專利名稱：一種全光纖電子式電流互感器敏感環(huán)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于光纖電子式電流互感器的敏感環(huán)結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
隨著電力系統(tǒng)向高電壓大電流方向的發(fā)展，傳統(tǒng)的電磁式電流互感器盡管比較成 熟，但存在敏感環(huán)體積大而笨重、安裝困難、成本高、絕緣結(jié)構(gòu)復(fù)雜、磁飽和現(xiàn)象等工程技術(shù) 上的不足。Rogowsgi線圈式電子式電流互感器盡管其敏感環(huán)無(wú)磁飽和現(xiàn)象，但是其高壓側(cè) 為有源電路，對(duì)互感器的可靠性會(huì)產(chǎn)生一定的影響，且該敏感環(huán)對(duì)二次負(fù)載和安裝要求比 較高，需要采取磁屏蔽?；诠鈱W(xué)傳感技術(shù)的磁光玻璃式和全光纖電子式電流互感器具有 無(wú)磁飽和、安全性高等特點(diǎn)， 一直受到國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注。全光纖電子式電流互感器采用了 全光纖光路，可靠性及精度較磁光玻璃式互感器更高，因此成為國(guó)際上光學(xué)電流互感器發(fā) 展的主流方向。 全光纖電子式電流互感器是基于法拉第磁光效應(yīng)原理、以光纖為介質(zhì)的新興電力 計(jì)量保護(hù)設(shè)備。敏感環(huán)是全光纖電子式電流互感器的敏感元件，其設(shè)計(jì)對(duì)全光纖電子式電 流互感器在電力系統(tǒng)應(yīng)用中的安全性和可靠性起至關(guān)重要的作用。 近年來(lái)，國(guó)內(nèi)一些高校、企業(yè)對(duì)全光纖電子式電流互感器跟蹤探索研究，但目前為 止仍沒(méi)有成熟的技術(shù)與產(chǎn)品問(wèn)世。國(guó)外的ABB、 Nxtphase公司有相關(guān)的產(chǎn)品報(bào)道，但該報(bào) 道僅對(duì)相關(guān)產(chǎn)品的光路原理進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，并未對(duì)電流互感器敏感環(huán)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行介 紹。 專利申請(qǐng)?zhí)枮?00810116486. X，名稱為《光纖電流傳感器敏感線圈的制備方法》的 專利公開(kāi)了一種敏感線圈的制備方法，采用該方法制備的敏感線圈對(duì)于電流傳感器敏感環(huán) 的制備有一定的借鑒意義，但采用該方法制備的敏感線圈厚度較大、光纖繞制有懸空、且光 纖側(cè)面固定不平穩(wěn)。若采用該方法制備的敏感線圈作為敏感環(huán)，存在敏感環(huán)體積、重量大， 可靠性低，制備困難，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用靈活性差等不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種可靠性高、體積小、 重量輕、制備簡(jiǎn)便的全光纖電子式電流互感器敏感環(huán)。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種全光纖電子式電流互感器敏感環(huán)，包括敏感環(huán)本
體、敏感環(huán)上蓋、敏感光纖、反射鏡、l/4波片和保偏光纖，敏感環(huán)本體采用環(huán)形結(jié)構(gòu)，所述環(huán)
形結(jié)構(gòu)的上表面留有U型槽，敏感光纖均勻繞制在所述U型槽底面，敏感環(huán)上蓋為與敏感環(huán)
本體相匹配的環(huán)形結(jié)構(gòu)，敏感環(huán)上蓋固定于敏感環(huán)本體上部并密閉所述U型槽，反射鏡和
1/4波片分別位于敏感光纖的兩端并固定在所述U型槽中，反射鏡和l/4波片在所述環(huán)形結(jié)
構(gòu)的切線方向相互平行并沿所述環(huán)形結(jié)構(gòu)的法線方向緊貼布置，在敏感光纖固定安裝1/4
