CN204925214U - 一种光纤电流互感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出了一种光纤电流互感器包括其内与其同轴水平设有导体1的光纤传感环2、保偏光纤4和位于户外箱6内的采集模块5，保偏光纤4外包覆与其同轴的绝缘子3，采集模块5一端通过保偏光纤4与光纤传感环2连接，另一端通过通信光纤7与合并单元8连接。该光纤电流互感器的采集模块5外设置控制温度范围的户外箱6，使采集模块5在一定的温度范围内工作，为采集模块5具有高的测量精度、高可靠性提供了温度环境保证，延长了装置的使用寿命。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种互感器，具体涉及一种光纤电流互感器。
背景技术
利用Faraday旋光效应的光纤电流互感器，磁场中的磁光玻璃或光纤等传感材料传输的偏振光偏振方向会因磁场发生旋转，旋转角叫Faraday旋光角，旋光角与磁场强度成正比，磁场与一次电流成正比。光纤电流互感器具有测量动态范围大、响应快、频带宽、抗电磁干扰性能好、绝缘结构简单、无***、无二次开路危险、体积小、重量轻、可同时测量交直流电流、便于集成到其它电力设备中等优点。
光纤电流互感器是电力***中各保护、监控、测量等二次设备的眼睛，通常安装于一次设备处。高压变电站内，光纤电流互感器为户外设备，温度对光纤电流互感器性能，如测量精度、可靠性、寿命等有比较大的影响。光纤电流互感器的各组成部分中，光路元器件对环境温度十分敏感。这样如工作环境温度不稳定，会大大降低其使用寿命。光纤电流互感器的光路元器件分成两部分，位于地电位的光源-激光器、分束器、相位调制器、耦合器、光纤延迟环、光电探测器和位于高电位的传感光纤环。自带内置的小型半导体制冷器的光源-激光器，能将激光器管芯温度控制在规定的温度范围内。如果环境温度变化范围大、变化频率过快，无疑会对光源内置的半导体制冷器造成比较大的影响，降低使用寿命和制冷效率。
实用新型内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本实用新型提供了一种光纤电流互感器，该光纤电流互感器的采集模块5外设置控制温度范围的户外箱6，使采集模块5在一定的温度范围内工作，为采集模块5具有高的测量精度、高可靠性提供了温度环境保证，延长了装置的使用寿命。
为实现上述实用新型目的，本实用新型采取的技术方案为：
一种光纤电流互感器，光纤电流互感器包括其内与其同轴水平设有导体1的光纤传感环2、保偏光纤4和位于户外箱6内的采集模块5，所述保偏光纤4外包覆与其同轴的绝缘子3，采集模块5一端通过保偏光纤4与光纤传感环2连接，另一端通过通信光纤7与合并单元8连接。
优选的，光纤传感环2位于高电位，光纤传感环2内设置5～15匝传感光纤，传感光纤为保圆偏振光纤。
优选的，保偏光纤4两端分别与光纤传感环2和采集模块5连接。
优选的，绝缘子3为刚性支撑绝缘子或柔性复合绝缘子，刚性支撑绝缘子由上至下依次为连接环3-1、伞形绝缘子3-2和底座3-3，光纤传感环2固接于连接环3-1上表面，底座3-3设置在户外箱6上。
优选的，采集模块5位于地电位，采集模块5包括光路元器件和电路元器件，光路元器件包括分束器、集成相位调制器和光电探测器，电路元器件包括集成电路芯片、运算放大器、信号处理器。
优选的，户外箱6包括长方体箱体6-1、箱门6-3和箱锁6-13，箱体6-1和箱门6-3由连接件6-2连接，箱体6-1底面与其上设置的制冷器6-7的热面贴合，箱体6-1和箱门6-3内壁贴设保温层6-4，箱体6-1底面保温层6-4上设置加热器6-6，制冷器6-7上表面与加热器6-6上表面与其上设置的平板6-5下表面贴合，平板6-5上设置采集模块5。
优选的，连接件6-2为铰链，箱体6-1的上表面和下表面分别开有贯穿箱体6-1表面和保温层6-4的通孔6-9，平板6-5通过绝热螺栓6-8固定于箱体底面。
优选的，箱门6-3内表面设置电源6-12、端子排6-11和温度控制器6-10。
