光电式互感器PPT课件.ppt

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1、关于光电式互感器关于光电式互感器第一张，PPT共三十八页，创作于2022年6月第四节第四节 光电式互感器光电式互感器l一种新型的互感器，他们利用半导体集成电路一种新型的互感器，他们利用半导体集成电路技术、激光技术、光纤传输技术开发研制出了技术、激光技术、光纤传输技术开发研制出了光电式电流互感器（光电式电流互感器（OCT）和光电式电压互感）和光电式电压互感器（器（OVT）以及组合式光电互感器（）以及组合式光电互感器（OMU）。）。第二张，PPT共三十八页，创作于2022年6月光电式互感器光电式互感器的优点的优点具有传统式互感器不可比拟的优点具有传统式互感器不可比拟的优点：l体积小，重量轻；体积小

2、，重量轻；l无铁心、不存在磁饱和和铁磁谐振问题；无铁心、不存在磁饱和和铁磁谐振问题；l暂态响应范围大，频率响应宽；暂态响应范围大，频率响应宽；l抗电磁干扰性能佳；抗电磁干扰性能佳；l无油化结构，绝缘可靠、价格低；无油化结构，绝缘可靠、价格低；l便于向数字化、微机化发展。便于向数字化、微机化发展。第三张，PPT共三十八页，创作于2022年6月光电式互感器的一般结构光电式互感器的一般结构第四张，PPT共三十八页，创作于2022年6月光电式互感器的一般结构光电式互感器的一般结构 v包包括括一一次次传传感感器器及及变变换换器器、传传输输系系统统、二二次次变变换换器及合并单元。器及合并单元。v二次二次输

3、输出分模出分模拟拟量和数字量两量和数字量两类类。v数数字字输输出出一一般般是是经经合合并并单单元元将将多多个个传传感感器器的的采采样样量合并变为数字量输出。量合并变为数字量输出。v一一个个合合并并单单元元最最多多可可输输入入7 7个个电电流流传传感感器器和和5 5个个电电压传感器的采样量。压传感器的采样量。v供给测量和继电保护的数字量一般分别输出。供给测量和继电保护的数字量一般分别输出。第五张，PPT共三十八页，创作于2022年6月光电式光电式电电流流互感器的二次输出互感器的二次输出l光光电电式式电电流互感器模流互感器模拟拟量量输输出出为为二次二次电压电压，其，其额额定定值值的的标标准准值值以

4、方均根以方均根值值U U表示表示为为：22.5mV22.5mV、150mV150mV、200mV200mV、225mV225mV、4V4V。l其中，其中，额额定二次定二次电压电压4V4V仅仅用于用于测测量目的。量目的。额额定定负负荷的荷的标标准准值值以以电电阻表示阻表示为为：2k2k、20 k20 k、2M2M。第六张，PPT共三十八页，创作于2022年6月光电式电压互感器的二次输出光电式电压互感器的二次输出l光光电电式式电电压压互互感感器器模模拟拟量量输输出出二二次次电电压压额额定定值值以以方方均均根根值值U U表表示示为为：1.625V1.625V、3.25V3.25V、6 65V5V、1

5、00V100V。l输输出出容容量量当当二二次次电电压压小小于于10V10V时时，以以VAVA表表示示的的标标准准值值为为0.0010.001、0.010.01、0.10.1、0.50.5。当当二二次次电电压压大大于于10V10V时时，以以VAVA表表示示的的标标准准值值为为1 1、2.52.5、5 5、1010、1515、2525、3030。第七张，PPT共三十八页，创作于2022年6月光电式电压互感器的光电式电压互感器的数字量数字量输输出出 l光光电电式式互互感感器器的的数数字字量量输输出出：IEC60044-8IEC60044-8规规定定由串行、单向、一发多收、点对点链路送出。由串行、单向

6、、一发多收、点对点链路送出。l发发信信的的是是合合并并单单元元，收收信信的的可可能能有有保保护护、测测量仪表、监控单元及过程总线等。量仪表、监控单元及过程总线等。第八张，PPT共三十八页，创作于2022年6月2.4.12.4.1光光电电式式电电流互感器（流互感器（OCTOCT）l光光电电式式电电流流互互感感器器发发展展到到本本世世纪纪末末，其其原原理理与与结结构构普普遍遍集集中中到到有有源源型型、无无源源型型及及全全光光纤纤型三类型三类。第九张，PPT共三十八页，创作于2022年6月一、有源型光电电流互感器一、有源型光电电流互感器 l高压侧电流信号通过采样线圈将电信号传递给发高压侧电流信号通过

