DE19802191A1 - Optischer Stromwandler mit einer Lichtwellenleiterwicklung und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen optischen Stromwandler mit einer Lichtwellenleiterwicklung zur Messung der Strom­ stärke in einem diese durchsetzenden Leiter und auf ein Ver­ fahren zu seiner Herstellung.

Optische Stromwandler mit einer Lichtwellenleiterwicklung sind seit einiger Zeit bekannt. Sie nutzen den Effekt aus, daß innerhalb des Lichtwellenleiterglases, wenn dies unter dem Einfluß eines Magnetfeldes steht, durch den Farraday- Effekt die Polarisation (Linearpolarisation) eines durch den Lichtwellenleiter geleiteten Lichtstrahls beeinflußt wird. Analog wird bei einem Spannungswandler der Pockels-Effekt ausgenutzt, bei dem in Abhängigkeit von einer elektrischen Feldstärke ebenfalls eine Polarisation (Zirkular- Polarisation) eines durch den Lichtwellenleiter geleiteten Lichtstrahls beeinflußt wird.

Ein derartiger optischer Wandler ist beispielsweise aus der EP 0 237 776 A2 bekannt.

Grundsätzlich ist wegen der Zerbrechlichkeit einer solchen Lichtwellenleiterwicklung ein Trägerkörper nötig, mit dem die Wicklung verbunden wird, um handhabbar und in eine Hochspan­ nungsanlage einbaubar zu sein.

Bekannt ist dabei das Problem, daß sich bei der Lichtwellen­ leiterwicklung durch evtl. auftretende Vibrationen und Tempe­ raturschwankungen zusätzliche Einflüsse auf das Polarisati­ onsverhalten des Lichtwellenleiters ergeben beispielsweise durch lineare Doppelbrechung. Daher ist es auch schon be­ kannt, beispielsweise aus der EP 0 112 163 Lichtwellenleiter in einem Gel zu verlegen. Aus dieser Druckschrift ist eben­ falls bekannt, einen Lichtwellenleiter mit einem Öl zu umge­ ben.

Dort werden solche Füllstoffe für den Zweck eingesetzt, in­ nerhalb eines optischen Kabels die Bildung von Hohlräumen zu verhindern, um das Eindringen von Feuchtigkeit zu verhindern und eine erhöhte dielektrische Sicherheit zu gewährleisten.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen optischen Stromwandler der eingangs genannten Art zu schaf­ fen, der einfach aufgebaut ist, zuverlässig funktioniert und möglichst unempfindlich gegen Vibrationen und Temperatur­ schwankungen ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Träger­ körper, der eine Aufnahme für die Lichtwellenleiterwicklung aufweist, wobei die Lichtwellenleiterwicklung innerhalb der Aufnahme von einer Flüssigkeitsschicht, insbesondere einem Silikonöl, umgeben ist. Vorteilhaft kann dabei vorgesehen sein, daß die Aufnahme wenigstens teilweise mit einem Gel, insbesondere einem Silikongel, gefüllt ist.

Es hat sich gezeigt, daß das bloße Einlegen einer Lichtwel­ lenleiterwicklung eines Stromwandlers in eine Gelschicht ins­ besondere die Temperatureinflüsse nicht in dem gewünschten Maße ausgleicht. Daher ergeben sich Meßungenauigkeiten, die auf die Änderung der linearen Doppelbrechung des Lichtwellen­ leitermaterials durch mechanische Spannungen infolge von Temperaturschwankungen zurückzuführen sind.

Eine Lagerung von Lichtwellenleitern in einer Flüssigkeit ist ebensowenig möglich, da die Lichtwellenleiterwicklung in der Flüssigkeit nur ungenügend festgelegt ist und langfristig eine Bewegung der Wicklung nicht ausgeschlossen werden kann, so daß keine dauerhafte Kalibrierung des Stromwandlers möglich ist.

Die Erfindung stellt eine vorteilhafte Kombination der Ver­ wendung von Gel und einer Flüssigkeit bei der Lagerung der Lichtwellenleiterwicklung dar, bei der einerseits durch die Flüssigkeit Vibrationen und Erschütterungen ausreichend ge­ dämpft werden, andererseits die Flüssigkeitsschicht dünn ist, so daß die Lichtwellenleiterwicklung sich nicht verschieben kann und von dem Gel spannungsarm gehalten wird.

Die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Stromwandlers zu schaffen, wird erfindungsgemäß dadurch ge­ löst, daß die Lichtwellenleiterwicklung mit einer Flüssigkeit benetzt und dann in die Aufnahme eingelegt und mit einem Gel abgedeckt wird oder dadurch, daß zunächst ein Gel in die Aufnahme eingebracht wird, daß darauf durch Eindrücken eines Werkzeugs in dem Gel eine Rinne gebil­ det wird, daß darauf die Rinne mit einem Öl benetzt und dann die Lichtwellenleiterwicklung eingebracht und mit dem Gel ab­ gedeckt wird.

Beide Verfahren erlauben die Herstellung eines optischen Strom- und/oder Spannungswandlers der erfindungsgemäßen Art mit der Verwendung einer kleinen Menge von Flüssigkeit, die die Lichtwellenleiterwicklung innerhalb des Gels vollständig umgibt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen opti­ schen Strom- und/oder Spannungswandlers sieht vor, daß die Aufnahme durch eine am äußeren Umfang eines ringförmigen Trägerkörpers umlaufende Nut gebildet ist.

