izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2020-2-38-44izmertech-1727Research ArticleОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯOPTICOPHYSICAL MEASUREMENTSМониторинг высоковольтного напряжения с помощью оптоволоконной рециркуляционной измерительной системыHigh-voltage monitoring by the fiber-optic recirculating measuring systemПоляковА. В.PolyakovA. V.

Минск

Alexandre V. Polyakov

Minsk

polyakov@bsu.byКсенофонтовМ. А.KsenofontovM. A.

Минск

Michail A. Ksenofontov

Minsk

lab_dozator@mail.ruБелорусский государственный университетБеларусьBelarusian State UniversityBelarusНаучно-исследовательское учреждение «Институт прикладных физических проблем им. А. Н. Севченко» Белорусского государственного университетаБеларусьResearch Institution “Institute of Applied Physical Problems named after A. N. Sevchenko” of Belarusian State UniversityBelarus202014062023023844Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/1727

Оптические технологии измерения электрических величин в высоковольтной электроэнергетике обладают уникальными свойствами и значительными достоинствами: использование оптических волокон обеспечивает высокую устойчивость измерительного оборудования к электромагнитным помехам и гальваническую развязку высоковольтных датчиков; на передаваемые от оптических датчиков по волоконно-оптическим линиям связи данные не оказывают влияние внешние электромагнитные поля; исключаются проблемы, связанные с контурами заземления, отсутствуют побочные электромагнитные излучения и перекрёстные помехи между каналами. Представлена структура и принцип действия квазираспределённой рециркуляционной оптоволоконной системы мониторинга высоковольтных напряжений. Чувствительный элемент системы – комбинация пьезокерамической трубки с волоконным световодом, в котором происходит обратный поперечный пьезоэффект. Принцип измерения электрического напряжения основан на регистрации изменения частоты рециркуляции под воздействием приложенного напряжения. При расположении измерительных секций в порядке возрастания измеряемых действующих напряжений относительно приёмопередающего блока достигается относительная разрешающая способность 0,30–0,45 % для PZT-5Н и 0,8–1,2 % для PZT-4 в диапазоне напряжений 20–150 кВ.

Optical technologies for measuring electrical quantities attract great attention due to their unique properties and signifi cant advantages over other technologies used in high-voltage electric power industry: the use of optical fibers ensures high stability of measuring equipment to electromagnetic interference and galvanic isolation of high-voltage sensors; external electromagnetic fields do not influence the data transmitted from optical sensors via fiber-optic communication lines; problems associated with ground loops are eliminated, there are no side electromagnetic radiation and crosstalk between the channels. The structure and operation principle of a quasi-distributed fiber-optic high-voltage monitoring system is presented. The sensitive element is a combination of a piezo-ceramic tube with an optical fiber wound around it. The device uses reverse transverse piezoelectric effect. The measurement principle is based on recording the change in the recirculation frequency under the applied voltage influence. When the measuring sections are arranged in ascending order of the measured effective voltages relative to the receiving-transmitting unit, a relative resolution of 0,3–0,45 % is achieved for the PZT-5H and 0,8–1,2 % for the PZT-4 in the voltage range 20–150 kV.