波片的末端連接保偏光纖，保偏光纖作為敏感環(huán)的引出端。 所述的敏感環(huán)本體采用線膨脹系數(shù)小于5. 0X 10—7K的材料。
所述的敏感環(huán)上蓋采用絕緣材料。 所述的絕緣材料為電阻率大于1012Q cm的材料。 所述的敏感光纖通過(guò)膠固定于所述U型槽的內(nèi)壁。 所述的敏感環(huán)本體上設(shè)有用于敏感環(huán)本體與敏感環(huán)上蓋固定連接的螺紋孔以及 用于敏感環(huán)本體與安裝基面固定連接的螺紋孔。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于 (1)本發(fā)明敏感環(huán)在敏感環(huán)本體上表面開(kāi)設(shè)U型槽，并采用平面漸開(kāi)螺旋的方式
繞制敏感光纖，并對(duì)敏感光纖、反射鏡和1/4波片進(jìn)行固定，避免了敏感環(huán)內(nèi)部光纖繞制空
間上的懸空現(xiàn)象、使得敏感光纖在敏感環(huán)本體上繞制平穩(wěn)，有效避免了光纖繞制時(shí)外部應(yīng)
力造成的光纖斷裂和損傷，提高了敏感環(huán)工作過(guò)程中的可靠性，且在制備操作時(shí)容易實(shí)施，
便于安裝和維護(hù)，為全光纖電子式電流互感器在電力系統(tǒng)中的發(fā)展應(yīng)用提供了保障； (2)本發(fā)明敏感環(huán)本體和敏感環(huán)上蓋采用的環(huán)形結(jié)構(gòu)形態(tài)，既可以是GIS法蘭嵌
入式安裝，也可以是套筒式、懸掛式、支柱式等其它安裝方式，應(yīng)用形式靈活多樣； (3)本發(fā)明中敏感環(huán)本體采用線膨脹系數(shù)小于5. 0X 10—7K的材料制備，如鋁合金
等，該種材料機(jī)械強(qiáng)度高、重量輕，無(wú)發(fā)熱現(xiàn)象，在顯著減輕傳感器重量的同時(shí)，保證了敏感
環(huán)運(yùn)行過(guò)程中的可靠性； (4)本發(fā)明敏感環(huán)上蓋采用絕緣材料，如環(huán)氧玻璃層壓布板材料等，可有效消除感 應(yīng)環(huán)流對(duì)敏感環(huán)測(cè)量精度的影響； (5)本發(fā)明敏感環(huán)采用膠對(duì)敏感光纖進(jìn)行固定，可以有效減小敏感光纖所受應(yīng)力。


圖1為本發(fā)明敏感環(huán)的總體結(jié)構(gòu)圖；
圖2為本發(fā)明敏感環(huán)本體的橫截面圖。
具體實(shí)施例方式
如圖l所示，為本發(fā)明全光纖電子式電流互感器敏感環(huán)的總體結(jié)構(gòu)圖，包括敏感 環(huán)本體1、敏感環(huán)上蓋2、敏感光纖3、反射鏡4、1/4波片5和保偏光纖6。敏感環(huán)本體1采 用環(huán)形結(jié)構(gòu)，在環(huán)形結(jié)構(gòu)的上表面留有U型槽，敏感光纖3均勻繞制在U型槽的底面，并通 過(guò)膠對(duì)敏感光纖進(jìn)行固定，如圖2所示。采用該種方式，可以有效保護(hù)敏感光纖3、反射鏡4 和1/4波片5免受外部損傷，同時(shí)容易將敏感光纖3、反射鏡4和1/4波片5的繞制位置限 制在一個(gè)水平面上。敏感環(huán)上蓋2為與敏感環(huán)本體1相匹配的環(huán)形結(jié)構(gòu)，敏感環(huán)上蓋2固 定于敏感環(huán)本體1上部并密閉U型槽，反射鏡4和1/4波片5分別位于敏感光纖3的兩端 并固定在所述U型槽中，反射鏡4和1/4波片5在所述環(huán)形結(jié)構(gòu)的切線方向相互平行并沿 所述環(huán)形結(jié)構(gòu)的法線方向緊貼布置，在敏感光纖3固定安裝1/4波片5的末端連接保偏光 纖6，保偏光纖6作為敏感環(huán)的引出端，與傳感器其它部件連接。 在敏感環(huán)本體1的上表面開(kāi)有用于與法蘭和敏感環(huán)上蓋2連接的螺紋孔，分別用 于與敏感環(huán)上蓋2和安裝基面進(jìn)行連接。 由于敏感環(huán)的光路是基于法拉第磁光效應(yīng)原理，只有敏感光纖能產(chǎn)生此效應(yīng)。為 了保持敏感信號(hào)傳輸光的偏振態(tài)不變、抗干擾能力強(qiáng)，選取保偏光纖作為敏感環(huán)的引出端。
