CN107037253A - 一种全光纤电流互感器传感头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种全光纤电流互感器传感头，包括传感头本体及与其配合的传感头上盖，传感头本体上表面设置有光纤出口槽和至少三个内径不同的绕线槽；光纤温度传感器的光纤缠绕于最外层绕线槽，传感光纤缠绕于内部绕线槽；所述的光纤出口槽为两相邻内部绕线槽之间的槽壁上开设的槽口；在传感头本体一侧设有凸角，所述凸角处设置有用于固定引出传感光纤和光纤温度传感器光纤的固定卡槽。本发明为光纤电流互感器的传感光纤和温度传感器的放置给予了解决方案，解决了传感光纤受外界应力影响较大的问题，提供了一种可靠性高、体积小、重量轻、制备简单的全光纤电流互感器传感头，确保了光纤电流互感器的准确、稳定运行。
Description
技术领域
本发明涉及一种电流互感器传感头，具体涉及一种全光纤电流互感器传感头。
背景技术
随着电力系统向高电压大电流方向发展，传统的电磁式电流互感器尽管比较成熟，但亦存在着一定的缺陷，敏感环体积大、成本高、绝缘结构复杂、存在磁饱和现象等不足。Rogowski线圈式电子式电流互感器尽管其敏感环无磁饱和现象，但是其高压侧为有源电路，对互感器的可靠性会产生一定的影响，且该敏感环对二次负载和安装要求比较高，需要采取磁屏蔽。于是，全光纤电流互感器应运而生，它具有无磁饱和、安全性能高、电流范围广等显著的优越性能，取代传统的电磁式电流互感器已然成为必然趋势，是现代电力系统走向数字化、向高电压大电流发展的必要需求。
全光纤电流互感器是基于法拉第磁光效应原理、以光纤为敏感元件和传输途径，法拉第响应速度快、频谱范围宽、传输畸变小、损耗小。但目前光纤电流互感器系统也存在一定问题，尤其传感头的精度成为制约着全光纤电流互感器工程化普及的关键因素。传感头内部包含了互感器的敏感部分(1/4波片、传感光纤、反射镜等器件)，绕制在结构的骨架上，并封装密闭而成。由于系统的精度受线性双折射影响较大，而光纤线性双折射的大小对温度、应力、震动等环境因素较为敏感。因此，为保证全光纤电流互感器的准确度和稳定性，传感头的制作就成为了一个至关重要的环节。
专利《光纤电流传感器敏感线圈的制备方法》(申请号为200810116486.X)公开了一种线圈的制备方法，但其在结构上存在着一定的不足：其主体结构上用的是单一的环状凹槽，无法稳定的固定光纤结构，亦无法合理的安排光纤长度及其光学器件的布置情况，内部绕制较乱，条理性差。
专利《一种反射式光纤电流传感器的敏感线圈的制备方法》(申请号为200810226743.5)和《一种全光纤电子式电流互感器敏感环》(申请号为200910237041.0)公开了一种光纤互感器敏感环的制备方法，但实际上存在一定的缺陷：在架构上，两者采用了非常相似的结构形式，即阿基米德螺旋曲线(或称平面渐开螺旋曲线)的U型槽，结构加工成型后，光纤只能沿该槽绕制，从很大程度上限制了光纤长度的选择和光学器件的布置等。
专利《一种全光纤电流互感器传感头》(申请号为201310089467.3)公开了一种传感头结构的制作方法，但也存在一定的缺陷：通过环形骨架来构造光纤路径，但这种结构在光纤绕制环节将面临较大的困难，在保持光纤既不松弛也不会过分拉紧的情况下，不易将光纤均匀的缠绕在环形骨架。而且在长时间运行后，光纤在环形骨架上易产生偏移，影响光学参数。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种可靠性高、体积小、重量轻、制备简单的全光纤电流互感器传感头。
为解决上述问题，本发明采取的技术方案为：一种全光纤电流互感器传感头，包括传感头本体及与其配合的传感头上盖，传感头本体上表面设置有光纤出口槽和至少三个内径不同的环形绕线槽；光纤温度传感器的光纤缠绕于最外层绕线槽，传感光纤缠绕于内部绕线槽；所述的光纤出口槽为两相邻内部绕线槽之间的槽壁上开设的槽口；在传感头本体一侧设有凸角，所述凸角处设置有用于固定引出传感光纤和光纤温度传感器光纤的固定卡槽。