导体1内有电流流过时，光纤传感环2内传感光纤传播的正交圆偏振光左旋偏振光与右旋偏振光在导体1中电流产生的磁场作用下，左旋偏振光与右旋偏振光的偏振方向旋转角度相反，引起两束光波的相位差。
传感光纤为一种特殊的保圆偏振单模光纤芯径9/125us，使偏振光的偏振方向随磁场发生旋转，且旋转角度与磁场强度成正比即线路电流成正比。左旋偏振光与右旋偏振光的旋转角度大小相同，方向相反。传感光纤的端面是反射镜将两束偏振光反射后，左旋偏振光变成右旋偏振光，而右旋偏振光与左旋偏振光。但由于磁场的方向相对于光束的传播方向亦发生反向，故在磁场的作用下旋转角度加倍。
相位差公式
式中V是Verdet常数，大约1urad/A；
N是光纤传感环内传感光纤匝数；
I是线路电流。
匝数太少则产生的相位差较小，匝数太多则温度特性变差。
保偏光纤是在单模光纤芯径9/125us基础上发展起来的一种特种光纤。将单模光纤中的双折射提高到>10-5量级，又称高双折射光纤。通过增加纤芯的椭圆度如椭圆纤芯型等或非圆对称应力施加制作成的，利用高的双折射性，把光波偏振方向控制在一定方向上，实现保偏。它能够保证线偏振光沿保偏光纤的一个特征轴传播时，不会有光耦合到与之垂直的另一个特征轴内。
柔性复合绝缘子挂设于光纤传感环2及环内与其同轴的水平设置的导体1的支撑件上。
通信光纤7为芯径62.5/125us的普通多模光纤，将采集模块5解析出的电流值、互感器状态信息以数字量的形式发送给合并单元8。
合并单元8将不同线路、不同位置、不同相别的多个光纤电流互感器采集到的数据进行汇总，打包后发送给电力测量设备、保护设备。
户外箱箱体6-1的强度足够大，支撑绝缘子布置在其上方的，保偏光纤4由箱体6-1上表面的通孔进入箱体。
也可将支撑绝缘子设置在水泥基础上，户外箱设置在旁边。
柔性复合绝缘子下方需要用螺栓固定到水泥基础上避免晃动，户外箱设置在旁边。
户外箱设置在旁边时，金属波纹管保护保偏光纤4后由户外箱底部开有通孔进入箱体，底部开孔提高箱体防雨性能。
下表面的通孔6-9开设于底面靠近箱门6-3的位置，开有4个，供通信光纤和电缆通过，顶面开设的通孔6-9开设于顶面中心，供保偏光纤通过。
保温层6-4采用玻璃纤维棉+聚氨酯硬质发泡，增大热阻，延缓热量交换。
半导体制冷器的冷面与热面是相对的，与其流过的电流方向有关，电流方向的改变，冷面与热面也互换；制冷器6-7上表面为冷面。
半导体制冷器应用于制冷场合，电流方向固定。
半导体制冷器只有不工作或制冷两种状态，且制冷状态的驱动电流固定，电路简单可靠。
平板6-5采用散热性能良好的铝合金或铜。
绝热螺栓6-8材质为环氧树脂。
电源线输入后要给多个模块供电在端子排6-11进行分配电两个模块间的互相连线也通过端子排转接。例如箱体6-1与箱门6-3间导线，经过端子排6-11进行转接与分配。
温度控制器6-10为二合一型，有两副节点，常闭节点控制加热功能，常开节点控制制冷功能，将两副节点一起封装。
设置低温加热温度值Tlow，高温制冷温度值Thigh；改变温度控制器的设定值，就可以改变箱体内温度变化范围。
检测到户外箱6内温度低于Tlow时，常闭节点闭合，常开节点打开。220V电压经过闭合状态的常闭节点送至加热器6-6，加热器6-6得电后通过平板6-5对户外箱6内空气进行加热。
检测到户外箱6内温度高于Thigh时，温度控制器6-10常闭节点打开，常开节点闭合。220V电压经过闭合状态的常开节点送至电源适配器6-12，电源适配器6-12将输入的220V电压降低为制冷器6-7适用的低直流电压。制冷器6-7得电后制冷。
检测到户外箱6内温度高于Tlow低于Thigh时，温度控制器6-10常闭节点打开，常开节点打开。
温度控制器6-10也可为两个独立温度控制器，分别控制加热和制冷。
由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本实用新型的有益效果包括：
1.本实用新型中的光纤电流互感器，采集模块5外设置控制温度范围的户外箱6，使采集模块5在一定的温度范围内工作，为采集模块5具有高的测量精度、高可靠性提供了温度环境保证，延长了装置的使用寿命。