In diesem Fall ist die Aufnahme an der Außenseite des Träger­ körpers besonders leicht zugänglich.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Trägerkörper aus Quarzglas besteht.

In diesem Fall braucht die Aufnahme in dem Trägerkörper nur wenig größer zu sein als die Lichtwellenleiterwicklung, da die thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Trägerkörpers und der Lichtwellenleiterwicklung nahezu gleich sind, so daß keine Relativbewegung infolge von Temperaturänderungen zu be­ fürchten ist. Die Nut kann in diesem Fall beispielsweise einen Querschnitt von etwa 1 × 1 mm aufweisen. Eine solch kleine Nut läßt sich dann auch ohne Gel direkt mit z. B. einer Quarzglasplatte abdecken. Diese Anordnung ist aufgrund des verwendeten Werkstoffs (Quarzglas/Keramik) sehr aufwendig und teuer.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann darin liegen, daß der Trägerkörper aus einer Aluminiumlegie­ rung besteht.

In diesem Fall ist der Trägerkörper mechanisch besonders sta­ bil und einfach zu bearbeiten. Es muß jedoch eine im Quer­ schnitt größere Aufnahme für die Lichtwellenleiterwicklung vorgesehen werden wegen der unterschiedlichen thermischen Ausdehnung der Aluminiumlegierung und des Lichtwellenleiter­ glases. In diesem Fall kann mit einem Gel die Faser fixiert werden - trotz der breiten Nut.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei­ spiels in einer Zeichnung gezeigt und anschließend beschrie­ ben.

Dabei zeigt

Fig. 1 einen Stromwandler mit einem Trägerkörper und einer Lichtwellenleiterwicklung schematisch im Quer­ schnitt,

Fig. 2 einen entsprechenden Wandler in einer Ansicht,

Fig. 3 einen weiteren Trägerkörper mit einer stirnseitig angeordneten Aufnahme.

Der Wandler weist einen Trägerkörper 1 auf, der beispiels­ weise aus Aluminium oder Quarzglas besteht. Die äußere Um­ fangsfläche 2 des Trägerkörpers weist eine Aufnahme 3 in Form einer am Umfang umlaufenden Nut auf. In der Nut 3 befindet sich eine Gelschicht 4, die in der Einzelheit A deutlicher gezeigt ist. Innerhalb der Gelschicht 4 sind Lichtwellenlei­ ter 5, 6, 7 angeordnet, die von einer Flüssigkeitsschicht 8 aus Silikonöl benetzt sind.

Der Trägerkörper 1 ist von einem Hochspannungsleiter 9 durch­ setzt, der von einem zu messenden Strom durchflossen ist oder auf einer zu messenden Spannung liegt. Der Trägerkörper 1 kann sich entweder mittels eines Isolierstoffstützers an dem Leiter 9 abstützen, oder er kann außen an einem Gehäuse des Leiters 9 befestigt sein.

Die Fig. 2 zeigt den Trägerkörper 1 in einer Ansicht. Außer­ dem ist die Zuleitung 10 und die Ableitung 11 der Lichtwel­ lenleiterwicklung in Form eines Lichtwellenleiters darge­ stellt.

Die Fig. 3 zeigt einen weiteren Trägerkörper 12 mit einer stirnseitig angeordneten Aufnahme 13.

Claims (7)

1. Optischer Stromwandler mit einer Lichtwellenleiterwicklung (5, 6, 7) zur Messung der Stromstärke in einem die Lichtwel­ lenleiterwicklung (5, 6, 7) durchsetzenden Leiter (9), mit einem Trägerkörper (1), der eine Aufnahme (3) für die Licht­ wellenleiterwicklung (5, 6, 7) aufweist (wobei die Aufnahme (3) wenigstens teilweise mit einem Gel (4), insbesondere einem Silikongel gefüllt ist, und wobei die Lichtwellenleiter­ wicklung (5, 6, 7) innerhalb der Aufnahme von einer Flüssig­ keitsschicht (8), insbesondere einem Silikonöl, umgeben ist.

2. Optischer Stromwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme (3) wenigstens teilweise mit einem Gel (4), ins­ besondere einem Silikongel gefüllt ist.

3. Optischer Stromwandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme (3) durch eine am äußeren Umfang (2) eines ring­ förmigen Trägerkörpers (1) umlaufende Nut gebildet ist.

4. Optischer Stromwandler nach Anspruch 1, oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (1) aus Glasquarz besteht.

5. Optischer Stromwandler nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (1) aus einer Aluminiumlegierung besteht.

6. Stromwandler nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst in die Aufnahme (3) ein Gel (4) eingebracht wird, das die Lichtwellenleiterwicklung (5, 6, 7) mit einer Flüssig­ keit (8) benetzt und dann in die Aufnahme (3) eingelegt und mit einem Gel (4) abgedeckt wird.

7. Stromwandler nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein Gel (4) in die Aufnahme (3) eingebracht wird, daß darauf durch Eindrücken eines Werkzeugs in dem Gel (4) eine Rinne gebildet wird, daß darauf die Rinne mit einem Öl (4) benetzt und dann die Lichtwellenleiterwicklung (5, 6, 7) eingebracht und mit dem Gel (4) abgedeckt wird.