專利名稱：110千伏無源式光纖電流互感器的制作方法
技術領域：
本實用新型所涉及的是一種無源式光纖電流互感器，包括有三維結構整塊玻璃型光學電流傳感頭和電流互感器的絕緣結構。可適用于各種電流(如電網(wǎng)電流、瞬態(tài)大電流、沖擊電流等)的測量，尤其適用于測量常規(guī)電工儀表不適用或難以準確測量的電流信號。可應用于電力系統(tǒng)高壓、超高壓下的各種電流測量。
在現(xiàn)有技術中，利用法拉第(Faraday)磁光效應的塊狀磁光材料型光學電流傳感器，可以設計和加工成許多種不同的幾何拓撲結構。對這些結構的主要要求具有很好的保偏性能；光路繞被測電流形成閉合環(huán)路；光的傳輸損耗??；穩(wěn)定可靠等。通常使線偏振光在玻璃傳感頭中經(jīng)過幾次全反射而實現(xiàn)光路繞被測電流形成閉合或近似閉合的環(huán)路，并采用臨界全反射法或正交雙全反射法來解決保偏問題。利用正交雙全反射法來實現(xiàn)保偏的傳感頭設計方案在現(xiàn)有技術中已被提出，其傳感頭一般為由四條長棱鏡膠合而成的條形結構或在入出射光束交匯處挖掉一個角并膠合一小塊棱鏡作入、出射過渡的塊型結構?，F(xiàn)有的條型結構和塊型結構傳感頭，入射光和出射光都分別在傳感頭的上層和下層光路中傳播，光路不是完全閉合的，使得測量容易受導體位置及外界磁場的影響，降低了電流測量的準確度。另外，在現(xiàn)有的條型結構中，光束三次通過膠合面，在現(xiàn)有的塊型結構中，光束兩次通過膠合面，這使得光的傳輸損耗增加，并且膠合面多，降低了傳感頭的可靠性。
現(xiàn)有技術中的無源式光纖電流互感器的絕緣結構有的采用傳統(tǒng)電磁式電流互感器的絕緣支撐，需充六氟化硫(SF6)氣體或充油；有的采用全灌環(huán)氧膠式復合絕緣支撐。通常存在著結構復雜、有局部放電、工藝難度大及成本高等缺點。
本實用新型的目的是針對現(xiàn)有技術中的不足之處，設計一種利用三維結構塊型光學電流傳感頭制作成的，具有良好絕緣性能，結構簡單、抗外界電磁干擾強、工藝簡單、成本低廉的無源式光纖電流互感器。
本實用新型所述的110千伏無源式光纖電流互感器，由電流傳感頭和絕緣結構構成。
電流傳感頭是三維結構整塊玻璃型光學電流傳感頭，由直角小棱鏡1和主體玻璃環(huán)2構成。小棱鏡1設置在玻璃環(huán)2正面的一個大反射面8上入射光進入傳感頭處。主體玻璃環(huán)2中間開有圓孔3，其外圍四側有上下、左右、前后相對的5個45°角反射面4、6、7、8、9及一個垂直的出射通光面5。
所述的電流互感器絕緣結構為，在下法蘭盤10和上法蘭盤11之間設置有竹節(jié)式環(huán)氧筒串12，竹節(jié)式環(huán)氧筒串12由若干個竹節(jié)式環(huán)氧筒13構成，竹節(jié)式環(huán)氧筒串12外緊包環(huán)氧玻璃布14，繞制成環(huán)氧筒，構成絕緣支撐，在絕緣支撐的外絕緣有硅橡膠制成的復合絕緣裙邊15；在環(huán)氧竹節(jié)筒13上設置有小孔16，光纖17從環(huán)氧竹節(jié)筒13的小孔16中穿過，光纖17盡量彎曲以增大光纖表面的爬電距離，光纖17與竹節(jié)小孔16接觸處用環(huán)氧膠密封；所說的光學傳感頭固定在絕緣支撐的上法蘭盤11上，外面罩有∩型金屬帽18；金屬帽18上設置有耳孔19、19’，傳導高壓母線電流的銅棒20穿過金屬帽18的一邊耳孔19，再穿過傳感頭主體玻璃環(huán)2中間的圓孔3，從金屬帽18的另一耳孔19’穿出；銅棒20的一端與金屬帽18的一個耳孔19相接觸，另一端與金屬帽18的另一耳孔19’絕緣21。這樣，既可使高壓母線電流從銅棒中流過，又使銅棒、金屬帽、上法蘭盤處于等電位，不僅可以保護傳感頭，又可屏蔽外界電磁干擾。金屬帽18的耳孔19、19’，以及上法蘭盤11采用嚴格的密封措施。
本實用新型所說的電流互感器具有以下優(yōu)點的效果。
1、由于出射光與入射光同在下層光路中傳播，從而大大改善了光路閉合程度。
2、光束只通過膠合面一次，在加工工藝成熟的條件下，這種結構可以不經(jīng)膠合，而直接用一整塊材料制成，顯然這將不僅減少了傳感頭的損耗，更使得傳感頭的可靠性大大提高。
3、光學加工及耦合工藝簡單。
4、光學電流傳感頭的效果與現(xiàn)有技術的效果相比，傳感頭的光路不閉合程度大幅度減小。以外形尺寸同為98×98×33mm3的傳感頭為例，現(xiàn)有的塊型結構，其光路不閉合程度占總光路長的5％，本實用新型的光路不閉合程度僅為0.9％，因而基本上可以認為是閉合光路。
5、絕緣結構可適用各種類型(全光纖型、玻璃型和混合型等)和用途(電流計量、保護、泄漏電流測量、沖擊電流測量等)的無源式光纖電流互感器。