7、采样线圈将电信号传递给发光元件而变成光信号，再由光纤传递到低电位侧光元件而变成光信号，再由光纤传递到低电位侧，进行逆变换成电信号后放大输出。，进行逆变换成电信号后放大输出。l高压侧电子器件的电源来源于光供电方式、高压侧电子器件的电源来源于光供电方式、母线电流供电方式、电池供电方式以及超声母线电流供电方式、电池供电方式以及超声电源供电方式。电源供电方式。第十张，PPT共三十八页，创作于2022年6月有源型光电电流互感器方框图和原理图有源型光电电流互感器方框图和原理图第十一张，PPT共三十八页，创作于2022年6月有源型光电电流互感器工作原理有源型光电电流互感器工作原理l高压区信号的处理：高压区信

8、号的处理：被测高压电流信号经过传感头（被测高压电流信号经过传感头（RogowskiRogowski线圈）线圈）变换为适当的电信号；再把电信号输入调制器，变换为适当的电信号；再把电信号输入调制器，用调制器的输出去驱动光源（发光二极管用调制器的输出去驱动光源（发光二极管LEDLED），），以便用数字方法调制作为载波的光波。在光源处以便用数字方法调制作为载波的光波。在光源处实现电实现电光变换，把电信号变为携带信息的光信光变换，把电信号变为携带信息的光信号。光信号通过传输媒介光纤传到接受部分。号。光信号通过传输媒介光纤传到接受部分。第十二张，PPT共三十八页，创作于2022年6月有源型光电电流互感器工

9、作原理有源型光电电流互感器工作原理l低压区信号的处理：低压区信号的处理：在低压区的接收部分是一个信号解调电路，它在低压区的接收部分是一个信号解调电路，它先由光电探测器（先由光电探测器（PINPIN光电二极管）实现光光电二极管）实现光电电转换，把携带信息的光信号变为电信号。然后把转换，把携带信息的光信号变为电信号。然后把光电探测器输出的信号经过前级放大后再进行解光电探测器输出的信号经过前级放大后再进行解调，然后一路送入调，然后一路送入D/AD/A转换器进行模拟信号的还转换器进行模拟信号的还原，另一路直接送入计算机或数字信号处理器件原，另一路直接送入计算机或数字信号处理器件进行信号的处理和计算，并

10、采用软件方法对信号进行信号的处理和计算，并采用软件方法对信号进行误差矫正。进行误差矫正。第十三张，PPT共三十八页，创作于2022年6月有源型光电电流互感器的传感头有源型光电电流互感器的传感头l不是光学元件，而是采用不是光学元件，而是采用空心线圈（即空心线圈（即RogowskiRogowski线线圈）。圈）。l工作原理仍基于电磁感应工作原理仍基于电磁感应原理，但与常规电磁互感原理，但与常规电磁互感器不同，它的线圈骨架为器不同，它的线圈骨架为一非磁性材料。一非磁性材料。第十四张，PPT共三十八页，创作于2022年6月有源型光电电流互感器的传感头有源型光电电流互感器的传感头l它的感应输出为：它的感

11、应输出为：l其中其中 N N，S S分别为小线圈匝数、截面积；分别为小线圈匝数、截面积；L L为线为线圈骨架周长；圈骨架周长；0 0为真空磁导率；为真空磁导率；I I为被测电流。为被测电流。l对线对线圈圈输输出出进进行模行模拟拟或数字或数字积积分分处处理，理，则则其其输输出出为为：lV Vi i直接反映了被测电流直接反映了被测电流I I的大小，通过测量的大小，通过测量V Vi i，即可测得被测电流即可测得被测电流I I。第十五张，PPT共三十八页，创作于2022年6月二、无源型光二、无源型光电电电电流互感器流互感器 无源型光电电流互感器的特点是：无源型光电电流互感器的特点是：l整整个个系系统统

12、的的线线性性度度比比较较好好，灵灵敏敏度度可可以以做做得得较高；绝缘性能好。较高；绝缘性能好。l它它的的缺缺点点是是精精度度和和稳稳定定性性易易受受温温度度、振振动动的的影响。影响。第十六张，PPT共三十八页，创作于2022年6月法拉第磁光效法拉第磁光效应应的基本原理的基本原理l当一束线偏振光通过置当一束线偏振光通过置于磁场中的磁光材料时，于磁场中的磁光材料时，线偏振光的偏振面就会线偏振光的偏振面就会线性地随着平行于光线线性地随着平行于光线方向的磁场大小发生旋方向的磁场大小发生旋转；转；l通过测量通流导体周通过测量通流导体周围线偏振光偏振面的围线偏振光偏振面的变化，就可间接地测变化，就可间接地

