專利名稱：用于磁光式電流互感器的無組裝應力傳感頭的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于磁光式電流互感器的無組裝應力傳感頭，屬于電力系統(tǒng)計量測試新技術領域。該發(fā)明專利可用于基于法拉第效應實現(xiàn)的，由光學器件組合而成的磁光式電流互感器。同時，它也可用于光電電壓互感器及其他由塊狀光學器件組合形成的裝置。
電磁感應式電流互感器的絕緣結(jié)構(gòu)非常復雜、造價也會隨電壓等級的提高急劇增加。此外，由于電磁感應式電流互感器所固有的磁飽和、鐵磁諧振、動態(tài)范圍小、頻帶窄以及有油易燃易爆炸等缺點，它已難以滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)進一步發(fā)展的需要。尋求更理想的新型電流互感器已是勢在必行；因此，人們把注意力集中到光學傳感技術，用光電子學的方法來發(fā)展所謂的光電式電流互感器。在光電式電流互感器中，目前采用最廣、使用效果最好的一種類型是磁光式電流互感器。
溫度引起的雙折射問題是磁光式電流互感器的研究難點和重點，世界上各個課題組都對此進行了不少研究，但是仍然沒有徹底解決此問題。解決磁光式電流互感器的溫度及雙折射影響問題其關鍵是傳感頭，它的性能直接影響到磁光式電流互感器的成功與否。對于由磁光玻璃塊構(gòu)成的磁光式電流互感器傳感頭，由于磁光玻璃傳感頭的結(jié)構(gòu)比較復雜，目前尚無成熟方法，可以用來消除閉環(huán)式塊狀玻璃磁光式電流互感器中溫度引起的雙折射影響。
消除溫度所引起的雙折射影響，比較有效的方法是采用渥拉斯棱鏡的雙光路輸出的方案，利用線性雙折射媒介中存在特征方向(線偏振光平行于特征方向通過媒介時仍然保持線偏振)，計算出雙折射影響系數(shù)，對測量結(jié)果加以修正，以消除溫度影響。但此方法并沒有應用于實際裝置中，此方法要求，在確定線性雙折射媒介中存在特征方向的基礎上，確定雙折射影響系數(shù)。實際上，由于溫度變化引起的雙折射媒介的特征方向是不確定的，因而上述方法沒有取得實際應用。另外，還可將同一塊磁光玻璃切成兩半，旋轉(zhuǎn)90°后再組合在一起，這樣可降低溫度引起的雙折射的影響[4]。但此方法對傳感頭的加工、組裝均提出了更高的要求，難以做到實用化。
本發(fā)明的目的是提出一種用于磁光式電流互感器的無組裝應力傳感頭，它能降低溫度及雙折射對閉環(huán)式塊狀玻璃磁光式電流互感器的影響，從而提高磁光式電流互感器的精度和穩(wěn)定性。
本發(fā)明設計的用于磁光式電流互感器的無組裝應力傳感頭，由外殼、玻璃塊傳感頭和通流導體組成。通流導體置于鋁合金圓筒內(nèi)，二者之間隔有絕緣層，鋁合金圓筒置于玻璃塊傳感頭中心的圓孔內(nèi)，二者之間設有隔熱材料，玻璃塊傳感頭置于密封外殼內(nèi)，傳感頭與外殼之間設有過渡介質(zhì)，過渡介質(zhì)通過定位鋁合金板和定位緩沖層與外殼相對定位。
本發(fā)明設計的用于磁光式電流互感器的無組裝應力傳感頭，通過對傳感材料進行均溫并降低其跟外界的熱交換速度，避免產(chǎn)生過大的溫度梯度，從而采用無組裝應力傳感頭的組裝方法消除組裝引起的應力雙折射和溫度產(chǎn)生的暫態(tài)雙折射。因此，用本發(fā)明實現(xiàn)的磁光式電流互感器的測量誤差不會超出0.5級電流互感器所規(guī)定的精確度范圍。


圖1為無組裝應力傳感頭組裝結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為塊狀玻璃傳感頭的幾何結(jié)構(gòu)。
圖1和圖2中，1是玻璃塊傳感頭，2是外殼主體，3是定位鋁合金板，4是過渡介質(zhì)，5是定位鋁合金板，6是過渡介質(zhì)，7是絕緣層，8是通流導體，9是定位彈簧，10是側(cè)面定位螺釘，11是定位緩沖層，12是固定孔，13是傳感頭光線入射面，14是光纖，15是入射透鏡固定架，16是起偏器，17是玻璃傳感頭底面基準面，18是偏振器固定架，19是檢偏器，20是傳感頭光線出射面，21是筋板，22是柔軟的隔熱材料，23是鋁合金圓筒。
如圖1所示，本發(fā)明設計的用于磁光式電流互感器的無組裝應力傳感頭，由外殼2、玻璃塊傳感頭1和通流導體8組成。通流導體8置于鋁合金圓筒23內(nèi)，二者之間隔有絕緣層7，鋁合金圓筒23置于玻璃塊傳感頭1中心的圓孔內(nèi)，二者之間設有隔熱材料，玻璃塊傳感頭1置于密封外殼2內(nèi)，傳感頭與外殼之間設有過渡介質(zhì)6，過渡介質(zhì)6通過定位鋁合金板5和定位緩沖層與外殼相對定位。
下面結(jié)合附圖，詳細介紹本發(fā)明的內(nèi)容磁光式電流互感器的工作性能主要取決于傳感頭結(jié)構(gòu)設計及其組裝方法。本發(fā)明在閉環(huán)式磁光式電流互感器玻璃傳感頭幾何相位補償方法基礎上，設計了傳感頭無組裝應力結(jié)構(gòu)。