2.本实用新型中的光纤电流互感器，结构简单、成本低，施工方便，容易安装和拆卸。
3.本实用新型中的光纤电流互感器，户外箱能够自动控制温度，为光纤电流互感器采集模块提供适宜工作的的温度环境，提高了采集模块的使用寿命与性能指标。
4.本实用新型中的光纤电流互感器，户外箱温度控制简单、免维护、可靠性高。
5.本实用新型中的光纤电流互感器，户外箱保温和控温相结合。
6.本实用新型中的光纤电流互感器，户外箱采用电加热器和半导体制冷器对箱体内空气进行加热与制冷，没有旋转部件，可靠性高。
7.本实用新型中的光纤电流互感器，户外箱半导体制冷器只有不工作，或者制冷两种状态，且制冷状态下驱动电流固定，电路简单可靠。
8.本实用新型中的光纤电流互感器，户外箱的温度控制器、电源模块设置在户外箱门上，不占用户外箱体内的使用空间。
附图说明
图1光纤电流互感器结构示意图；
图2户外箱箱体剖面图；
图3户外箱箱门结构图示意图；
其中，1—导体，2—光纤传感环，3—绝缘子，4-保偏光纤，5-采集模块，6-户外箱，7-通信光纤，8-合并单元，6-1-箱体，6-2-连接件，6-3-箱门，6-4-保温层，6-5-平板，6-6-加热器，6-7-制冷器，6-8-绝热螺栓，6-9-通孔，6-10-温度控制器，6-11-端子排，6-12-电源适配器，6-13-箱锁。
具体实施方式
下面结合实例对本实用新型进行详细的说明。
实施例1：
如图1所示，一种光纤电流互感器，光纤电流互感器包括其内与其同轴水平设有导体1的光纤传感环2、保偏光纤4和位于户外箱6内的采集模块5，保偏光纤4外包覆与其同轴的绝缘子3，采集模块5一端通过保偏光纤4与光纤传感环2连接，另一端通过通信光纤7与合并单元8连接。
光纤传感环2位于高电位，光纤传感环2内设置10匝传感光纤，传感光纤为保圆偏振光纤。
保偏光纤4两端分别与光纤传感环2和采集模块5连接。
绝缘子3为刚性支撑绝缘子或柔性复合绝缘子，刚性支撑绝缘子由上至下依次为连接环3-1、伞形绝缘子3-2和底座3-3，光纤传感环2固接于连接环3-1上表面，底座3-3设置在户外箱6上。
采集模块5位于地电位，采集模块5包括光路元器件和电路元器件，光路元器件包括分束器、集成相位调制器和光电探测器，电路元器件包括集成电路芯片、运算放大器、信号处理器。
户外箱6包括长方体箱体6-1、箱门6-3和箱锁6-13，箱体6-1和箱门6-3由连接件6-2连接，箱体6-1底面与其上设置的制冷器6-7的热面贴合，箱体6-1和箱门6-3内壁贴设保温层6-4，箱体6-1底面保温层6-4上设置加热器6-6，制冷器6-7上表面与加热器6-6上表面与其上设置的平板6-5下表面贴合，平板6-5上设置采集模块5。
连接件6-2为铰链，箱体6-1的上表面和下表面分别开有贯穿箱体6-1表面和保温层6-4的通孔6-9，平板6-5通过绝热螺栓6-8固定于箱体底面。
箱门6-3内表面设置电源6-12、端子排6-11和温度控制器6-10。
导体1内有电流流过时，光纤传感环2内传感光纤传播的正交圆偏振光左旋偏振光与右旋偏振光在导体1中电流产生的磁场作用下，左旋偏振光与右旋偏振光的偏振方向旋转角度相反，引起两束光波的相位差。
传感光纤为一种特殊的保圆偏振单模光纤芯径9/125us，使偏振光的偏振方向随磁场发生旋转，且旋转角度与磁场强度成正比即线路电流成正比。左旋偏振光与右旋偏振光的旋转角度大小相同，方向相反。传感光纤的端面是反射镜将两束偏振光反射后，左旋偏振光变成右旋偏振光，而右旋偏振光与左旋偏振光。但由于磁场的方向相对于光束的传播方向亦发生反向，故在磁场的作用下旋转角度加倍。
相位差公式
式中V是Verdet常数，大约1urad/A；
N是光纤传感环内传感光纤匝数；
I是线路电流。
匝数太少则产生的相位差较小，匝数太多则温度特性变差。
