хаотически меняться. Так как монохроматический свет имеет постоянную частоту ω, то указанные изменения относятся к амплитуде и фазе колебаний (на фронтальной плоскости они отображаются как изменения модуля Е вектора Е и его фазы φ или как соответствующие изменения его ортогональных векторов Ех и Еу).
Фронтальную плоскость неполяризованной световой волны можно представить в виде равновероятно распределенного множества точек, каждая из которых совпадает с проекцией конца вектора Е
i или Еj (i  j; i, j = 0, 1, 2,…) (рис. 2б). Векторы Еi или Еj определяют одно из возможных положений вектора общего излучения Е, проекция конца которого в каждый фиксированный момент времени случайно совпадает с одной из точек i или j, имеющих соответственно фазы φi или φj. За ненулевой интервал времени проекция вектора на фронтальной плоскости совершает хаотическое перемещение от одних ее точек к другим по непредсказуемой траектории. Если направления колебаний вектора Е упорядочены каким-либо образом, то свет называют поляризованным. Различают частично (колебания одних направлений преобладают над колебаниями других направлений) и полностью поляризованный свет (колебания происходят по строго определенным траекториям). Обычно частично поляризованный свет состоит из естественной и поляризованной составляющих.
В полностью поляризованном монохроматическом свете траектория перемещения конца вектора Е предсказуема и в общем случае описывает поверхность эллиптического цилиндра, проекция которого на фронтальную плоскость представляет собой эллипс поляризации (рис. 3а, 3б). Условием эллиптической поляризации является строгое постоянство во времени разности фаз
Δφ = (φi  φj) между любыми двумя векторами Еi или Еj или их соответствующими ортогональными проекциями (в неполяризованном свете эта разность фаз непрерывно и хаотически меняется) [1]. Такая поляризация дополнительно характеризуется право- или левосторонним направлением вращения вектора Е в световой волне (на рис. 3 показано правое вращение правый винт).
Предельными случаями эллиптической поляризации являются линейная и циркулярная (круговая) поляризация. В линейно поляризованном свете разность фаз
Δφ = 0 (или кратна π, т.е. равна nπ, где n = 1, 2, 3… целое число), эллиптический цилиндр вырождается в плоскость, а эллипс в отрезок прямой линии, по которой перемещается проекция вектора Е (рис. 3в). Для определения состояния линейно или плоско поляризованного света достаточно указать положение его плоскости поляризации (например, указать угол α отклонения плоскости от вертикали). При круговой поляризации Δφ = (2n 1)π/2, эллиптический цилиндр становится круговым, а эллипс превращается в окружность (рис. 3г). Подобно тому, как вектор Е представим на плоскости суммой двух ортогональных векторов Ех и Еу, его же можно представить в линейно поляризованном свете суперпозицией двух форм круговой поляризации Е+ и Е с противоположным направлением вращения: Е = Е+ + Е (если, например, разность фаз Δφ = φ+  φ = 0, то α = 0, а при φ+ > φ будет α > 0, т.е. плоскость поляризации займет положение, показанное на рис. 3в).
Поляризация света может производиться различными способами. Среды, обладающие свойством поляризации света, называют поляризаторами, а приборы, с помощью которых обнаруживается положение плоскости поляризации,
анализаторами.

