В связи с непрерывным ростом номинальных напряжений, достигших в настоящее время 1150 кВ, создание электромагнитных ТТ как обычного типа, так и каскадного наталкивается на большие трудности.
Бумажно-масляная конденсаторная изоляция ТТ получается громоздкой, что вызывает увеличение массы и габаритных размеров ТТ. В каскадных ТТ понижается точность. ТТ шпилечной (U- образной) конструкции [9.1] тоже получаются больших габаритных размеров и массы.
Рис 9 28 Обобщенная структурная схема ОЭТТ:
а — с внешней модуляцией светового потока; б — с внутренней
Поэтому давно стоит вопрос о принципиальном изменении способов электрической изоляции ТТ на высокое и сверхвысокое напряжение. Одним из возможных вариантов является создание ТТ с оптико-электронной передачей сигнала от датчика тока, находящегося на высоком потенциале линии, к приемнику светового сигнала, находящемуся на потенциале земли и питающему измерительные приборы и аппараты релейной защиты.
Различают две принципиальные системы модуляции светового луча — внешнюю и внутреннюю. Обобщенная структурная схема с внешней модуляцией представлена на рис. 9.28, а. Источник 1 и оптическая система 2 создают поток света Φ1, который передается по световоду 3 на высокий потенциал. В качестве световодов могут использоваться линзовая оптическая система, система в виде трубы, внутренняя поверхность которой зеркальна, и система с волоконным световодом. В настоящее время наиболее совершенным следует считать волоконные световоды. Этот световод представляет собой жгут из отдельных волокон. Диаметр каждого волокна — около 10 мкм, диаметр жгута 8—10 мм. Каждое волокно имеет сердечник, сделанный из стекла или пластмассы с показателем преломления n1, и оболочку из стекла с показателем преломления п2. Показатель меньше п2 в результате чего внутри волокна имеет место полное внутреннее отражение. Торцы всех волокон тщательно шлифуются. Разработаны специальные высоковольтные волоконные световоды, которые могут работать при номинальном напряжении до 1200 кВ. Электрическая прочность световода достигает 100 кВ/м. КПД составляет примерно 15 % при длине 10 м. Для получения необходимой электрической прочности световод помещается внутри фарфорового изолятора, куда нагнетается воздух при избыточном давлении 0,2 МПа. В настоящее время идет разработка световодов в виде стеклянных массивных прутков, которые проще в изготовлении, эксплуатации и более надежны.
После прохода через световод 3 поток света с помощью призм 4 изменяет свое направление (поток Ф2) и подается на модулятор 5, состоящий из поляризатора 6, преобразователя 7 и анализатора 8. Поток света Ф3 на выходе из модулятора зависит от тока iл. Работа модулятора будет рассмотрена далее. Световой поток Ф3 по световоду 9 передается на блоки, находящиеся на стороне НН. С помощью линзы 10 световой пучок концентрируется на преобразователе 11, в котором изменение интенсивности света вызывает изменение фототока. Электрический сигнал подается на усилитель 12 и далее на нагрузку 13.
Процесс модуляции проходит следующим образом. Пучок параллельных лучей монохроматического света от источника излучения 1 линейно поляризуется поляризатором 6 и подается на преобразователь 7. В качестве преобразователя может использоваться ячейка Фарадея. В ячейке Фарадея используются некоторые оптические вещества, например стекло тяжелый флинт, которые обладают свойством вращения плоскости поляризации света в зависимости от напряженности магнитного поля, в котором это вещество находится. Это явление было открыто Фарадеем. Угол поворота плоскости поляризации
где V — постоянная Верде — угол поворота плоскости поляризации на единицу длины, м, при единице напряженности поля, А/м; I — длина оптического элемента, м; Н — напряженность магнитного поля, А/м. Постоянная V зависит от свойств вещества, температуры и других факторов. Угол θ можно выразить через мгновенное значение тока:
где lΜ— длина силовой магнитной линии; θт—максимальный угол поворота.
Большим достоинством ОЭТТ с внешней модуляцией является отсутствие на высоком потенциале сложных и многочисленных преобразователей, требующих стабилизированного источника питания. Недостатками описанного ОЭТТ является зависимость постоянной Верде от температуры. Верхний и нижний элементы находятся в разных температурных условиях и компенсация затруднена. Недостатком датчика Фарадея является также влияние на его работу внешних магнитных полей, создаваемых другими токами.
ОЭТТ с внутренней модуляцией светового потока.
Обобщенная схема ОЭТТ с внутренней модуляцией светового потока представлена на рис. 9.28, б. Первичный преобразователь 1 обычно выдает напряжение, пропорциональное измеряемому току. Промежуточный преобразователь 2 производит модуляцию сигнала. При амплитудной модуляции блок 2 может быть усилителем, при частотной модуляции ток преобразуется в сигнал переменной частоты, пропорциональной току. В случае широтно-импульсной модуляции соотношение между длительностью импульса и паузой является функцией тока; ток преобразуется в специальный код. Амплитудная модуляция чувствительна к внешним помехам, предъявляет очень высокие требования ко всем преобразовательным блокам, источникам питания. Поэтому при амплитудной модуляции не удается создать ОЭТТ с высоким классом точности. От этих недостатков свободна внутренняя модуляция с применением дискретного сигнала (частоты, широтно-импульсной модуляции, кода). Питание блока 2 осуществляется от стабилизированного источника 2'. Из блока 2 сигнал поступает на фотопреобразователь 3. При амплитудной модуляции используется линейная часть люмен-амперной характеристики светоизлучающего диода. При частотной модуляции частота вспышек светоизлучающего диода пропорциональна току iл. Далее луч света через оптическую систему 4, 6 и световод 5 подается на фотоприемник 7. В качестве фотоприемника используются фотодиоды. Сигнал с фотодиода подается на усилитель 8. Нагрузка 9, работающая на дискретном сигнале, присоединяется к усилителю 8 непосредственно. Нагрузка, работающая на аналоговом сигнале, присоединяется к усилителю 11. Сигнал на вход этого усилителя подается от преобразователя частота — аналог, код—аналог 10. В Советском Союзе был создан ОЭТТ с частотной модуляцией со следующими параметрами: Uном=2 кА; Uном=750 кВ; пределы измерительного канала (0,2-1,2) Uном= класс точности дискретного канала 0,5, аналогового— 1,0; пределы измерения канала защиты 0,5 Iном—20 Iном; класс точности 5; угловая погрешность канала защиты ±2°.