敏感環(huán)本體1的主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為一種環(huán)形骨架，為了保證敏感環(huán)本體1的結(jié)構(gòu)尺 寸及精度長(zhǎng)期穩(wěn)定，需要對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定處理。另外，為了應(yīng)用的靈活性，敏感環(huán)本體1還可 以采用其它的環(huán)形結(jié)構(gòu)形態(tài)，既可以是GIS法蘭嵌入式安裝，也可以是套筒式、懸掛式、支 柱式等其它安裝方式。敏感環(huán)本體1的尺寸可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的電壓等級(jí)以及安裝方式來(lái) 具體綜合確定。 圖1中，將敏感環(huán)本體l的一處設(shè)計(jì)為轉(zhuǎn)角凸出結(jié)構(gòu)，以便于靈活安裝l/4波片5 和保偏光纖6。轉(zhuǎn)角凸出結(jié)構(gòu)作為敏感環(huán)的過(guò)渡件也可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)安裝方式進(jìn)行靈活設(shè)計(jì)。
敏感環(huán)本體1采用線膨脹系數(shù)小于5. 0 X 10—7K的材料制成，如選用鋁合金、石英、 陶瓷材料等，這些材料重量輕且機(jī)械強(qiáng)度高，可以有效地預(yù)防因環(huán)境變化所產(chǎn)生的形變。其 中，石英的熱膨脹系數(shù)最小、陶瓷次之、鋁合金稍高，但是石英和陶瓷加工困難、而且易脆， 鋁合金易加工，成本相對(duì)較低。敏感環(huán)本體1選用的材料的線膨脹系數(shù)只有與敏感光纖3 和固定敏感光纖3所用的膠的線膨脹系數(shù)相近，才可以盡量減小由熱脹冷縮所引起的熱應(yīng) 力。通常敏感光纖3的線膨脹系數(shù)為5.0X10—7K，膠的線膨脹系數(shù)約為10—VK，綜合考慮， 敏感環(huán)本體1采用線膨脹系數(shù)小于5. OX 10—7K的材料。 敏感環(huán)上蓋采用絕緣材料制成，絕緣材料的電阻率大于1012Q cm，如選用環(huán)氧玻 璃層壓布板材料及工程塑料等。這些材料重量輕且容易加工、成本低，可以有效地消除感應(yīng) 環(huán)流對(duì)敏感環(huán)精度的影響。
實(shí)施例 首先采用熱膨脹系數(shù)為2. OX 10—5的鋁合金材料將敏感環(huán)本體1制備成環(huán)形結(jié)構(gòu)， 敏感環(huán)本體1的外徑為335mm，內(nèi)徑為280mm，厚度為19mm。采用環(huán)氧玻璃層壓布板材料將 敏感環(huán)上蓋2制備成與敏感環(huán)本體1相匹配的結(jié)構(gòu)形態(tài)，敏感環(huán)上蓋2的外徑為335mm，內(nèi) 徑為280mm，厚度為3mm。此外，在敏感環(huán)本體1的上表面設(shè)置4個(gè)與水平軸向成45°的螺 紋孔用于與法蘭連接，螺紋孔中心距敏感環(huán)本體1的軸心距離為143. 5mm。在敏感環(huán)本體1 的上表面還設(shè)置有7個(gè)螺紋孔用于與敏感環(huán)上蓋2連接。 其次在敏感環(huán)本體l的U形槽底面中心處制作寬度為10mm的凹槽，用以限定敏感 光纖3、反射鏡4和1/4波片5的繞制位置，同時(shí)保護(hù)敏感光纖3、反射鏡4和1/4波片5免 受外部損傷。 隨后將敏感光纖3均勻繞制在凹槽中，通過(guò)膠對(duì)敏感光纖3固定。敏感光纖3的 兩端分別安裝反射鏡4和1/4波片5，并將反射鏡4和1/4波片5以沿環(huán)形結(jié)構(gòu)的切線方向 相互平行并沿環(huán)形結(jié)構(gòu)的法線方向緊貼的方式固定在凹槽中，在敏感光纖3的一端使用石 英管安裝反射鏡4，反射鏡4在與敏感光纖3連接的一端采用光纖熔接技術(shù)固定，另一端用 膠固定于凹槽中。在敏感光纖3的另一端使用石英管安裝1/4波片5， 1/4波片5在與敏感 光纖3連接的一端采用光纖熔接技術(shù)固定，另一端采用同樣技術(shù)與保偏光纖6固定。保偏 光纖6作為敏感環(huán)的引出端，并通過(guò)熱縮套管對(duì)引出端進(jìn)行防護(hù)。