ЭФФЕКТ ФАРАДЕЯ

Линейно поляризованный свет можно подвергать в физических средах операциям поворота его плоскости поляризации в целях решения тех или иных технических задач. Такой поворот могут вызывать как оптически активные вещества (различные кристаллы, их расплавы и растворы), так и внешние физические поля, воздействующие на среду прохождения света. Возможность воздействия на поляризованный свет в среде при помощи постоянного магнитного поля лежит в основе эффекта Фарадея вращения плоскости поляризации линейно (циркулярно) поляризованного света, распространяющегося в среде вдоль постоянного магнитного поля, в котором находится эта среда. Основная особенность эффекта Фарадея заключается в его невзаимности, т.е. в нарушении принципа обратимости светового луча: его движение «назад» дает такой же угол поворота и в ту же сторону, что и движение «вперед». Изменение же направления магнитного поля, напротив, изменяет направление вращения плоскости поляризации на противоположное.
Феноменологическое объяснение этого явления дает возникающая в среде под действием магнитного поля циркулярная анизотропия, связанная с неэквивалентностью двух направлений вращения в плоскости, перпендикулярной полю. Как следствие, при распространении в среде вдоль магнитного поля пучка линейно поляризованного монохроматического света фазовые скорости (скорости пространственного перемещения фазы волны) его право- и левоциркулярной поляризованных составляющих различны, за один и тот же интервал времени они проходят в среде различные пути, что и приводит к вращению плоскости поляризации результирующего пучка света. В эффекте Фарадея магнитное поле влияет на поляризацию света лишь косвенно, изменяя оптические характеристики среды прохождения света (в вакууме магнитное поля не оказывает на свет влияния).
Вращение плоскости поляризации монохроматического линейно поляризованного света, распространяющегося в изотропной немагнитной среде вдоль магнитного поля, подчиняется закону Верде [1]:

Θ = V · l · H,      (1)

где Θ  угол поворота (угол Фарадея [радиан в СИ; угловая минута в СГСМ]); Н магнитная напряженность поля [А/м в СИ; Э в СГСМ]; l длина пути светового луча в среде вдоль силовой линии магнитного поля [м в СИ; см в СГСМ]; V постоянная Верде (удельное магнитное вращение) [рад/А в СИ; мин/Э·см в СГСМ], зависящая от длины волны света (частоты), плотности среды и от ее температуры (слабо).
Для большинства сред V > 0 (правостороннее вращение) и составляет сотые доли угловой минуты ('): V = (0,01
0,02) мин/Э·см.
Знак угла поворота плоскости поляризации связан с направлением магнитного поля и не зависит от направления распространения луча (по полю или против поля). При многократном прохождении света через среду, помещенную в постоянное магнитное поле, угол поворота плоскости поляризации возрастает в соответствующее число раз. Это свойство используется в конструкции ОТТ/ОПТ для повышения их чувствительности.

ОПТИЧЕСКОЕ ВОЛОКНО

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.
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 f
т = 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.
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.
ОВ 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. 5). 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 [1]
рис. 2. 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 = 50100, D2 = 125140, D3 = 250 мкм, а для одномодовых D1 = 510, 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 в его ближней ИК-области с λ  0,81,7 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.

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. 5) [68].

 ЭОБ генерирует с помощью встроенного лазера и модуля- тора 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 [9]), 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 (NхtPhase Corporation) для шин различного вида. 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.
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.
Общие технические и метрологические характеристики ОТТ и ОПТ нормируются тем же стандартом, что и для электромагнитных ТТ [10]. Специфические характеристики ОТТ и ОПТ, включая требования к их конструкции, тестированию, точности измерения гармоник (для систем измерения, защиты и контроля качества электроэнергии), аналоговому и цифровому интерфейсу, нормируются стандартом МЭК [11].

Рисунок - 7. Конструкция токовых головок ОТТ

а) Для плоской шины

б)Для одиночной круглой шины

в)Для спаренных круглых шин

Рисунок -6 . Упрощенная структурная схема оптического ТТ

Сравнение характеристик традиционных и оптических трансформаторов тока.

Таблица -1.Метрологические характеристики.

Характеристика

Традиционные трансформаторы

Оптические трансформаторы тока

1. Класс точности

0,2S

2. Динамический диапазон в котором сохраняется класс точности

ТТ( 1% -120% ) Iном.

ТТ( 0,2% -200% ) Iном.

Перенастраиваемые пользователем коэффициенты трансформации по току.

3. Ширина полосы пропускания

Не нормируется.