保偏光纤是在单模光纤芯径9/125us基础上发展起来的一种特种光纤。将单模光纤中的双折射提高到>10-5量级，又称高双折射光纤。通过增加纤芯的椭圆度如椭圆纤芯型等或非圆对称应力施加制作成的，利用高的双折射性，把光波偏振方向控制在一定方向上，实现保偏。它能够保证线偏振光沿保偏光纤的一个特征轴传播时，不会有光耦合到与之垂直的另一个特征轴内。
柔性复合绝缘子挂设于光纤传感环2及环内与其同轴的水平设置的导体1的支撑件上。
通信光纤7为芯径62.5/125us的普通多模光纤，将采集模块5解析出的电流值、互感器状态信息以数字量的形式发送给合并单元8。
合并单元8将不同线路、不同位置、不同相别的多个光纤电流互感器采集到的数据进行汇总，打包后发送给电力测量设备、保护设备。
户外箱箱体6-1的强度足够大，支撑绝缘子布置在其上方的，保偏光纤4由箱体6-1上表面的通孔进入箱体。
也可将支撑绝缘子设置在水泥基础上，户外箱设置在旁边。
柔性复合绝缘子下方需要用螺栓固定到水泥基础上避免晃动，户外箱设置在旁边。
户外箱设置在旁边时，金属波纹管保护保偏光纤4后由户外箱底部开有通孔进入箱体，底部开孔提高箱体防雨性能。
下表面的通孔6-9开设于底面靠近箱门6-3的位置，开有4个，供通信光纤和电缆通过，顶面开设的通孔6-9开设于顶面中心，供保偏光纤通过。
保温层6-4采用玻璃纤维棉+聚氨酯硬质发泡，增大热阻，延缓热量交换。
半导体制冷器的冷面与热面是相对的，与其流过的电流方向有关，电流方向的改变，冷面与热面也互换；制冷器6-7上表面为冷面。
半导体制冷器应用于制冷场合，电流方向固定。
半导体制冷器只有不工作或制冷两种状态，且制冷状态的驱动电流固定，电路简单可靠。
平板6-5采用散热性能良好的铝合金或铜。
绝热螺栓6-8材质为环氧树脂。
电源线输入后要给多个模块供电在端子排6-11进行分配电两个模块间的互相连线也通过端子排转接。例如箱体6-1与箱门6-3间导线，经过端子排6-11进行转接与分配。
温度控制器6-10为二合一型，有两副节点，常闭节点控制加热功能，常开节点控制制冷功能，将两副节点一起封装。
设置低温加热温度值Tlow，高温制冷温度值Thigh；改变温度控制器的设定值，就可以改变箱体内温度变化范围。
检测到户外箱6内温度低于Tlow时，常闭节点闭合，常开节点打开。220V电压经过闭合状态的常闭节点送至加热器6-6，加热器6-6得电后通过平板6-5对户外箱6内空气进行加热。
检测到户外箱6内温度高于Thigh时，温度控制器6-10常闭节点打开，常开节点闭合。220V电压经过闭合状态的常开节点送至电源适配器6-12，电源适配器6-12将输入的220V电压降低为制冷器6-7适用的低直流电压。制冷器6-7得电后制冷。
检测到户外箱6内温度高于Tlow低于Thigh时，温度控制器6-10常闭节点打开，常开节点打开。
温度控制器6-10也可为两个独立温度控制器，分别控制加热和制冷。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种光纤电流互感器，其特征在于：所述光纤电流互感器包括其内与其同轴水平设有导体(1)的光纤传感环(2)、保偏光纤(4)和位于户外箱(6)内的采集模块(5)，所述保偏光纤(4)外包覆与其同轴的绝缘子(3)，所述采集模块(5)一端通过保偏光纤(4)与光纤传感环(2)连接，另一端通过通信光纤(7)与合并单元(8)连接。
2.如权利要求1所述的一种光纤电流互感器，其特征在于：所述光纤传感环(2)位于高电位，所述光纤传感环(2)内设置5～15匝传感光纤，所述传感光纤为保圆偏振光纤。
3.如权利要求1所述的一种光纤电流互感器，其特征在于：所述保偏光纤(4)两端分别与光纤传感环(2)和采集模块(5)连接。
4.如权利要求1所述的一种光纤电流互感器，其特征在于：所述绝缘子(3)为刚性支撑绝缘子或柔性复合绝缘子，所述刚性支撑绝缘子由上至下依次为连接环(3-1)、伞形绝缘子(3-2)和底座(3-3)，所述光纤传感环(2)固接于连接环(3-1)上表面，所述底座(3-3)设置在所述户外箱(6)上。