圖1示出了無組裝應力傳感頭組裝結(jié)構(gòu)示意圖，實際組裝傳感頭時，以傳感頭的外殼2與傳感頭輸入面13，傳感頭輸出面20，傳感頭底面17相接的面作為基準面，傳感頭1、過渡介質(zhì)4、6和傳感頭的外殼2三者之間并不粘貼，允許傳感頭其他部分跟傳感頭的外殼保持相對活動，以保證它們溫度變化時因膨脹大小不同造成的應力為最小，但必須保證傳感頭的輸入面、輸出面和底面跟基準面的相對位置恒定不變；起偏器16、檢偏器19、輸入輸出透鏡15的固定均以上述基準面作為參考進行粘貼固定，但它們的支座必須采用與傳感頭外殼相同的材料，不能采用螺釘緊固，以減少基準面受外力引起的形變。
過渡介質(zhì)ZF6從傳感頭的四周將塊狀玻璃傳感頭密封起來，用適當大小的力對玻璃傳感頭、過渡介質(zhì)及鋁合金外殼從垂直于基準面的三個方向進行有效定位，對玻璃傳感頭來說，這些力應該均勻分布，其應力雙折射影響要足夠小。在這三個方向進行有效定位所需的力由外殼上的特殊設計的定位彈簧9和定位螺釘10產(chǎn)生；為了使定位彈簧9和定位螺釘10產(chǎn)生的力在傳感頭上均勻分布，特增設了三塊定位鋁合金板3、5；定位螺釘對定位鋁合金板初步定位，并同時對定位彈簧起定位作用；定位鋁合金板與定位螺釘之間設有定位緩沖層11，以避免熱張冷縮產(chǎn)生的破壞作用。由于上述固定方法，無須粘貼及緊固螺釘?shù)拇胧?，允許傳感頭其他部分相對于三個基準面進行自由滑動。
圖中，在載流導體8與玻璃傳感頭1之間首先放絕緣層7使導體與其他部件絕緣，然后絕緣層7外套鋁合金圓筒23，用以固定導體與外殼，并對導體的發(fā)熱有一個緩沖作用，最后在鋁合金圓筒23外、玻璃傳感頭1內(nèi)套一層柔軟的隔熱材料22用以隔離導體對玻璃傳感頭的溫度影響。其中，筋板21用來加強外殼主體1的強度，固定孔2用來固定傳感頭。
傳感頭外殼設計除了上述考慮外，還應注意保持基準面的剛性，以減少因整個傳感頭自重或以后固定時所受的力而產(chǎn)生的形變。在外殼設計上增加兩個筋板21。透鏡及偏振器的鋁合金支座用環(huán)氧樹脂直接粘貼到底面基準面17上。
圖2為塊狀玻璃傳感頭的幾何結(jié)構(gòu)圖。這種結(jié)構(gòu)一般稱為整塊幾何相位補償磁光式電流互感器傳感頭結(jié)構(gòu)，它主要解決的問題是如何使光線繞通流導體一周并能保持其線偏振特性。由于光線在相同媒介中沿直線傳播，傳感頭必須以某種方式使其中的光線傳播方向發(fā)生改變，常用的方法是用全反射。線偏振光在兩種不同界面上發(fā)生全反射時，平行與垂直于入射面的二個相互垂直電矢量分量之間要產(chǎn)生相位差，使線偏振光變?yōu)闄E圓偏振光，從而影響了測量精確度。幾何相位補償法比較巧妙的消除相位差的影響讓線偏振光傳播方向改變90°角度時，使相互垂直的兩分量之間在經(jīng)過兩次全反射后相移的大小相同，而總的相位差恰好抵消為零。
圖中考慮到實際加工的復雜程度，采取反射角為45°，此時塊狀玻璃傳感頭的幾何結(jié)構(gòu)如圖2所示，材料為重鉛玻璃ZF6或ZF7，選用一級品。四個反射面LPNM、PQKI、NRDE、GHDC及入射面ABCO和反射面IJFO加工要求高，要求達到光潔度12，各反射面的角度要求也很高，誤差不大于±0.01°。此傳感頭對任何偏振方向垂直于入射面入射的線偏振光，經(jīng)過六次全反射且繞導線一周后，輸出光線仍為線偏振光。
權利要求
1.一種用于磁光式電流互感器的無組裝應力傳感頭，其特征在于，該傳感頭由外殼、玻璃傳感頭和通流導體組成，所述的通流導體置于鋁合金圓筒內(nèi)，二者之間隔有絕緣層，鋁合金圓筒置于玻璃傳感頭中心的圓孔內(nèi)，二者之間設有隔熱材料，玻璃傳感頭置于密封外殼內(nèi)，傳感頭與外殼之間設有過渡介質(zhì)，過渡介質(zhì)通過定位鋁合金板和定位緩沖層與外殼相對定位。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于磁光式電流互感器的無組裝應力傳感頭,由外殼、玻璃傳感頭和通流導體組成。通流導體置于鋁合金圓筒內(nèi),二者之間隔有絕緣層,鋁合金圓筒置于玻璃傳感頭中心的圓孔內(nèi),二者之間設有隔熱材料,玻璃傳感頭置于密封外殼內(nèi),傳感頭與外殼之間設有過渡介質(zhì),過渡介質(zhì)通過定位鋁合金板和定位緩沖層與外殼相對定位。本發(fā)明能降低溫度及雙折射對塊狀玻璃磁光式電流互感器的影響,從而提高磁光式電流互感器的精度和穩(wěn)定性。
文檔編號G01R15/14GK1267833SQ00105939
公開日2000年9月27日 申請日期2000年4月21日 優(yōu)先權日2000年4月21日
發(fā)明者羅承沐, 馬仙云, 王廷云 申請人:清華大學