Линейность амплитудно-частотной характеристики в диапазоне от 30 Гц до 5 кГц позволяет осуществить контроль качества электрической энергии с возможностью оценки до 100 гармонических составляющих тока в высоковольтных цепях.

4. Требования по точности измерения гармонических составляющих для систем измерения

Не нормируется

Нормируется в соответствии со стандартами IEC 60044-7 и IEC 60044-8

Гармоники: По току По углу

2-4            2%     2°       

5-6            4%     4°          

7-9            8%     8°          

11-13           16%    16°                 

5. Требования по точности измерения гармонических составляющих для систем защиты

Не нормируются

Нормируется в соответствии со стандартами IEC 60044-7 и IEC 60044-8

Гармоники: По току По углу

1/3(16,7-20)Гц  10%     10°       

2-5            10%     10°          

 

6. Погрешности токовых трансформаторов связанные с изменением первичного тока и нелинейностью амплитудной характеристики

В области малых токов (Iраб.< 20% Iном.)статические погрешности ТТ в зависимости от условий эксплуатации, могут достигать от десятых долей процента до единиц процентов.

Амплитудная характеристика линейна в диапазоне токов (0,2% -200%) Iном..

7. Погрешности связанные с характеристиками вторичных нагрузок трансформаторов и вторичных цепей тока.

Погрешности вторичных цепей нормируются величиной 0,25%. Погрешности трансформаторов обусловленные несбалансированностью нагрузки могут достигать значения 0,2%.

Для оптических трансформаторов длина вторичных цепей ограничена расстоянием от комплекта электроники до панели учета. Наличие цифрового интерфейса в трансформаторах устраняет потери связанные с дополнительными погрешностями вторичных цепей и влияния вторичных нагрузок на точностные характеристики трансформаторов.

Рисунок - 8. Сравнительные амплитудные характеристики трансформаторов

 

Рисунок-9. Погрешность измерения оптических трансформаторов тока в диапазоне токов от 1 А-3000 А

Сравнение традиционных и оптических трансформаторов тока по эксплуатационных характеристикам.

Таблица -2. Эксплуатационные характеристики

Характеристика

Традиционные трансформаторы тока

Оптические трансформаторы тока

1. Надежность

Срок службы традиционных трансформаторов составляет 30 лет. Измерительные трансформаторы являются одним из наиболее проблемных устройств высоковольтных подстанций.

Срокслужбы30 лет. Отсутствие активных электронных компонентов в высоковольтных датчиках тока и напряжения сводит к минимуму вероятность выхода оборудования из строя.  Электроника трансформаторов отличается высокой надежностью и не требует обслуживания.

2.Безопасность, взрыво и пожаробезопасность

При размыкании вторичной цепи ТТ на выводах трансформатора могут генерироваться напряжения, значительно превышающие номинальные значения.

Маслонаполненные трансформаторы относят к категории наиболее опасного оборудования из-за большого количества масла, находящегося в контакте с высоковольтными элементами.

Заполнена азотом изоляционная колонна комбинированного трансформатора безопасна для персонала и размещенного рядом оборудования.

Конструкция ТТ имеет сплошной тип изолятора не содержащего масла и газа.

3.Условия эксплуатации

У1/УХЛ1

Диапазон  рабочих температур от -50°C до +55°C . Высокая сейсмоустойчивость 0,5g, обусловленная легкостью конструкции, проверена на виброиспытаниях  и в процессе эксплуатации;

4.Обслуживание в период эксплуатации

а) Периодический контроль уровня и температуры масла, газосодержания и

влагосодержания, проверка отсутствия течей. Контроль состояния системы охлаждения.

б) Проверка диэлектрических потерь

(tgδ) и исследование проб масла, измерение сопротивления изоляции вторичных обмоток.

в) Взятие проб масла для проведения газохроматографического

анализа и оценки его состояния.

а) Отсутствие масла позволяет избежать сложных процедур обслуживания.