13、测量出导体中的电流值。量出导体中的电流值。第十七张，PPT共三十八页，创作于2022年6月法拉第磁光效法拉第磁光效应应的基本原理的基本原理 l用算式表示为：用算式表示为：l式中式中 线偏振光偏振面的旋转角度；线偏振光偏振面的旋转角度；l VV磁光材料的维尔德（磁光材料的维尔德（verdetverdet）常数；）常数；l LL磁光材料中的通光路径；磁光材料中的通光路径；l HH电流电流I I在光路上产生的磁场强度。在光路上产生的磁场强度。第十八张，PPT共三十八页，创作于2022年6月法拉第磁光效法拉第磁光效应应的基本原理的基本原理l上式右边的积分只跟电流上式右边的积分只跟电流I I及磁光材料中

14、的通光路径与通流导体及磁光材料中的通光路径与通流导体的相对位置有关，故式可表示为的相对位置有关，故式可表示为：式中式中K K为为只跟磁光材料中的通光路径和通流只跟磁光材料中的通光路径和通流导导体的相体的相对对位置位置有关的常数，当通光路径有关的常数，当通光路径为围绕为围绕通流通流导导体体1 1周周时时，K=1K=1。只。只要测定要测定的大小就可测出通流导体中的电流。的大小就可测出通流导体中的电流。第十九张，PPT共三十八页，创作于2022年6月闭环式块状玻璃传感头原理图闭环式块状玻璃传感头原理图 第二十张，PPT共三十八页，创作于2022年6月改进后的双正交反射方案改进后的双正交反射方案 第二

15、十一张，PPT共三十八页，创作于2022年6月磁光式无源型光电电流互感器原理图磁光式无源型光电电流互感器原理图 第二十二张，PPT共三十八页，创作于2022年6月全光纤型光电电流互感器全光纤型光电电流互感器 l全光纤型光电电流互感器全光纤型光电电流互感器为无源型，传感头由光纤为无源型，传感头由光纤本身制成。本身制成。l优优点是点是传传感感头结头结构最构最简单简单，比无源型易于制造，精度比无源型易于制造，精度及寿命与可靠性比无源型及寿命与可靠性比无源型要高。要高。l缺点是光缺点是光纤纤是保偏光是保偏光纤纤，比普通光比普通光纤纤特殊，要做出特殊，要做出有高有高稳稳定性的光定性的光纤纤很困很困难难，

16、且造价昂且造价昂贵贵。第二十三张，PPT共三十八页，创作于2022年6月2.4.2 2.4.2 光电式电压互感器（光电式电压互感器（OVTOVT）一、光电式电压互感器（一、光电式电压互感器（OVTOVT）的基本原理）的基本原理 光电式电压互感器（光电式电压互感器（OVTOVT）的基本原理主要分）的基本原理主要分为：为：l基于电光效应基于电光效应l基于逆压电效应基于逆压电效应l基于分压效应基于分压效应 第二十四张，PPT共三十八页，创作于2022年6月1 1.基于基于电电光效光效应应的的电压电压互感器互感器 光学的光学的电电光效光效应应（PockelsPockels效效应应）:某某些些晶晶体体在

17、在没没有有外外电电场场作作用用时时，其其各各向向同同性性，光光率率体体为为一一圆圆柱柱体体。在在外外电电场场作作用用下下，导导致致其其入入射射光光折折射射率率改改变变，这这种种折折射射率率的的变变化化将将使使某某一一方方向向入入射射晶晶体体的的偏偏振振光光产产生生的的电电光相位延光相位延迟迟，且延，且延迟迟量与外加量与外加电场电场强强度成正比。度成正比。其表达式其表达式为为：nn入射光的折射率；入射光的折射率；E E 外加电场强度；外加电场强度；K K常数。常数。第二十五张，PPT共三十八页，创作于2022年6月测量光的折射率测量光的折射率工作原理图工作原理图第二十六张，PPT共三十八页，创作

18、于2022年6月测量光的折射率测量光的折射率 l通常是通过干涉法进行间接测量通常是通过干涉法进行间接测量l其基本结构主要由传感头、信号传输其基本结构主要由传感头、信号传输光纤和测量系统组成光纤和测量系统组成 第二十七张，PPT共三十八页，创作于2022年6月BGOBGO光纤电压传感头的工作原理和结构光纤电压传感头的工作原理和结构 第二十八张，PPT共三十八页，创作于2022年6月BGOBGO光纤电压传感头的工作原理和结构光纤电压传感头的工作原理和结构v它它由由起起偏偏器器、l l44波波长长片片、BGOBGO晶晶体体、检检偏偏器器构成。构成。v光纤传输的自然光经透镜准直，由起偏器变成线光纤传输

