[发明专利]三相法拉第光学电流传感器组件

说明书

背景技术

三相中压电缆被用在许多应用中，用于将电能从发电机或者变电站分送到消费者。三相电缆一般被用作配电网，向电动机或者电力电子设备供电。在这种三相电缆网中，需要测量分配给消费者的电流。必须测量电流，以确定和记录传输到每个消费者的电力，并且在出故障或者出错的情况下，例如配电网中发生短路，也能起作用。历史上，电缆网被用作低压和中压应用，而高架线被用作高压应用，这是由于高压时需要增加绝缘。但是，高架线有更易受环境，例如暴风雨、暴风雪等等的影响的缺点。新开发的高压绝缘材料和对无断流配电网的更大依赖导致高压电缆代替了高架线。

三相电缆一般具有独立的三相导线，包埋在一个共同的绝缘材料里。每根相线都通过被包埋在高压绝缘材料中而与电缆里的其他相线单独绝缘。为了获得高效的和公知为圆形的电缆，一般每根相线都在电缆里占据一个构成截面局部的(section-shaped)空间。导电材料的屏蔽层一般包括绝缘线。屏蔽层一般接地，并且主要用作隔离物，用于保护3根相线，以免损坏，并且保护人员，以免在绝缘损坏的情况下触电。如果需要，屏蔽层还被用作电流的回路。

为了测量三相电缆中的电流，电缆一般需要断电，并且Rogowski线圈或者电流互感器之类的测量设备也必须分别与每一相相连。这非常麻烦，并且也很冒险，因为必须从电缆上除去外绝缘和屏蔽层。对于甚高压，不总能隔离各相，或者所需的测量设备会占据非常大的空间，因为需要大的绝缘距离。因此，能在三相电缆上直接测量所有的三相电流将是有利的。

在单相中测量电流的有利技术已经在2008年5月30日提交的欧洲专利申请08388018.7中作了描述，该申请在本申请的申请日还没有公开。上述专利申请的副本已经作为附件1被包含在本专利申请中。在上述专利申请中，用法拉第光学电流传感器在单相电力线中测量电流。

法拉第光学电流传感器可用于测量附近导线中的电流。法拉第光学电流传感器依靠法拉第效应。法拉第效应说的是偏振光束的旋光度与光束方向上的磁场分量成正比。电荷在导线内迁移会在导线周围产生环形磁场。因此，通过平行于磁场线方向放置法拉第电流传感器可以测量电流的大小。

与常规的电流测量设备相比，例如电流互感器、Rogowski线圈等等，用法拉第光学电流传感器提供了许多优点。最重要的优点之一是法拉第光学电流传感器可以完全由绝缘材料构成的事实。这对高电压应用来说尤其重要，因为它赋予了法拉第光学电流传感器相当大的克服电场干扰的抗扰性。法拉第光学电流传感器的另一个重要优点是因为它与导线电分离，并且它从不影响导线中的电流。这几乎消除了导线通过测量系统而短路的风险。这种法拉第光学电流传感器的一个例子是本申请人的公司生产的并且在US7,068,025中描述的DISCOSOpti模块，引用该文献，因此该文献通过引用被结合于本说明书中。可以在PCT申请WO2006/053567和WO 04/099798中发现另一个例子，因此这两份文献都通过引用被结合于本申请中。

法拉第光学电流传感器包括传感元件，传感元件是对磁场敏感并且一般以抗磁性的棒、纤维或者类似物形成的磁光部件，它们用表现出高法拉第效应的材料制成。不难理解，这是指具有高维尔德常数的材料。维尔德常数是法拉第效应的比例常数，它因材料不同，变化相当大。各种合适的材料存在列表值。偏振光的旋光角可以用下式描述：

β＝V×B×d

其中β是旋光角，d是磁场和光相互作用的路径的长度，B是光传播方向上的磁场，而V是维尔德常数。导线外侧某位置处的磁场可以用下面公知的公式来计算：

B=μ0I2πr]]>

其中B是磁场，μ₀是磁常数，I是电流，而r是距导线的距离。