6、絕緣結構具有安全可靠、絕緣性能好；光纖易于安置；結構簡單、堅固，對傳感頭有一定的防震隔熱作用，密封防潮；抗外界電磁干擾；與高壓母線連接方便等功能。
圖1三維結構整塊型光學電流傳感頭示意圖；圖2光學電流傳感頭主視示意圖；圖3圖2的A向視圖；圖4電流互感器絕緣結構示意圖；圖5電流互感器的傳感頭、金屬帽與銅棒的組合關系示意圖。
本實用新型所說的光學電流傳感頭中，所說的主體玻璃環(huán)2是在一整塊光學玻璃上經(jīng)光學加工成正交雙全反射保偏型傳感頭主體，為正方形塊狀，中問開有圓孔3，其外圍四側有上下、左右、前后相對的5個45°角反射面4、6、7、8、9及一個垂直的出射通光面5。
所說的小棱鏡1可粘結在玻璃環(huán)2正面的一個大反射面8上入射光進入傳感頭處；也可將小棱鏡1與玻璃環(huán)2用同一個玻璃體制成。
所說的三維結構整塊玻璃型光學電流傳感頭的工作原理如圖1所示，輸入的線偏振光經(jīng)入射小直角棱鏡1進入傳感頭主體玻璃環(huán)后在下層光路沿水平方向傳播，在a角處經(jīng)反射面9反射而改變傳播方向沿垂直方向傳播，然后經(jīng)反射面4反射進入上層光路中又沿水平方向傳播。在b角處經(jīng)過反射面6、9兩次改變光路方向后，達c角處反射面8、7再次反射，最后在c角處使出射光進入下層光路中傳播，并經(jīng)垂直端面5出射。
圖1中虛線部分表示光束在傳感頭中的傳播方向。
權利要求1.一種110千伏無源式光纖電流互感器，由電流傳感頭和絕緣結構構成，其特征在于所說的傳感頭由一只小直角棱鏡(1)和主體玻璃環(huán)(2)構成；所說的主體玻璃環(huán)(2)是在一整塊光學玻璃上經(jīng)光學加工成正交雙全反射保偏型傳感頭主體，為正方形塊狀，中間開有圓孔(3)，其外圍四側有上下、左右、前后相對的5個45°角反射面(4),(6),(7),(8),(9)及一個垂直的出射通光面(5)；所說的小棱鏡(1)設置在玻璃環(huán)(2)正面的一個大反射面(8)上入射光進入傳感頭處；所述的絕緣結構為在下法蘭盤(10)和上法蘭盤(11)之間設置有竹節(jié)式環(huán)氧筒串(12)，竹節(jié)式環(huán)氧筒串(12)由若干個竹節(jié)式環(huán)氧筒(13)構成，竹節(jié)式環(huán)氧筒串(12)外緊包環(huán)氧玻璃布(14)，繞制成環(huán)氧筒，構成絕緣支撐，在絕緣支撐的外絕緣有硅橡膠制成的復合絕緣裙邊(15)；在環(huán)氧竹節(jié)筒(13)上設置有小孔(16)，光纖(17)從環(huán)氧竹節(jié)筒(13)的小孔(16)中穿過，光纖(17)盡量彎曲以增大光纖表面的爬電距離，光纖(17)與竹節(jié)小孔(16)接觸處用環(huán)氧膠密封；所說的光學傳感頭固定在絕緣支撐的上法蘭盤(11)上，外面罩有∩型金屬帽(18)；金屬帽(18)上設置有耳孔(19)、(19’)，傳導高壓母線電流的銅棒(20)穿過金屬帽(18)的一邊耳孔(19)，再穿過傳感頭主體玻璃環(huán)(2)中間的圓孔(3)，從金屬帽(18)的另一耳孔(19’)穿出；銅棒(20)的一端與金屬帽(18)的一個耳孔(19)相接觸，另一端與金屬帽(18)的另一耳孔(19’)絕緣(21)。
2.按照權利要求1所說的電流互感器，其特征在于，所說的小棱鏡(1)可粘結在玻璃環(huán)(2)正面的一個大反射面(8)上入射光進入傳感頭處。
3.按照權利要求1所說的電流互感器，其特征在于，所說的小棱鏡(1)可與玻璃環(huán)(2)共為同一個玻璃體制成。
4.按照權利要求1所說的電流互感器，其特征在于，所說的金屬帽18的耳孔19、19’，以及上法蘭盤11采用嚴格的密封措施。
專利摘要一種110千伏無源式光纖電流互感器,由三維結構整塊玻璃型光學電流傳感頭和絕緣結構構成。傳感頭的主體玻璃環(huán)外圍有前后左右上下相對的5個45°角的反射面及1個垂直的出射通光面;傳感頭固定在絕緣支撐上,并罩有金屬帽;母線銅棒與金屬帽的一個耳孔相接觸;光纖從環(huán)氧竹節(jié)筒的小孔中穿過,以盡量彎曲形式安置以增大表面爬電距離。本光學電流互感器可大幅改善光束環(huán)繞電流的環(huán)路閉合程度,抗干擾能力強,光學膠合面少,光傳輸損耗低,可靠性高,適用面廣。
文檔編號H01F38/28GK2329003SQ98235720
公開日1999年7月14日 申請日期1998年5月9日 優(yōu)先權日1998年5月9日
發(fā)明者阮芳, 易本順, 劉延冰, 劉建國, 胡成, 張利, 盧其本, 趙沃泉, 江軍 申請人:華中理工大學, 順德特種變壓器廠, 新會市大光明電業(yè)總公司