传感头本体和传感头上盖通过螺栓连接在一起，并进行适当的密封处理。
最外层绕线槽为光纤温度传感器光纤及探头布置槽，可以随心的将温度传感器的探头固定在任何位置，准确获取即时温度。传感光纤在绕制过程中，可以自由的通过光纤出口槽在各个内部绕线槽之间交替绕制，方便控制传感光纤长度和配置各个器件的位置。光纤出口槽的设置方便绕线时的绕出绕入，使得在装配过程中对光纤的长度及光学器件的位置可以随心的调整，保证传感光纤的有效长度；同时较为方便的调整温度传感器探头、光纤熔点的相对位置，减少其所受环境影响，测得准确数值。
本申请中的内部绕线槽是用来放置穿过毛细管的传感光纤的，由于传感光纤长度及闭合对精度影响很大，设计了光纤出口槽使传感光纤可以来回进出内径不同的两个传感光纤槽，这样实现了传感光纤长度上的调节和传感光纤闭合。
本申请中的凸角设计中包含传感光纤、温度传感器的出口，且内部设有多出卡箍卡槽用以固定，保证不滑动、脱落。
所述的传感光纤外穿有毛细管作为保护管。
所述传感光纤穿进Peek(或石英管)毛细管进行防护。Peek毛细管热膨胀系数为高低温性能良好，具有优越的尺寸稳定性，与光纤兼容性好，这样可以抵消相当一部分的外界应力，保护敏感光纤，降低双折射受外界环境影响程度；同时耐腐蚀性能强，降低光纤被外部环境中空气、水分等氧化腐蚀程度。
所述的传感头本体采用金属铝合金制成。
传感头本体选择为金属铝合金结构，表面光滑没有毛刺，热膨胀系数较低，在高低温环境中，结构变形较小可以忽略，不会对其中的绕制光纤产生影响或损坏。热传导较快，能够较真实的反应环境温度，使温度传感器获得准确度及时温度；同时使得敏感光纤各个环节的温度都比较接近，减少敏感光纤受温度的影响，确保温补程序的正确运行。
所述的传感头上盖采用绝缘橡胶材料制成。
传感头上盖采用绝缘橡胶材料(如尼龙、环氧玻璃布板等)制成，相对于目前采用金属材料制成的上盖，上盖使用绝缘橡胶类材料有更好的绝缘性能、耐腐蚀性、耐高低温性、抗干扰性、避免产生环流涡流等优势。
所述的传感头本体及与传感头上盖外周均分布有固定孔位，所述的固定孔位呈窄条状。
传感头上盖和传感头本体通过螺栓连接，实现密闭封装；传感头整体有可调整固定孔位，方便在各种环境下的安装固定。固定孔位为窄条状，可在确保传感头本体固定的情况下留有一定的调节裕度，使传感头结构旋转得到更加合适的位置。
固定卡槽上设置有卡箍。固定卡槽与卡箍正确配合，能够稳定的固定传感光纤和温度传感器光纤接头，确保传感光纤和温度传感器不会在外力的作用下发生偏移或者脱落。经固定后的传感光纤和温度传感器光纤经专用出口引出，与外界结构相连接。卡箍的设置能有效的固定保偏光缆和温度传感器光纤接头，防止其产生位置便宜或者晃动脱落，影响光纤性能。
本发明为光纤电流互感器的传感光纤和温度传感器的放置给予了解决方案，解决了传感光纤受外界应力影响较大的问题，提供了一种可靠性高、体积小、重量轻、制备简单的全光纤电流互感器传感头，确保了光纤电流互感器的准确、稳定运行。
附图说明
图1为传感头本体结构示意图；
图2为传感头上盖结构示意图；
图3为卡箍结构示意图；
其中，1、温度传感器槽；2、传感光纤槽；3、光纤出口槽；4、固定卡槽；5、固定孔位。
具体实施方式
一种全光纤电流互感器传感头，包括采用金属铝合金制成的传感头本体及与其配合的采用绝缘橡胶材料制成的传感头上盖，所述的传感头本体及与传感头上盖外周均分布有窄条状的固定孔位5。
传感头本体上表面设置有光纤出口槽3和至少三个内径不同的环形绕线槽；光纤温度传感器的光纤缠绕于最外层绕线槽，最外层绕线槽作为温度传感器槽1；传感光纤穿有毛细管作为保护管缠绕于内部绕线槽；内部绕线槽作为传感光纤槽2，所述的光纤出口槽3为两相邻传感光纤槽2之间的槽壁上开设的槽口；在传感头本体一侧设有凸角，所述凸角处设置有用于固定引出传感光纤和光纤温度传感器光纤的固定卡槽4，固定卡槽4上设置有卡箍。
