专利名称：用于磁光式电流互感器的无组装应力传感头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于磁光式电流互感器的无组装应力传感头，属于电力系统计量测试新技术领域。该发明专利可用于基于法拉第效应实现的，由光学器件组合而成的磁光式电流互感器。同时，它也可用于光电电压互感器及其他由块状光学器件组合形成的装置。
电磁感应式电流互感器的绝缘结构非常复杂、造价也会随电压等级的提高急剧增加。此外，由于电磁感应式电流互感器所固有的磁饱和、铁磁谐振、动态范围小、频带窄以及有油易燃易爆炸等缺点，它已难以满足现代电力系统进一步发展的需要。寻求更理想的新型电流互感器已是势在必行；因此，人们把注意力集中到光学传感技术，用光电子学的方法来发展所谓的光电式电流互感器。在光电式电流互感器中，目前采用最广、使用效果最好的一种类型是磁光式电流互感器。
温度引起的双折射问题是磁光式电流互感器的研究难点和重点，世界上各个课题组都对此进行了不少研究，但是仍然没有彻底解决此问题。解决磁光式电流互感器的温度及双折射影响问题其关键是传感头，它的性能直接影响到磁光式电流互感器的成功与否。对于由磁光玻璃块构成的磁光式电流互感器传感头，由于磁光玻璃传感头的结构比较复杂，目前尚无成熟方法，可以用来消除闭环式块状玻璃磁光式电流互感器中温度引起的双折射影响。
消除温度所引起的双折射影响，比较有效的方法是采用渥拉斯棱镜的双光路输出的方案，利用线性双折射媒介中存在特征方向(线偏振光平行于特征方向通过媒介时仍然保持线偏振)，计算出双折射影响系数，对测量结果加以修正，以消除温度影响。但此方法并没有应用于实际装置中，此方法要求，在确定线性双折射媒介中存在特征方向的基础上，确定双折射影响系数。实际上，由于温度变化引起的双折射媒介的特征方向是不确定的，因而上述方法没有取得实际应用。另外，还可将同一块磁光玻璃切成两半，旋转90°后再组合在一起，这样可降低温度引起的双折射的影响[4]。但此方法对传感头的加工、组装均提出了更高的要求，难以做到实用化。
本发明的目的是提出一种用于磁光式电流互感器的无组装应力传感头，它能降低温度及双折射对闭环式块状玻璃磁光式电流互感器的影响，从而提高磁光式电流互感器的精度和稳定性。
本发明设计的用于磁光式电流互感器的无组装应力传感头，由外壳、玻璃块传感头和通流导体组成。通流导体置于铝合金圆筒内，二者之间隔有绝缘层，铝合金圆筒置于玻璃块传感头中心的圆孔内，二者之间设有隔热材料，玻璃块传感头置于密封外壳内，传感头与外壳之间设有过渡介质，过渡介质通过定位铝合金板和定位缓冲层与外壳相对定位。
本发明设计的用于磁光式电流互感器的无组装应力传感头，通过对传感材料进行均温并降低其跟外界的热交换速度，避免产生过大的温度梯度，从而采用无组装应力传感头的组装方法消除组装引起的应力双折射和温度产生的暂态双折射。因此，用本发明实现的磁光式电流互感器的测量误差不会超出0.5级电流互感器所规定的精确度范围。


图1为无组装应力传感头组装结构示意图。
图2为块状玻璃传感头的几何结构。
图1和图2中，1是玻璃块传感头，2是外壳主体，3是定位铝合金板，4是过渡介质，5是定位铝合金板，6是过渡介质，7是绝缘层，8是通流导体，9是定位弹簧，10是侧面定位螺钉，11是定位缓冲层，12是固定孔，13是传感头光线入射面，14是光纤，15是入射透镜固定架，16是起偏器，17是玻璃传感头底面基准面，18是偏振器固定架，19是检偏器，20是传感头光线出射面，21是筋板，22是柔软的隔热材料，23是铝合金圆筒。
如图1所示，本发明设计的用于磁光式电流互感器的无组装应力传感头，由外壳2、玻璃块传感头1和通流导体8组成。通流导体8置于铝合金圆筒23内，二者之间隔有绝缘层7，铝合金圆筒23置于玻璃块传感头1中心的圆孔内，二者之间设有隔热材料，玻璃块传感头1置于密封外壳2内，传感头与外壳之间设有过渡介质6，过渡介质6通过定位铝合金板5和定位缓冲层与外壳相对定位。
