[發(fā)明專利]法拉第光學(xué)電流傳感器裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200980118974.7
• 申請日: 2009-05-29
• 公開（公告）號: CN102047127B
• 公開（公告）日: 2011-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 弗雷迪·索倫斯
• 申請（專利權(quán)）人: 保維森斯公司
• 主分類號: G01R15/24
• 分類號: G01R15/24
• 代理公司: 北京安信方達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11262
• 代理人: 張春媛;閻娬斌

背景技術(shù)

法拉第光學(xué)電流傳感器可以用于測量附近的電力線中的電流。法拉第光學(xué)電 流傳感器依靠法拉第效應(yīng)工作。法拉第效應(yīng)說的是偏振光束的旋光度與光束方向 上的磁場分量成比例。電荷在導(dǎo)體內(nèi)遷移會產(chǎn)生環(huán)繞導(dǎo)體的環(huán)形磁場。因此，通 過將光學(xué)法拉第光學(xué)電流傳感器平行于磁場線的方向放置，可以測量電流的大 小。

與變流器之類的常規(guī)技術(shù)相比，使用法拉第光學(xué)電流傳感器提供了許多優(yōu) 點。最重要的優(yōu)點之一是法拉第光學(xué)電流傳感器可以完全由介電材料構(gòu)成的事 實。這對高電壓/強(qiáng)電流應(yīng)用來說尤其重要，并且賦予了法拉第光學(xué)電流傳感器相 當(dāng)大的克服電磁干擾的抗擾性。法拉第光學(xué)電流傳感器的另一個重要優(yōu)點是它們 可以與電力線電分離，并且它們不以任何方式影響電力線中的電流。這幾乎消除 了通過測量系統(tǒng)的電力線短路的風(fēng)險。這種法拉第光學(xué)電流傳感器的一個例子是 本申請人的公司生產(chǎn)的并且在US?7,068,025中描述的模塊，引用 該文獻(xiàn)，因此該文獻(xiàn)通過引用被并入本說明書中。

法拉第光學(xué)電流傳感器包括一般形如棒、纖維或者類似物的磁光部件，它們 用表現(xiàn)出高法拉第效應(yīng)的材料制成。這一般是指具有高維爾德常數(shù)的材料。維爾 德常數(shù)是法拉第效應(yīng)的比例常數(shù)。偏振光的旋光角可以用下式描述：

β＝V×B×d

其中β是旋光角，d是磁場和光相互作用的路徑的長度，B是光傳播方向上 的磁通密度，而V是維爾德常數(shù)。導(dǎo)體外部某位置處的磁通密度可以用如下公知 的公式來計算：

B=μ0I2πr]]>

其中B是磁通密度，μ₀是磁常數(shù)，I是電流，而r是距導(dǎo)體的距離。

可以為磁光部件提供來自光源的偏振光，例如發(fā)射特定波長的線偏振光的燈 或者LED。光源可以包括偏振濾光器，用于產(chǎn)生具有特定線偏振的光。射出磁光 部件的光可以被檢測，并且優(yōu)選被檢測單元轉(zhuǎn)換成電信號。檢測單元檢測射出磁 光部件的偏振光的旋光度。控制單元可以評價來自檢測單元的信號，進(jìn)行必要的 糾錯和計算，以求出電力線中的電流。可能的誤差來源包括傳感器相對于電力線 的位置、光學(xué)噪聲、當(dāng)光進(jìn)出不同光學(xué)介質(zhì)時的過渡效應(yīng)以及溫度的影響。法拉 第光學(xué)電流傳感器優(yōu)選在使用之前進(jìn)行校準(zhǔn)，例如用標(biāo)準(zhǔn)的電流測量設(shè)備。標(biāo)準(zhǔn) 的電流測量設(shè)備可以包括例如變流器。在校準(zhǔn)之后，法拉第光學(xué)電流傳感器可以 代替例如變流器，用于監(jiān)測電流，并將測量值報告給控制系統(tǒng)。法拉第光學(xué)電流 傳感器也可以用來檢測故障電流，例如短路電流，并將這種現(xiàn)象報告給安全系統(tǒng)， 接著安全系統(tǒng)可以激活相關(guān)的斷路器和保障系統(tǒng)，以免損壞配電網(wǎng)中的其他設(shè) 備。

磁光部件、光源和檢測單元優(yōu)選經(jīng)光纖之類的光導(dǎo)管連接。光纖具有相當(dāng)大 的撓性，并且允許光遠(yuǎn)距離傳播，而光的強(qiáng)度沒有太大的損失。但是，重要的是 要知道光纖的撓性是有限的。如果彎曲超過撓性限制，光纖可能因斷裂、損壞或 者變形而出故障。光纖因過度彎曲而出的故障一般會永久地使它們無法用于傳導(dǎo) 光。一般的光纖可以彎曲的程度比電纜小得多。

由于光學(xué)傳感器可以用介電材料來構(gòu)造，因此只有該傳感器可以放在其他傳 感器，即包含導(dǎo)電材料的傳感器，不適合放的位置。這樣的位置包括受強(qiáng)電場影 響的地方，而強(qiáng)電場在強(qiáng)電流和高電壓工程領(lǐng)域是常見的。另外，法拉第光學(xué)電 流傳感器非常緊湊而且輕，因為它們不含任何金屬部件。用于高電壓和強(qiáng)電流應(yīng) 用的磁光部件可以制作成具有毫米范圍內(nèi)的維度。為了更好地處理與保護(hù)，磁光 部件以及與光導(dǎo)管的接合處用小的圓柱形外殼封裝起來。光學(xué)法拉第光學(xué)電流傳 感器的上述所有特點使得大量的新的測量位置變得可行。

新的測量位置需要合適的固定設(shè)備，以將法拉第光學(xué)電流傳感器固定到電力 線上。多數(shù)情況下，電流測量設(shè)備在例如子站(substation)內(nèi)構(gòu)成獨立單元。具 有獨立的電流測量單元需要大量空間和材料。但是，使用法拉第光學(xué)電流傳感器 不需要獨立的電流測量單元。由于法拉第光學(xué)電流傳感器的小尺寸和介電性能， 因此它也可以與任何其他高電壓或者強(qiáng)電流設(shè)備結(jié)合使用。