本申请中的内部绕线槽是用来放置穿过毛细管的传感光纤的，由于传感光纤长度及闭合对精度影响很大，设计了光纤出口槽3使传感光纤可以来回进出内径不同的两个传感光纤槽2，这样实现了传感光纤长度上的调节和传感光纤闭合。
与现有技术相比，本发明的新型光纤电流互感器传感头具有可靠性好，受外界因素干扰小，在全温范围内精度变化规律稳定性好的优势。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体制作步骤对本发明进一步详细说明：
步骤一：首先加工传感头本体结构，在保证期机械强度的基础上，采用质量轻、成本低的铝合金加工而成；在内部加工不同内径的绕线槽及光纤出口槽3，作为光纤绕线槽及长度调整槽，以便光纤可以根据长度的不同在不同的绕线槽内来回绕制；在一侧留有凸角，方便保偏光缆和光纤温度传感器ST接头的安装固定；对整体结构进行抛光处理，要求内部光滑无毛刺，并在适当的位置有倒角，确保光纤在内部的安全可靠。
步骤二：其次加工传感头上盖，采用强度足够，具有一定柔韧性能的绝缘橡胶材料加工而成，确保其高温下不会伸缩变形，低温不会变脆易裂。
步骤三：加工卡箍，根据卡槽的位置、大小，制作与其相配合的卡箍，基本结构如图3所示。利用卡箍来固定保偏光缆和光纤温度传感器。
步骤四：制作光路环节。首先将毛细管进行注油处理，使毛细管内充满油介质，使得光纤穿管工作更为顺畅，同时避免损害光纤、减少应力。把传感光纤传入玻璃毛细管内，把反射镜留在玻璃毛细管的一端，在穿管的过程中需做到不扭转传感光纤，避免引入应力引起的双折射；再次对玻璃毛细管进行注油处理，排出穿管工作时带入的气体气泡，避免传感光纤在玻璃毛细管中不稳定，保证长期运行的可靠性；在传感光纤的另一端做1/4波片，波片的另一端与保偏光缆进行熔接。
步骤五：传感头光路搭建完毕后进行安装固定，由于结构具有多处内径不同的绕线槽以及光纤出口槽3，可以较自由地调整光纤长度、分配内部元器件的固定位置。首先将反射镜固定在合适位置，再把内部带有传感光纤的玻璃毛细管盘绕在传感头本体的传感光纤槽2内，盘绕的同时按照指定位置进行点胶固定处理，在玻璃毛细管的末端点胶固定完成后，继续顺饶1/4波片和保偏光缆，使得在传感头的出口处为保偏光缆，将保偏光纤在卡槽处利用卡箍固定，最后与光路系统的一端进行熔接并接出系统。将光纤温度传感器ST接头置于凸角固定卡槽4处，利用卡箍进行固定，其探头置于合适位置上，使其能较真实的反应传感环温度。
步骤六：把传感头本体和传感头上盖进行配合安装后，通过螺栓连接并进行密封处理，必要时加密封胶等。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种全光纤电流互感器传感头，其特征在于：包括传感头本体及与其配合的传感头上盖，传感头本体上表面设置有光纤出口槽和至少三个内径不同的环形绕线槽；光纤温度传感器的光纤缠绕于最外层绕线槽，传感光纤缠绕于内部绕线槽；所述的光纤出口槽为两相邻内部绕线槽之间的槽壁上开设的槽口；在传感头本体一侧设有凸角，所述凸角处设置有用于固定引出传感光纤和光纤温度传感器光纤的固定卡槽。
2.根据权利要求1所述的全光纤电流互感器传感头，其特征在于：所述的传感光纤外穿有毛细管作为保护管。
3.根据权利要求1所述的全光纤电流互感器传感头，其特征在于：所述的传感头本体采用金属铝合金制成。
4.根据权利要求1所述的全光纤电流互感器传感头，其特征在于：所述的传感头上盖采用绝缘橡胶材料制成。
5.根据权利要求1所述的全光纤电流互感器传感头，其特征在于：所述的传感头本体及与传感头上盖外周均分布有固定孔位，所述的固定孔位呈窄条状。
6.根据权利要求1所述的全光纤电流互感器传感头，其特征在于：固定卡槽上设置有卡箍。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170811 |
|
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