光電式電流互感器

高壓電流互感器是電力系統將電網中的高壓信號變換傳遞為低壓小電流信號,從而為系統的計量、監控、繼電保護、自動裝置等提供統一、規范的電流信號(傳統為模擬量,現代為數字量)的裝置;同時滿足電氣隔離,確保人身和電器安全的重要設備。

高壓電流互感器按原理可分為電磁式電流互感器和電子式電流互感器。電子式電流互感器按一次傳感器的工作方式,又可分為有源型和無源磁光玻璃型。

1　電磁式電流互感器

電磁式電流互感器即通過電磁感應原理實現電流變換的互感器。

由于其在電力系統中已被廣泛應用。現僅對主要的飽和問題作一下分析。

常見的電流互感器飽和主要有兩種：穩態飽和與暫態飽和。其中穩態飽和主要是因為一次電流值太大,進入電流互感器飽和區域,導致二次電流不能正確的傳變一次電流。暫態飽和,則是因為大量的非周期分量的存在,進入電流互感器飽和區域。

1.1電流互感器穩態仿真分析

在ATP中搭建的電流互感器模

非線性元件的勵磁曲線

1.2電流互感器暫態仿真分析

二次負載為電阻的暫態飽和波形(R=5)

二次側負載為電感的暫態飽和波形

從系統仿真軟件ATP中,利用其不同的勵磁元件仿真電流互感器的穩態和暫態的波形知,在鐵心未飽和前,一次電流和二次電流完全成正比例,當達到飽和后,勵磁不再增加,飽和后,不產生電動勢。

2　電子式電流互感器

2.1有源型電子式電流互感器

有源型電子式電流互感器特點是一次傳感器為空心線圈,高壓側電子器件需要由電源|穩壓器供電方能工作。其原理如下圖所示：

2.2無源磁光玻璃型電子式電流互感器

無源磁光玻璃型電子式電流互感器特點是一次傳感器為磁光玻璃,無需電源供電。其原理如下圖所示：

3　工作原理

3.1法拉第磁光效應

　　

法拉第磁光效應：如果通過一次導線的電流為i,導線周圍所產生的磁場強度為H,當一束線偏陣光通過該磁場時,線偏陣光的偏振角度會發生偏振,其偏振角θ的計算公式為：

式中：V為磁光玻璃的verdet常數,L為光線在磁光玻璃中的通光路徑長度。

3.2法拉第磁光效應在產品中的應用

在電子式電流互感器中將L設計為環路,由法拉第磁光效應原理,則：

根據安培環路定律,在環路中

可推出：

根據馬呂斯定律,在本產品中：

4　二次控制系統和接口連接形式

4.1二次處理系統

4.2接口連接形式

4.2.1模擬接口連接形式

4.2.2數字接口連接形式

5　特點  

⑴不充油不充氣,安全可*,免維修。

⑵傳感器無鐵磁材料,不存在磁滯、剩磁和磁飽和現象。

⑶一次、二次間傳感信號由光纜連接,絕緣性能優異,且具有較強的抗電磁干擾能力。

⑷體積小、重量輕,安裝使用簡便。

⑸低壓側無開路而引入高壓的危險。

⑹具有光、電數字接口功能,便于二次部分的升級換代和數字化變電站的建設。