высоковольтное напряжениеволоконно-оптическая измерительная системачастота рециркуляцииобратный поперечный пьезоэффектразрешающая способностьhigh voltagefiber-optic measuring systemrecirculation frequencyreverse transverse piezoelectric effectresolution.ReferencesFeng Pan, Xia Xiao, Yan Xu, and Shiyan Ren, Sensors, 2011, vol. 11, no. 7, рр. 6593–6602. DOI:10.3390/s110706593Feng Pan, Xia Xiao, Yan Xu, and Shiyan Ren, Sensors, 2011, vol. 11, no. 7, рр. 6593–6602. DOI:10.3390/s110706593Kumada A., and Hidaka K., IEEE Trans. Power Delivery, 2013, vol. 28, no. 3, рр. 1306–1313. DOI:10.1109/TPWRD.2013.2250315Kumada A., and Hidaka K., IEEE Trans. Power Delivery, 2013, vol. 28, no. 3, рр. 1306–1313. DOI:10.1109/TPWRD.2013.2250315Han R., Yang Q., Sima W., Zhang Y., and Sun S., Electric Power Systems Research, 2016, vol. 139, рр. 93–100. DOI:10.1016/j.epsr.2015.11.037Han R., Yang Q., Sima W., Zhang Y., and Sun S., Electric Power Systems Research, 2016, vol. 139, рр. 93–100. DOI:10.1016/j.epsr.2015.11.037Soobong Kim, Jaehee Park, and Won-Taek Han, Microwave and Optical Technology Letters, 2009. vol. 51, no. 7, рр. 1689–1691. DOI:10.1002/mop.24434Soobong Kim, Jaehee Park, and Won-Taek Han, Microwave and Optical Technology Letters, 2009. vol. 51, no. 7, рр. 1689–1691. DOI:10.1002/mop.24434Chen X., He S., Li D., Wang K., Fan Y., and Wu S., IEEE Sensors Journal, 2016, vol. 16, no. 2, рр. 349–354. DOI:10.1109/JSEN.2015.2479921Chen X., He S., Li D., Wang K., Fan Y., and Wu S., IEEE Sensors Journal, 2016, vol. 16, no. 2, рр. 349–354. DOI:10.1109/JSEN.2015.2479921Gagliardi G., Marignetti F., Patent EP3055703A1 (17 August 2016).Gagliardi G., Marignetti F., Patent EP3055703A1 (17 August 2016).Qing Yang, Yanxiao He, Shangpeng Sun, Mandan Luo, and Rui Han, Review of Scientifi c Instruments, 2017, vol. 88, no. 10, рр. 500–505. DOI:10.1063/1.4986046Qing Yang, Yanxiao He, Shangpeng Sun, Mandan Luo, and Rui Han, Review of Scientifi c Instruments, 2017, vol. 88, no. 10, рр. 500–505. DOI:10.1063/1.4986046Wang P., Semenova Y., Wu Q., and Farrell G. A., Optics and Laser Technology, 2011, vol. 43, no. 5, рр. 922–924. DOI:10.1016/j.optlastec.2011.01.003Wang P., Semenova Y., Wu Q., and Farrell G. A., Optics, and Laser Technology, 2011, vol. 43, no. 5, рр. 922–924. DOI:10.1016/j.optlastec.2011.01.003Поляков А. В., Чубаров С. И. Стабильность частоты рециркуляции в кольцевых структурах с волоконно-оптической линией задержки // Известия вузов. Приборостроение. 2003. Т. 46. № 5. С. 49–55.Polyakov A. V., Chubarov S. I., Journal of Instrument Engineering, 2003, vol. 46, no. 5, рр. 49–55.Ксенофонтов М. А., Поляков А. В. Стабильность частоты рециркуляции в замкнутых оптоэлектронных системах регенеративного типа // Электроника-инфо. 2010. № 5. С. 76–80.Ksenofontov M. A., Polyakov A. V., Elektronika-info, 2010, no. 5, pp. 76–80 (in Russian).Pacheco M., Mendoza Santoyo F., Mendez A., and Zenteno L. A., Measurement Science and Technology, 1999. vol. 10, no. 9, рр. 777–782. DOI:10.1088/0957-0233/10/9/303Pacheco M., Mendoza Santoyo F., Mendez A., and Zenteno L. A., Measurement Science and Technology, 1999. vol. 10, no. 9, рр. 777–782. DOI:10.1088/0957-0233/10/9/303Fusiek G., Niewczas P., Dziuda L., and McDonald J. R., Optical Engineering, 2005, vol. 44, no. 11, рр. 1–6. DOI:10.1117/1.2124627Fusiek G., Niewczas P., Dziuda L., and McDonald J. R., Optical Engineering, 2005, vol. 44, no. 11, рр. 1–6. DOI:10.1117/1.2124627

The authors declare that there are no conflicts of interest present.