本發(fā)明說(shuō)明書(shū)中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。
權(quán)利要求
一種全光纖電子式電流互感器敏感環(huán)，其特征在于包括敏感環(huán)本體(1)、敏感環(huán)上蓋(2)、敏感光纖(3)、反射鏡(4)、1/4波片(5)和保偏光纖(6)，敏感環(huán)本體(1)采用環(huán)形結(jié)構(gòu)，所述環(huán)形結(jié)構(gòu)的上表面留有U型槽，敏感光纖(3)均勻繞制在所述U型槽底面，敏感環(huán)上蓋(2)為與敏感環(huán)本體(1)相匹配的環(huán)形結(jié)構(gòu)，敏感環(huán)上蓋(2)固定于敏感環(huán)本體(1)上部并密閉所述U型槽，反射鏡(4)和1/4波片(5)分別位于敏感光纖(3)的兩端并固定在所述U型槽中，反射鏡(4)和1/4波片(5)在所述環(huán)形結(jié)構(gòu)的切線方向相互平行并沿所述環(huán)形結(jié)構(gòu)的法線方向緊貼布置，在敏感光纖(3)固定安裝1/4波片(5)的末端連接保偏光纖(6)，保偏光纖(6)作為敏感環(huán)的引出端。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全光纖電子式電流互感器敏感環(huán)，其特征在于所述的 敏感環(huán)本體(1)采用線膨脹系數(shù)小于5. 0X 10—7K的材料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種全光纖電子式電流互感器敏感環(huán)，其特征在于所 述的敏感環(huán)上蓋(2)采用絕緣材料。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種全光纖電子式電流互感器敏感環(huán)，其特征在于所述的 絕緣材料為電阻率大于1012Q cm的材料。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種全光纖電子式電流互感器敏感環(huán)，其特征在于所述的 敏感光纖(3)通過(guò)膠固定于所述U型槽的內(nèi)壁。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種全光纖電子式電流互感器敏感環(huán)，其特征在于所述的 敏感環(huán)本體(1)上設(shè)有用于敏感環(huán)本體(1)與敏感環(huán)上蓋(2)固定連接的螺紋孔以及用于 敏感環(huán)本體(1)與安裝基面固定連接的螺紋孔。
全文摘要
一種全光纖電子式電流互感器敏感環(huán)，由敏感環(huán)本體、敏感環(huán)上蓋、敏感光纖、反射鏡、1/4波片和保偏光纖組成。敏感環(huán)本體與敏感環(huán)上蓋均采用環(huán)形結(jié)構(gòu)，在敏感環(huán)本體的上表面留有U型槽，敏感光纖均勻繞制在U型槽底面。敏感環(huán)上蓋固定于敏感環(huán)本體上部并密閉U型槽。反射鏡和1/4波片分別位于敏感光纖的兩端并固定在U型槽中，反射鏡和1/4波片在環(huán)形結(jié)構(gòu)的切線方向相互平行并沿環(huán)形結(jié)構(gòu)的法線方向緊貼布置，在敏感光纖固定安裝1/4波片的末端連接保偏光纖，保偏光纖作為敏感環(huán)的引出端。本發(fā)明具有應(yīng)用形式靈活、體積小、重量輕、安全性高、安裝維護(hù)便捷等特點(diǎn)，為全光纖電子式電流互感器的發(fā)展應(yīng)用提供了必要的保證。
文檔編號(hào)H01F38/30GK101707129SQ20091023704
公開(kāi)日2010年5月12日 申請(qǐng)日期2009年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月2日
發(fā)明者劉東偉, 張志鑫, 李永兵, 王巍, 譚金權(quán) 申請(qǐng)人:南瑞航天(北京)電氣控制技術(shù)有限公司