Електрооптичні методи вимірювань великих струмів і високих напруг

Розвиток ліній електропередачі та електрофізичних пристроїв високої й надвисокої напруги (1200 кВ і вище) обумовило розвиток новітніх методів вимірювань, які не потребували створення високовартісних і громіздких ізоляційних пристроїв на повну робочу напругу. До таких методів, зокрема, відносяться електрооптичні методи вимірювань.

Електрооптичні методи засновано на перетворенні вимірюваних електричних величин на параметр оптичного випромінювання і застосуванні оптичних каналів зв’язку для передачі вимірювальної інформації з зони високої напруги на низьковольтну частину вимірювального пристрою.

Перевагами цих методів є висока швидкодія, захищеність від електромагнітних завад, а також надійна природна електрична ізоляція між високовольтною та вторинною вимірювальною ланками через їх повну електричну розв’язку.

Електрооптичні методи ділять на такі дві основні групи:

- методи з внутрішньою модуляцією, при яких сигнал вимірювальної інформації чинить безпосередній вплив на джерело оптичного випромінювання, змінюючи параметри його випромінювання;

- методи з зовнішньою модуляцією, що базуються на впливі вимірюваної величини безпосередньо на оптичне випромінювання від зовнішнього стабільного джерела.

Методи з внутрішньою модуляцією. Схема приладу для вимірювання методом з внутрішньою модуляцієюзображено на рис. 7.13. При вимірюванні за цим методом джерело оптичного випромінювання 2 (наприклад, світлодіод) і первинний перетворювач (шунт, вимірювальний трансформатор тощо) перебувають під високою напругою, а приймач оптичного випромінювання 4 і вторинний вимірювальний прилад 5 мають потенціал Землі. За оптичний канал зв’язку 3 між джерелом та приймачем випромінювання слугують високовольтні волоконні жорсткі або гнучкі світловоди, що забезпечують надійну ізоляцію вимірювальних приладів від високовольтної лінії.

Методи із зовнішньою модуляцією. Методи з зовнішньою модуляцією грунтуються на використанні електрооптичних та магнітооптичних ефектів, головним чином

електрооптичних ефектів Керра і Поккельса – для вимірювання напруженості електричного поля та напруги, а також магнітооптичного ефекту Фарадея – для вимірювання струмів.

Час релаксації, що характеризує електро- і магнітооптичні ефекти, дуже незначний (менш ніж 10^-10 с), тому на основі цих ефектів можна створити швидкодіючі засоби для вимірювань постійних, змінних та імпульсних струмів і напруг, а також сучасні швидкодіючі пристрої електрозахисту.