[发明专利]一种光学电流互感器及其抗外磁场干扰方法

权利要求书

1.一种光学电流互感器，其特征在于，它包括光学传感模块、信号处理模块、光传输模块、信号传输模块、光源模块和电源模块；所述光源模块通过光传输模块与光学传感模块连接，所述光学传感模块通过信号传输模块与信号处理模块通讯；所述电源模块为光学传感模块、信号处理模块、信号传输模块提供工作电源；所述光学电流互感器采用了正交传感光路结构，所述的正交传感光路结构为，光学电流互感器的传感光路所在直线与干扰电流所在直线正交，且被测电流所在直线与传感光路所在直线无交点。

2.根据权利要求1所述的一种光学电流互感器，其特征在于，所述光学传感模块包括直通光路型的光学传感模块、全光纤型的光学传感模块。

3.根据权利要求2所述的一种光学电流互感器，其特征在于，所述直通光路型的光学传感模块采用起偏器、磁光晶体、检偏器构成直通光路的传感结构，并固定在光学底座上。

4.根据权利要求2所述的一种光学电流互感器，其特征在于，所述全光纤型的光学传感模块采用光源、耦合器、起偏器、传感光纤和反射镜构成全光纤的传感结构，并固定在光学底座上。

5.根据权利要求1所述的一种光学电流互感器，其特征在于，所述信号处理模块由光电探测器、前置放大器,A/D转换器、信号处理器和电源转换模块组成。

6.根据权利要求1所述的一种光学电流互感器，其特征在于，所述光学传感模块与信号处理模块采用分体式设计或一体式设计。

7.一种光学电流互感器抗外磁场干扰方法，其特征在于，抗外磁场干扰能力是电流互感器的自身属性，与待测磁场和干扰磁场的强弱无关。对抗外磁场干扰能力的描述应能体现这一属性与电流互感器本体结构、安装位置之间的关系。提出电流互感器磁场干扰度的概念并具体定义如下；定义1：磁场干扰度；所谓磁场干扰度是指电流互感器对干扰磁场灵敏度占对目标磁场灵敏度的比率，记为λ，可用公式表示为：

式中，λ为磁场干扰度；ki为电流互感器对干扰磁场的灵敏度；km为电流互感器对目标磁场的灵敏度；

按照光路磁场积分路径的不同，光学电流互感器分为闭合环路磁场积分和离散环路磁场积分两类。闭合环路是指一条闭合的连续有向曲线构成的环路；离散环路是指被断开的、保留了若干相互分离有向线段lk的环路，这其中k＝1,2,…,m；

约定1：环路正方向；对于积分环路l，约定相对环路内任意一点，取逆时针方向为环路的正方向

约定2：P点；P点是置放载流导体的几何点，包括环外P2点和环内P1点；

约定3:P点张角；P点向离散环路l上任意有向线段lk的两个端点张开的角度称为P点张角，P点张角的符号为有向线段lk磁场积分的符号；

设待测电流i1置放于环内P1点，干扰电流i2置放于环外P2点，以下推导光学电流互感器的磁场干扰度数学模型；

根据Biot-Savart定律，关于P1点待测电流i1产生的磁场B沿环路l任意一条有向线段lk的磁场积分为:

则，关于P1点待测电流i1产生的磁场B沿环路l的磁场积分等于沿环路l上m条有向线段的磁场积分之和；

根据安培环路定律，关于P1点待测电流i1产生的磁场B沿闭合回路L的磁场积分为；

从而，可以得到光学电流互感器对待测磁场的灵敏度如下；

同理，根据Biot-Savart定律，关于P2点干扰电流i2产生的磁场B沿环路l任意一条有向线段lk的磁场积分为；

则，关于P2点干扰电流i2产生的磁场B沿环路l的磁场积分等于沿环路l上m条有向线段的磁场积分之和；

根据安培环路定律，关于P2点待测电流i2产生的磁场B沿闭合回路L的磁场积分为；

从而，可以得到光学电流互感器对干扰磁场的灵敏度如下；

结合式(1)、(5)和(9)可以得到磁光互感器磁场干扰度的数学模型如下：

式中，是环外P点的P点张角之和；是环内P点的P点张角之和；

由式(10)可见，光学电流互感器的磁场干扰度由P点张角α和φ决定，与待测电流i1以及干扰电流i2无关。由于P点张角α和φ决定于光学电流互感器的传感光路结构和P点位置，因此，式(10)准确反映了磁场干扰度与光学电流互感器本体结构、安装位置之间的关系，磁场干扰度作为一个独立的物理量来评价光学电流互感器的抗外磁场干扰能力是适合的。