光电式电流互感器

高压电流互感器是电力系统将电网中的高压信号变换传递为低压小电流信号,从而为系统的计量、监控、继电保护、自动装置等提供统一、规范的电流信号(传统为模拟量,现代为数字量)的装置;同时满足电气隔离,确保人身和电器安全的重要设备。

高压电流互感器按原理可分为电磁式电流互感器和电子式电流互感器。电子式电流互感器按一次传感器的工作方式,又可分为有源型和无源磁光玻璃型。

1　电磁式电流互感器

电磁式电流互感器即通过电磁感应原理实现电流变换的互感器。

由于其在电力系统中已被广泛应用。现仅对主要的饱和问题作一下分析。

常见的电流互感器饱和主要有两种：稳态饱和与暂态饱和。其中稳态饱和主要是因为一次电流值太大,进入电流互感器饱和区域,导致二次电流不能正确的传变一次电流。暂态饱和,则是因为大量的非周期分量的存在,进入电流互感器饱和区域。

1.1电流互感器稳态仿真分析

在ATP中搭建的电流互感器模

非线性元件的励磁曲线

1.2电流互感器暂态仿真分析

二次负载为电阻的暂态饱和波形(R=5)

二次侧负载为电感的暂态饱和波形

从系统仿真软件ATP中,利用其不同的励磁元件仿真电流互感器的稳态和暂态的波形知,在铁心未饱和前,一次电流和二次电流完全成正比例,当达到饱和后,励磁不再增加,饱和后,不产生电动势。

2　电子式电流互感器

2.1有源型电子式电流互感器

有源型电子式电流互感器特点是一次传感器为空心线圈,高压侧电子器件需要由电源|稳压器供电方能工作。其原理如下图所示：

2.2无源磁光玻璃型电子式电流互感器

无源磁光玻璃型电子式电流互感器特点是一次传感器为磁光玻璃,无需电源供电。其原理如下图所示：

3　工作原理

3.1法拉第磁光效应

　　

法拉第磁光效应：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,当一束线偏阵光通过该磁场时,线偏阵光的偏振角度会发生偏振,其偏振角θ的计算公式为：

式中：V为磁光玻璃的verdet常数,L为光线在磁光玻璃中的通光路径长度。

3.2法拉第磁光效应在产品中的应用

在电子式电流互感器中将L设计为环路,由法拉第磁光效应原理,则：

根据安培环路定律,在环路中

可推出：

根据马吕斯定律,在本产品中：

4　二次控制系统和接口连接形式

4.1二次处理系统

4.2接口连接形式

4.2.1模拟接口连接形式

4.2.2数字接口连接形式

5　特点  

⑴不充油不充气,安全可*,免维修。

⑵传感器无铁磁材料,不存在磁滞、剩磁和磁饱和现象。

⑶一次、二次间传感信号由光缆连接,绝缘性能优异,且具有较强的抗电磁干扰能力。

⑷体积小、重量轻,安装使用简便。

⑸低压侧无开路而引入高压的危险。

⑹具有光、电数字接口功能,便于二次部分的升级换代和数字化变电站的建设。