б) Полимерный изолятор не требует очистки в течение всего срока службы.

в)Встроеная самодиагностика позволяет локально или удаленно следить за состоянием и режимами работы трансформаторов.

Превентивная диагностика, основанная на построении трендов состояния наиболее жизненно важных компонентов трансформатора, позволяет оценить фактическое состояние оборудования и спрогнозировать время возможного отказа.

г) Трансформаторы допускают полную аппаратную резервируемость электронных блоков в условиях эксплуатации без проведения процедуры калибровки.

5.Габариты и вес

От 100 кг

От 15 кг

6. Затраты на инсталляцию

Конструкция первичных выводов допускают различные варианты подключения к высоковольтной шине.

Малый вес и связанное с этим сокращение затрат на погрузочно-разгрузочные работы. Рисунки,10,11,12 показывают массогабаритные показатели некоторых трансформаторов на класс 220 кВ.

Уменьшение фундамента и объема стальной арматуры ячейки.

Использование оборудования для сварки оптоволокна.

Преимущества оптических трансформаторов тока по сравнению с традиционными ТТ

  1.  естественная гальваническая развязка первичных и вторичных цепей (чувствительный элемент оптическое волокно является диэлектриком);
  2.  Отсутствие выноса потенциала с ОРУ (повышение безопасности и электромагнитной совместимости);
  3.  Снижение эксплуатационных затрат;
  4.  Измерительные волоконно-оптические трансформаторы тока и напряжения не требуют замены/контроля масла или элегаза, регулярного ремонта или проверки, а лишь поверки прибора и его выходных характеристик раз в 6 лет (затраты не превышают 2% от стоимости прибора за все время эксплуатации);
  5.  Массогабаритные показатели (от 15 кг.) значительно меньше, чем у традиционных трансформаторов (от100 кг).технические преимущества
  6.  Волоконно-оптические датчики позволяют измерять как переменный, так и постоянный ток в широком диапазоне нагрузок и частот;
  7.  ОТТ имеет аналоговый и цифровой выходы, а поэтому совместим как с существующими вторичными цепями, так и с перспективными информационными системами на базе протокола 61850-9-2;
  8.  Высокая точность контроля и учета электроэнергии (превосходит класс точности 0,2S и 0,2).
  9.  Широкий динамический диапазон измерений. Высочайшая термическая и электродинамическая стойкость.
  10.  Высокая линейность.
  11.  Отсутствие явлений насыщения, гистерезиса, остаточного необратимого изменения параметров после перегрузки вследствие,

например, короткого замыкания. Отсутствие явления резонанса.

  1.   Отсутствие влияния нагрузки вторичных цепей и потерь в них.
  2.  Высокая устойчивость оптоволоконных информационных каналов к внешним электромагнитным помехам.

Энергобезопасность:

  1.  Высокая пожаро-взрывобезопасность и экологичность, так как не содержит масел, бумаги, горючих полимеров и элегаза в высоковольтной изоляции;
  2.  Исключение проблем феррорезонанса и опасности размыкания вторичных токовых цепей.

Энергоэффективность:

  1.  Применение цифровых волоконно-оптических трансформаторов значительно повышает точность учета;
  2.  При использовании оптических трансформаторов с аналоговым выходом устраняются погрешности, связанные с нагрузочными характеристиками трансформаторов, и в значительной степени уменьшаются погрешности из-за потерь в протяженных вторичных цепях;
  3.  При переходе на цифровые интерфейсы ОТТ позволяют снизить объемы неучтенной электроэнергии более чем в 10 раз.

Сравним традиционные трансформаторы тока и ОТТ методом попарного сравнения по 5-бальной шкале.

№ п/п

Сравниваемая характеристика

Оптические трансформаторы тока

Традиционные трансформаторы тока

1

Точность измерения

5

2

2

Надежность

4

4

3

Габариты, вес

5

0

4

Пожаро и взрывобезопасность

5

0

5

Срок службы

5

5

6

Уровень обслуживающего персонала

3

5

7

Сложность монтажа

4

3

8

Периодичность поверки

4

1

9

Стоимость

0

5

Погрешность в цифровой и аналоговой системе измерений.