19、的自然光经透镜准直，由起偏器变成线偏振光。经偏振光。经l l44波片将偏振光再变成圆偏振光波片将偏振光再变成圆偏振光。由于加在。由于加在BGOBGO晶体上的电压或电场的作用，这晶体上的电压或电场的作用，这个圆偏振光又变成椭圆偏振光，经检偏器检偏后个圆偏振光又变成椭圆偏振光，经检偏器检偏后的光信号，其调制度相当于交流电压或电场。因的光信号，其调制度相当于交流电压或电场。因而，加在而，加在BGOBGO上的电信号就可以通过检测光信号上的电信号就可以通过检测光信号来测量。来测量。第二十九张，PPT共三十八页，创作于2022年6月（2 2）基于逆压电效应的电压互感器）基于逆压电效应的电压互感器l逆压电效

20、应逆压电效应：当压电晶体受到外加电场作用时，当压电晶体受到外加电场作用时，晶体除了产生极化现象外，同时形状也产生微小晶体除了产生极化现象外，同时形状也产生微小变化即产生应变。变化即产生应变。l利用逆利用逆压电压电效效应应引起晶体形引起晶体形变转变转化化为为光信号的光信号的调调制并制并检测检测光信号，光信号，则则可以可以实现电场实现电场（或（或电压电压）的）的光学光学传传感。感。第三十张，PPT共三十八页，创作于2022年6月 逆压电效应的电压互感器结构原理逆压电效应的电压互感器结构原理第三十一张，PPT共三十八页，创作于2022年6月逆压电效应的电压互感器的特点逆压电效应的电压互感器的特点l采

21、用石英晶体作为敏感器件，晶体圆柱表面缠绕椭圆芯双采用石英晶体作为敏感器件，晶体圆柱表面缠绕椭圆芯双模光纤。模光纤。l当交流电压施加在晶体上时，引起晶体的交变形变，这种当交流电压施加在晶体上时，引起晶体的交变形变，这种形变由椭圆形双模光纤感知，光纤的两种空间模式在传播形变由椭圆形双模光纤感知，光纤的两种空间模式在传播中将经过调制的光学相位差通过弱相干干涉法测量得到。中将经过调制的光学相位差通过弱相干干涉法测量得到。l除了石英晶体外，除了石英晶体外，这这种种传传感器是一种不需要感器是一种不需要类类似准直似准直仪仪、起、起偏器、波片等光学分离元件的全光偏器、波片等光学分离元件的全光纤传纤传感器。感器

22、。l具有具有较较低的复低的复杂杂性，且成本低。性，且成本低。第三十二张，PPT共三十八页，创作于2022年6月（3 3）基于分压效应的电压互感器）基于分压效应的电压互感器l母母线线电电压压经经电电容容器器串串联联而而取取得得分分压压，经经传传感感器器的的PockelsPockels晶晶体体，把把电电信信号号转转换换为为光光信信号号，光光信信号号由由光光纤纤传传送送到到信信号号处处理理器器，把把光光信信号号再再转转换换为为电电信信号号，输出电压。输出电压。l通通常常有有两两种种取取压压方方法法，即即从从高高电电位位端端取取压压和和从从低低电电位端取压。位端取压。第三十三张，PPT共三十八页，创作

23、于2022年6月2.4.3 2.4.3 组合式光电互感器（组合式光电互感器（OMUOMU）l组合式光学电压电流互感器包括：组合式光学电压电流互感器包括：l基基于于PockelsPockels电电光光效效应应和和法法拉拉第第磁磁光光效效应应的的组组合合式光电互感器式光电互感器l基基于于RogowskiRogowski空空心心线线圈圈和和电电容容分分压压原原理理的的组组合合式式光电互感器。光电互感器。第三十四张，PPT共三十八页，创作于2022年6月基于基于PockelsPockels电光效应和法拉第磁光效电光效应和法拉第磁光效应的组合式光电互感器应的组合式光电互感器l把把PockelsPocke

24、ls晶晶体体纵纵向向电电光光效效应应的的光光电电电电压压互互感感器器和和火火石石玻玻璃璃法法拉拉第第磁磁光光效效应应的的光光电电电电流流互互感感器器组组合而成。合而成。l电电压压和和电电流流传传感感器器置置于于充充满满SFSF6 6气气体体的的复复合合瓷瓷套套内内，复复合合瓷瓷套套由由起起支支柱柱作作用用的的玻玻璃璃纤纤维维筒筒和和硅硅橡橡胶伞裙组成。胶伞裙组成。第三十五张，PPT共三十八页，创作于2022年6月基于基于PockelsPockels电光效应和法拉第磁光效电光效应和法拉第磁光效应的组合式光电互感器应的组合式光电互感器第三十六张，PPT共三十八页，创作于2022年6月下课喽下课喽！第三十七张，PPT共三十八页，创作于2022年6月感谢大家观看4/6/2023第三十八张，PPT共三十八页，创作于2022年6月