光纤传感器在局部放电检测中的应用

光纤传感器在局部放电检测中的应用
【摘要】本文介绍了光纤电流传感器的工作原理以及基于光纤电流传感器的Faraday效应测出磁场进而检测出电流值。

同时，针对煤矿中的实际情况讨论了光纤传感器的应用前景。

【关键词】光纤电流传感器;Faraday效应;应用
0.概述
随着电力系统的发展，对于普通高压设备的局部放电在线监测的要求也随之提高,电气设备的绝缘因为局部放电而使用寿命缩短，一旦局部放电产生的能量达到爆炸性气体混合物的点燃能量, 可能引起爆炸，在煤矿井下更加危险。

光纤电流传感器在高压电网中常用作监测保护和计量，具有很重要的工程价值。

1.光纤传感器的结构及工作原理
1.1光由光源出射后经起偏镜，成为线偏振光，由于磁场的作用发生方位角旋转后经过检偏镜入射到受光元件，起偏镜与检偏镜之间夹角为45°，光路中各个部分都需要紧密连接在一起，确保系统全封闭以保证光路损耗最小。

1.2当一束线性偏振光通过置于磁场中的法拉第旋光材料时，若磁场方向与光的传播方向相同，则光的偏振面将产生旋转。

其旋转角度为：
只要测出偏振光旋转的角度，即可计算出待测电流的大小。

利用适当的光路设计增加围绕载流导体的光路圈数可提高传感头灵敏度。

光线偏振面的旋转角与磁场强度成正比，磁场强度与电流和温度成正比。

测出通过磁场的光的偏振面的旋转角，就可以计算出电流强度。

2.光纤传感器的分类
2.1由通信光纤制成，一般通信用光纤的Verolet常数很小。

通信光纤缠绕在电线上，由安培定理可计算出电流的大小，并且通过改变缠绕的光纤圈数来控制灵敏度。

缠绕在电线上的线圈直径不能小于4～5 cm。

2.2用块状光学晶体制成，由于材料的Verolet常数大大高于通信光纤，因此灵敏度较通信光纤传感器提高很多，而且晶体材料减少了线性双折射，性质相对稳定，保证了传感器的可靠稳定工作。

但是传感器的体积比光纤传感器很大。

2.3用磁光材料制成，铁磁性的材料每单位厚度具有很大的Verolet常数，可以用很小的法拉第旋转角度测量特定的磁场强度，使体积减小，能够降低成本。

3.光纤传感器的特性
光纤传感器具有电绝缘性能、抗电磁干扰、安全防爆等特性。

具有灵敏度高、响应速度快、超高压绝缘性能好、耐腐蚀、机械强度大、结构简单等优点。

可以将其应用于井下安全局部放电的检测。

4.光纤传感器的应用
电力是煤矿生产的主要能源。

对煤矿用电进行可靠安全精确的监测对提高经济效益和保证安全方面都有着十分重要的意义。

煤矿井下大型和超大型电气设备多，而且易燃气体及易燃物相对较多，在井下进行局部放电的检测，对合理调配井下电力负荷保证供电质量，提高生产效率等具有重要的作用。

目前井下使用的普通隔爆型大电流传感器，体积较大且绝源处理与防爆处理很困难，不易与安全监测系统配合工作，发生局部放电时很容易发生爆炸的事故。

在井下使用光纤电流传感器作为井下局部放电检测，该传感器的传感头由绝缘材料制成，整个检测装置安全、可靠。

可见光纤传感在煤矿中的应用前景将是十分广阔的。

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【参考文献】
［１］刘公强．磁光学[M].上海：上海科学技术出版社，2000：123-145.
［２］徐阳，喻明，曹晓珑，等.局部放电光脉冲测量法及与电测法的比较[J].高压电技术，2001,27(4)：3-5.
［３］郁有文.传感器原理及工程应用.西安电子科技大学出版社:2008.
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。