光纤电流传感器的工作原理及应用

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1、上海电力2008年第6期光纤电流传感器的工作原理及应用邓隐北，彭晓华。(L郑州大学电气一r程学院，河南郑州,150052；2．森源电气股份有限公司，河南郑州450016)摘要：基于法拉第效唐的光纤电流传感器与传统的电流互感器相比，具有许多优点。文章回顿了光纤电流传感器的开发历程．介绍了现有各种光纤电流传感器的工作原理、分类以及在圉外的应用情况，展示r光纤电流传感器在电力系统中广阔的应用前景。关键词：光纤电流传感器；无源式；全光纤式；有源式中图分类号：TM452．94文献标识码：B体上就可检测电流，能实现

2、整个传感装置的小利l光纤电流传感器的开发历程轻量化；(2)无电磁噪音的干扰。近年的计测控制与电磁式电流互感器(C"I、)相比，基于光学、系统中，一般将传感器的输出连接于半导体的电微电子、微机技术的光纤式电流传感器(()FCT)，子回路，传感装置本身全部由光学器件构成，故具具有无铁心、绝缘结构简单可靠，体积小、重量轻、有抗电磁干扰(EMI)特性；(3)计测范围广，没有线性度好、动态范围大、无饱和现象，输出信号可铁心磁饱和的制约，同时，法拉第效应的响应速度直接与微机化计量及保护设备接口等优点。这些快，具有从

3、低频到高频、到大电流的广阔测量范优点既满足、推动了电力系统的发展，而且应用前闱；(4)因为信号通过光纤传输．波形畸变小．传输景十分广阔。损耗小，故可实现长距离的信号传输。1845年，英圈发现法拉第效应，能在电流的东京电力公司与H()YA公司共同研制的传周围检测磁场，并通过磁场的检测测出电流的大感器元件专用光纤，将光弹性系数非常小的铅玻／J、。20世纪6O年代，法拉第效应用于电力设备璃用作原材料。该传感器元件所用的铅玻璃光纤中的电流测定装置(当时称为激光电流互感器)。现已开发并应用。对于流过电力设备中的电

4、流计测，通常采1f{=I由于光在光纤中，一边反射，一边行进，偏振由铁心和线圈制造的电磁式CT，但其存在体积波相应于曲线的形状会出现旋转。针对此现象，大、信号受到电磁噪音干扰等难题。作为解决方在光纤的一端设置一块镜面导致光纤中光线的往案是应用法拉第效应研制成激光CT，东京电力返，借助光的来回往返，成功补偿和解决了偏振波公司与东京大学共同开发激光CT，并在电力中的旋转问题。央研究所进行了试验，但尚未达到实用化的程度。将铅玻璃光纤用于传感器元件，并结合利用其原因之一是当时处于光电子的初期阶段，相关镜面的方法，

5、只需把光纤卷绕在载流导体上，用于技术还不成熟。20世纪七八十年代，光纤通信电流计测的反射型传感器就基本完成。其次，开已经普及，由英圈中央电学研究实验所(CERI)发了调制程度的平均处理与信号处理方式，这有等机构提出，光纤通信应用到法拉第·传感器的利于特性的稳定及噪音的抑制。此外，对光源、受元件。因为，光纤电流传感器是基于Faraday光元件、信号传输光纤等种类与传感器特性的关效应来测定电流的，采用光纤作为传感介质，故在系进行了研究，而且，慎重选择了旨在降低成本和绝缘性、抗电磁干扰、可靠性等方面，比传统的

6、电实现小型化的传感器制作技术。目前，光纤传磁式CT有很大优势。而且，它还不含交流线圈，感器技术正朝实用化的方向进展，以适应电力系不存在开路危险。统的广泛需求。与传统的电磁式CT比较，光纤电流传感器2光纤电流传感器的工作原理与种类除具有前述的优点以外还具备(1)容易安装，不用断开导线，仅将细长、柔软的绝缘光纤卷绕在导()FcT主要由传感头、输送与接收光纤、电子⋯55O⋯．2008年第6期上海电力回路等三部分组成，如图1所示。传感头包含2．2全光纤式AoFCT载流导体，绕于载流导体上的传感光纤，以及起偏实际

7、应用中还有一种全光纤(All—fiber)式镜、检偏镜等光学部件。电子回路则有光源、受光CT，其工作原理与无源式0FCT相同，如图3所元件、信号处理电路等。从传感头有无电源的角示。度，可分为无源式和有源式两类。载光纤输出光纤图3全光纤式cT的传感头以前，光纤CT的研究主要集中在磁光晶体结构的传感头方案上。欧洲ABB公司研制出达到IEC标准0．2级晶体结构的OFCT。近年来，北美Nxtphase公司研制出超过IEC标准0．2S1光纤电流传感器的结构不意图级的全光纤AOFCT；我国清华、华中科大也相继2．1

8、无源式OFCT研制出正常环境下精度为0．3的块状结构OFCT主要利用了Faraday磁光效应。即磁AOFCT。北航研制的新型AOFCT，传感光纤采场不能对自然光产生直接作用，但在光学各向同用共光路设计，因而具有较好的互易性和较强的性的透明介质中，外加磁场H可使在介质中沿磁抗干扰能力。全温下比例因数变化小于0．5。场方向传播平面偏振光的偏振面发生旋转。这种全光纤CT系统构成如图4所示。整个结构现象被称为磁致旋光效应或Faraday效应。按功能