Система контроля токов в экранах TOPAZ OCTU

Классические измерители тока, построенные на базе трансформаторов тока, отличаются значительными массогабаритными показателями, особенно для высоковольтных цепей электрического тока. Это приводит к большим материальным и временным затратам при производстве, монтаже и эксплуатации оборудования. Проблемы усугубляются высокими требованиями к пожарной и электрической безопасности такого рода приборов. Использование электрических трансформаторов тока приводит также и к значительным потерям электрической энергии.

Альтернативой электрическим трансформаторам тока в качестве первичных преобразователей являются волоконно-оптические преобразователи электрического тока или оптические трансформаторы тока. Появление последних стало возможным благодаря значительному прогрессу в оптоволоконной технике, в создании и производстве компактных и стабильных полупроводниковых лазеров, приемников оптического излучения и магниточувствительных оптических материалов.

Основная проблема электрических трансформаторов тока – электрическая изоляция измерительного оборудования от высоковольтных цепей – не возникает при использовании оптических трансформаторов тока, так как регистрация значений тока осуществляется с использованием диэлектрических волоконно-оптических линий и оптического датчика тока. По этой же причине устройства на базе оптических трансформаторов тока обладают высокой устойчивостью к внешним электрическим и магнитным помехам, резко уменьшаются габариты и масса устройств.

Использование современных волоконно-оптических линий с малым погонным затуханием позволяет поместить приемопередающую часть системы на большом удалении от измеряемой линии. Расстояние между оптическим датчиком тока, установленным на линию с измеряемым током, и приемопередающей частью устройства может достигать нескольких километров.

Существует множество конструкций оптических измерителей тока. Устройство большинства оптических измерителей тока соответствует следующей схеме (рис. 1): излучение с определенной поляризацией по световоду заводится в магниточувствительный элемент, где происходит изменение поляризации света под воздействием магнитного поля измеряемого тока – эффект Фарадея. Далее излучение по световоду доставляется к анализатору, где происходит регистрация изменения поляризации излучения. Фотоприемник преобразует оптические сигналы в электрические. В блоке электронной обработки происходит усиление электрических сигналов до необходимого уровня и аналого-цифровое преобразование. В микроконтроллере происходит интерпретация и обработка дискретного кода для получения абсолютных значений параметров тока для дальнейшей выдачи информации по внешним интерфейсам.

Традиционно излучатели выполняются на основе светодиодов и лазерных диодов с волоконным многомодовым или одномодовым выходом. В качестве магниточувствительных элементов обычно используются оптические элементы с большим коэффициентом Верде – этот коэффициент характеризует вращение плоскости поляризации света в магнитном поле. Большинство измерителей можно разделить на две группы: измерители с волоконным чувствительным элементом и измерители с чувствительным элементом на основе оптических кристаллов. Чувствительный элемент первой группы выполнен из специального оптического волокна, образующего многовитковый контур вокруг проводника с измеряемым электрическим током. Чувствительный элемент второй группы является магнитооптическим кристаллом, размещенным непосредственно на электрическом кабеле с измеряемым током. В качестве поляризатора и анализатора используются оптические призмы с эффектом двулучепреломления или поляризационные пленки. Фотоприемники выполняются на основе pin-диодов с волоконным вводом излучения.

Структурная схема разработанного трехканального оптического измерителя тока показана на рис. 1. В приборе в качестве оптического датчика тока используется кристалл редкоземельного феррит-граната, помещенного между поляризатором и анализатором.

Рисунок 1 – Структурная схема разработанного оптического измерителя тока

Оптический датчик в диэлектрическом корпусе устанавливается на кабель и крепится двумя хомутами (рис. 2).

Рисунок 2 – Внешний вид оптического датчика тока, закрепленного на электрическом кабеле

Лазерное излучение полупроводникового лазера ближнего ИК диапазона по одномодовому оптоволокну доставляется к оптическому датчику тока и затем к фотоприемнику, где оптический сигнал преобразуется в электрический. Далее происходит усиление и аналого-цифровое преобразование электрического сигнала с последующей цифровой обработкой.

Рисунок 3 – Внешний вид оптического измерителя тока

Основные преимущества системы контроля тока:

• Малые габариты, позволяющие устанавливать оборудование в существующие стойки.
• Мощный лазер, что позволяет размещать датчики в колодцах транспозиции КЛ на удалении не менее 10 км от места установки модулей.
• Пассивные датчики, не требующие электропитания.
• Применение на цифровых подстанциях

Таблица 1 – Технические характеристики устройства

Характеристика	Значение
Каналы измерения тока
Количество каналов	3
Тип портов подключения датчиков тока	LC (одномодовое оптоволокно)
Максимальная длина оптоволоконной линии, км	до 5
Среднеквадратическое значение тока, А	до 1000
Частота, Гц	30…3000
Интерфейс связи Ethernet
Скорость обмена данными, Мбит/с	10 / 100
Тип разъема	RJ-45
Протоколы обмена данными	МЭК 60870-104; SV 61850-9-2 (опция)
Интерфейс связи RS-485
Скорость обмена данными, бит/с	до 115200
Протокол обмена	МЭК 870-5-101
Питание
Номинальное напряжение питания, В	24 (DC)
Рабочий диапазон напряжения питания, В	9 ÷ 58
Ток потребления (при 24 В), мА	100
Конструкция
Способ крепления	DIN-рейка 35 мм
Корпус	пластик IР20
Габаритные размеры модуля (ширина х высота х глубина), мм	22,5 x 99 x 117
Масса, кг	0,5
Условия эксплуатации и надежность
Рабочий температурный диапазон, 0С	от -40 до +70
Средняя наработка на отказ, часов	140000
Средний срок службы, лет	30