Оптико-электронные трансформаторы

Существующие электромагнитные ТТ и ТН из-за индуктивной связи между обмотками и потерь в магнитопроводе не могут полностью отвечать требованиям по быстродействию, надежности и возможности получения информации об измеренном параметре с высокой степенью точности, что особенно проявляется при измерениях тока в аварийных и переходных режимах при рабочем напряжении 330 кВ и выше. Решение этих задач возможно на основе использования новых методов, в частности, оптико-электронных, имеющих перспективу применения в ряде случаев вместо электромагнитных.
Физическую основу оптико-электронных методов измерения составляют процессы преобразования измеряемого (входного) сигнала в выходной электрический. Схемы преобразования отличаются одна от другой способом воздействия измеряемого параметра на свойства светового луча (способом модуляции) и, следовательно, разным конструктивным исполнением.
При внутренней модуляции воздействие измеряемого параметра происходит на излучение в самом источнике света, при внешней — воздействие измеряемого параметра на излучение вне источника света.
Особенностью устройств и аппаратов с внутренней модуляцией является наличие первичного датчика, связывающего цепь измеряемого параметра с цепью источника излучения. В качестве первичного датчика можно использовать шунт, ТТ в режиме, близком КЗ, воздушного ТТ, и др.
Внешняя модуляция света может осуществляться изменением прозрачности специального элемента оптической системы — модулятора света. В таких измерительных трансформаторах наиболее распространенным является модулятор света, основанный на использовании магнито-оптического эффекта Фарадея.
При внешней модуляции в отличие от внутренней осуществляется прямое воздействие измеряемого первичного тока на модулятор света, что исключает необходимость иметь первичный датчик.
Принцип действия оптико-электронного ТТ (ОЭТТ), основанного на использовании модулятора Фарадея в качестве первичного преобразователя тока, заключается в следующем  (рис. 1): свет от источника параллельным пучком поступает на сторону высокого напряжения, где с помощью призм поворачивается в обратном направлении и проходит последовательно через поляризатор и первичную ячейку Фарадея, содержащую кристалл тяжелого флинта, с намотанной на него обмоткой с измеряемым током, расположенной на стороне высокого напряжения. Под действием магнитного поля, создаваемого обмоткой с измеряемым током, плоскость поляризации поляризованного луча света поворачивается на угол в, пропорциональный измеряемому току Далее луч света проходит через вторичную ячейку с намотанной на нее вторичной обмоткой в направлении, противоположном первичной, таким образом, чтобы ее F2 равнялась первичной Fj. Вторичный ток направлен так, что он компенсирует поворот плоскости поляризации луча света.
Метод работы ОЭТТ заключается в постоянном приведении плоскости поляризации света в исходное положение с помощью второй ячейки, расположенной на стороне низкого напряжения. Анализатор контролирует разницу между первичной и вторичной м. д. е., которая проявляется в изменении силы света, получаемой фотоячейкой. Это изменение действует непосредственно на вход усилителя, создающего вторичный ток. Разность МДС вызывает немедленное изменение вторичного тока, стремящееся компенсировать эту разность, т. е. соблюдается равенство Fx = F2.

Рис. 1. Принципиальная схема ОЭТТФ
Таким образом, ОЭТТ на основе эффекта Фарадея представляет собой электромагнитный трансформатор без потерь, с полной электрической развязкой первичной и вторичной электрических цепей, имеющий естественную изоляцию между звеньями, связанными световым лучом, высокую разрешающую способность по частоте и погрешность измерения, не зависящую от значения измеряемого тока.