光电流互感器(即MOCT)是按法拉第效应理论制成的。它的基础原理是:有一个磁光材料(例如一块玻璃),当它暴露在强磁场下会变得具有了光学活动性。光学活动性的意思是当极化的光以平行于所加磁场的方向穿过一个玻璃通道后,这个光平面会发后旋转或扭动。从法拉第最早发现这一现象以来,在许多固体、液体、气体物质中都会看到这一现象。这些物质也叫作磁光材料。
光电流互感器具有非常显著的优点和经济性,例如无饱和状态,重量轻,体积小,精度高,无(EMI)地磁影响,频带宽,线性度好,绝缘水平高,动态测量范围大等。
现代电力系统发展的特点是大容量、高电压、小型化、数字化和输配电系统自动化。电网电压的不断提高,使传统互感器的体积愈来愈大,绝缘结构愈来愈复杂,制造的难度也愈来愈提高。同时,传统互感器存在的磁滞、磁饱和、二次不能开路、线性度低、静态和动态准确范围小等问题日益突出,已经不能为电力系统发展提供保证。由于传统互感器输出为模拟信号,不能为输配电系统自动化提供所需的数字信号,因而也成为数字化变电站必须解决的难题。
近年来,电子式电流互感器的研究方兴未艾。其中,无源磁光玻璃型电子式电流互感器现已取得突破性进展。电子式电流互感器(ECT)采用纯光式结构,一次传感器无需电源供电,一次与二次部分无电缆连接,因而其绝缘结构简单,实现了体积的小型化,并可在线维修。同时由于一次传感器采用光信号,克服了传统互感 器的磁滞与磁饱和缺点。它最大的优点在于,其输出可以是模拟信号也可以是数字信号,使电力系统数字化变电站的实现成为了可能。
原理:
根据法拉第(Faraday)磁光效应,如果通过一次导线的电流为I,导线周围所产生的磁场强度为H,当一束线偏振光通过该磁场时,偏振光的偏振角度会发生偏转,其偏转角θ的计算公式为:
θ=V∫L Hdl
式中:V为磁旋光材料的Verdet常数
L为磁旋光材料中的通光路径长度
在电子式电流互感器产品中将L设计为环路,则 θ=V∮L Hdl
根据安培环路定律,在环路中:
I=∮L Hdl
可推出: θ=VI
根据马吕斯定律,如果用检偏器将已有偏转角度的偏振光分成两路光,
J1=αJ0sin2(φ+θ)
J2=αJ0cos2(φ+θ)
式中:J0为输入光强
J1、J2为经检偏器分出的两路光强
α为光路中的光强衰减系数
φ为起偏器与检偏器夹角(在电子式电流互感器中为45°)
则运算得出:(J1-J2)/(J1+J2) ≈2VI
因而,只要测出经检偏器分出的两路光强,即可计算出通过导体的一次电流。
应用:
1、模拟接口电缆传输典型应用
电子式电流互感器可替代传统电流互感器直接使用,此时其输出信号可转化为模拟信号。作为替代传统电流互感器使用时,原二次设备无需改变。产品输出的信号通过电缆提供给中控室的二次设备,如电流表、电能表、功率表或故障录波、继电保护等设备。
2、数字接口光缆传输应用
LDGDZB电子式电流互感器的一大特点就是输出信号的数字化,信号通过光缆传输,可为变电站节省大量的电缆购置开支,同时可以大大缩小电缆沟的占地面积。可实现与保护、故障录波设备点对点连接方式;计量设备和测量设备可采用点对点方式连接(IE660044.7),也可采用以太网方式(IEC61850)。
3、混合输出应用
电子式电流互感器还可实现模拟信号、数字信号的同时输出。
缺点:未来数字化变电站发展的一个趋势,也有一些厂家在尝试使用光CT,但是光CT受环境温度的影响较大,目前没有很好的解决方法。