5.如权利要求1所述的一种光纤电流互感器，其特征在于：所述采集模块(5)位于地电位，所述采集模块(5)包括光路元器件和电路元器件，所述光路元器件包括分束器、集成相位调制器和光电探测器，所述电路元器件包括集成电路芯片、运算放大器、信号处理器。
6.如权利要求1所述的一种光纤电流互感器，其特征在于：所述户外箱(6)包括长方体箱体(6-1)、箱门(6-3)和箱锁(6-13)，所述箱体(6-1)和箱门(6-3)由连接件(6-2)连接，所述箱体(6-1)底面与其上设置的制冷器(6-7)的热面贴合，所述箱体(6-1)和箱门(6-3)内壁贴设保温层(6-4)，所述箱体(6-1)底面保温层(6-4)上设置加热器(6-6)，所述制冷器(6-7)上表面与加热器(6-6)上表面与其上设置的平板(6-5)下表面贴合，所述平板(6-5)上设置采集模块(5)。
7.如权利要求6所述的一种光纤电流互感器，其特征在于：所述连接件(6-2)为铰链，所述箱体(6-1)的上表面和下表面分别开有贯穿箱体(6-1)表面和保温层(6-4)的通孔(6-9)，所述平板(6-5)通过绝热螺栓(6-8)固定于箱体底面。
8.如权利要求6所述的一种光纤电流互感器，其特征在于：所述箱门(6-3)内表面设置电源(6-12)、端子排(6-11)和温度控制器(6-10)。
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| Publication Number | Publication Date |
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| CN204925214U true CN204925214U (zh) | 2015-12-30 |
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ID=54974327
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| CN201520644264.0U Active CN204925214U (zh) | 2015-08-25 | 2015-08-25 | 一种光纤电流互感器 |
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| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN204925214U (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106841740A (zh) * | 2017-01-24 | 2017-06-13 | 国网辽宁省电力有限公司盘锦供电公司 | 一种抗干扰型全光纤电流互感器 |
| CN107132862A (zh) * | 2017-05-18 | 2017-09-05 | 国网辽宁省电力有限公司盘锦供电公司 | 全光纤电流互感器二次采集器恒温控制*** |
| CN110531141A (zh) * | 2019-09-24 | 2019-12-03 | 国网重庆市电力公司电力科学研究院 | 一种智能绝缘子电压传感*** |
| CN111721975A (zh) * | 2020-08-03 | 2020-09-29 | 北京世维通光智能科技有限公司 | 一种光纤电流传感器测量仪机箱 |
-
2015
- 2015-08-25 CN CN201520644264.0U patent/CN204925214U/zh active Active
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|---|---|---|---|---|
| CN106841740A (zh) * | 2017-01-24 | 2017-06-13 | 国网辽宁省电力有限公司盘锦供电公司 | 一种抗干扰型全光纤电流互感器 |
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