Датчики электрических и магнитных полей, основанные на использовании эффектов Поккельса и Фарадея, являются альтернативой традиционным измерительным электромагнитным трансформаторам тока и напряжения. Их очевидные преимущества хорошая изоляция, высокое быстродействие, отсутствие эффектов насыщения в чувствительных элементах, малые габариты и вес. Тем не менее, практически отсутствуют промышленные образцы датчиков, пригодные для использования в энергетической индустрии в реальных условиях эксплуатации, что обусловлено трудностями адекватного учета влияния внешних (в первую очередь, температурных) факторов на модуляционные характеристики датчиков.

Оценим реальную погрешность ОТТ

где -погрешность от закручивания волокна, 0,5 %;

-погрешность в зависимости от ориентации анализатора относительно азимутального угла поляризации на выходе волокна, 0,5%;

- погрешность величины двулучепреломления в узлах ввода-вывода излучения, 1%;

-погрешность от влияния температуры на модуляционные характеристики датчиков, 1%;

-погрешность в АЦП, 1%;


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

69292. Організація термінального введення-виведення 52 KB
  Є спеціальні символи керуючі коди і послідовності символів які не відображаються а керують виведенням на екран термінала. Передаючи такі послідовності термінала можна переміщати курсор у довільну позицію екрана керувати яскравістю відображення символів для деяких...
69293. Командний інтерфейс користувача 33 KB
  Командний інтерпретатор запускають щоразу, коли користувач реєструється у системі із термінала, при цьому стандартним вхідним і вихідним пристроєм для інтерпретатора і запущених за його допомогою програм є цей термінал.
69294. Загальні принципи мережної підтримки 35 KB
  Під мережею розуміють набір комп’ютерів або апаратних пристроїв вузлів nodes пов’язані між собою каналами зв’язку які можуть передавати інформацію один одному. Рівні мережної архітектури і мережні сервіси Функції забезпечення зв’язку між вузлами є досить складними.
69295. Загальні принципи завантаження ОС 44.5 KB
  Тут зробимо короткий огляд загальних принципів організації завантаження операційних систем. Основну увагу буде приділено апаратній ініціалізації комп’ютера і принципам реалізації завантажувача ОС.
69296. Багатопроцесорні та розподілені системи 54.5 KB
  У багатопроцесорних системах набір процесорів перебуває в одному корпусі та використовує спільну пам’ять а також периферійні пристрої. Типи багатопроцесорних систем Залежно від особливостей апаратної реалізації багатопроцесорні системи бувають такі: з однорідним доступом до пам’яті...
69297. Поняття операційної системи, її призначення та функції 65.5 KB
  Комп’ютерні системи від самого початку розроблялися для розв’язання практичних задач користувачів. Можна дати таке означення операційної системи. Призначення операційної системи Операційні системи забезпечують поперше зручність використання комп’ютерної...
69298. Базові поняття архітектури операційних систем 33 KB
  Операційну систему можна розглядати як сукупність компонентів, кожен з яких відповідає за певні функції. Набір таких компонентів і порядок їхньої взаємодії один з одним та із зовнішнім середовищем визначається архітектурою операційної системи.
69299. Особливості архітектури: UNIX і Linux 70 KB
  UNIX є прикладом досить простої архітектури ОС. Більша частина функціональності цієї системи міститься в ядрі, ядро спілкується із прикладними програмами за допомогою системних викликів. Базова структура класичного ядра UNIX зображена на...
69300. Базові поняття процесів і потоків 39.5 KB
  Однозначна відповідність між програмою і процесом встановлюється тільки в конкретний момент часу: один процес у різний час може виконувати код декількох програм код однієї програми можуть виконувати декілька процесів одночасно.