下面结合附图，详细介绍本发明的内容磁光式电流互感器的工作性能主要取决于传感头结构设计及其组装方法。本发明在闭环式磁光式电流互感器玻璃传感头几何相位补偿方法基础上，设计了传感头无组装应力结构。
图1示出了无组装应力传感头组装结构示意图，实际组装传感头时，以传感头的外壳2与传感头输入面13，传感头输出面20，传感头底面17相接的面作为基准面，传感头1、过渡介质4、6和传感头的外壳2三者之间并不粘贴，允许传感头其他部分跟传感头的外壳保持相对活动，以保证它们温度变化时因膨胀大小不同造成的应力为最小，但必须保证传感头的输入面、输出面和底面跟基准面的相对位置恒定不变；起偏器16、检偏器19、输入输出透镜15的固定均以上述基准面作为参考进行粘贴固定，但它们的支座必须采用与传感头外壳相同的材料，不能采用螺钉紧固，以减少基准面受外力引起的形变。
过渡介质ZF6从传感头的四周将块状玻璃传感头密封起来，用适当大小的力对玻璃传感头、过渡介质及铝合金外壳从垂直于基准面的三个方向进行有效定位，对玻璃传感头来说，这些力应该均匀分布，其应力双折射影响要足够小。在这三个方向进行有效定位所需的力由外壳上的特殊设计的定位弹簧9和定位螺钉10产生；为了使定位弹簧9和定位螺钉10产生的力在传感头上均匀分布，特增设了三块定位铝合金板3、5；定位螺钉对定位铝合金板初步定位，并同时对定位弹簧起定位作用；定位铝合金板与定位螺钉之间设有定位缓冲层11，以避免热张冷缩产生的破坏作用。由于上述固定方法，无须粘贴及紧固螺钉的措施，允许传感头其他部分相对于三个基准面进行自由滑动。
图中，在载流导体8与玻璃传感头1之间首先放绝缘层7使导体与其他部件绝缘，然后绝缘层7外套铝合金圆筒23，用以固定导体与外壳，并对导体的发热有一个缓冲作用，最后在铝合金圆筒23外、玻璃传感头1内套一层柔软的隔热材料22用以隔离导体对玻璃传感头的温度影响。其中，筋板21用来加强外壳主体1的强度，固定孔2用来固定传感头。
传感头外壳设计除了上述考虑外，还应注意保持基准面的刚性，以减少因整个传感头自重或以后固定时所受的力而产生的形变。在外壳设计上增加两个筋板21。透镜及偏振器的铝合金支座用环氧树脂直接粘贴到底面基准面17上。
图2为块状玻璃传感头的几何结构图。这种结构一般称为整块几何相位补偿磁光式电流互感器传感头结构，它主要解决的问题是如何使光线绕通流导体一周并能保持其线偏振特性。由于光线在相同媒介中沿直线传播，传感头必须以某种方式使其中的光线传播方向发生改变，常用的方法是用全反射。线偏振光在两种不同界面上发生全反射时，平行与垂直于入射面的二个相互垂直电矢量分量之间要产生相位差，使线偏振光变为椭圆偏振光，从而影响了测量精确度。几何相位补偿法比较巧妙的消除相位差的影响让线偏振光传播方向改变90°角度时，使相互垂直的两分量之间在经过两次全反射后相移的大小相同，而总的相位差恰好抵消为零。
图中考虑到实际加工的复杂程度，采取反射角为45°，此时块状玻璃传感头的几何结构如图2所示，材料为重铅玻璃ZF6或ZF7，选用一级品。四个反射面LPNM、PQKI、NRDE、GHDC及入射面ABCO和反射面IJFO加工要求高，要求达到光洁度12，各反射面的角度要求也很高，误差不大于±0.01°。此传感头对任何偏振方向垂直于入射面入射的线偏振光，经过六次全反射且绕导线一周后，输出光线仍为线偏振光。
权利要求
1.一种用于磁光式电流互感器的无组装应力传感头，其特征在于，该传感头由外壳、玻璃传感头和通流导体组成，所述的通流导体置于铝合金圆筒内，二者之间隔有绝缘层，铝合金圆筒置于玻璃传感头中心的圆孔内，二者之间设有隔热材料，玻璃传感头置于密封外壳内，传感头与外壳之间设有过渡介质，过渡介质通过定位铝合金板和定位缓冲层与外壳相对定位。
全文摘要
本发明涉及一种用于磁光式电流互感器的无组装应力传感头,由外壳、玻璃传感头和通流导体组成。通流导体置于铝合金圆筒内,二者之间隔有绝缘层,铝合金圆筒置于玻璃传感头中心的圆孔内,二者之间设有隔热材料,玻璃传感头置于密封外壳内,传感头与外壳之间设有过渡介质,过渡介质通过定位铝合金板和定位缓冲层与外壳相对定位。本发明能降低温度及双折射对块状玻璃磁光式电流互感器的影响,从而提高磁光式电流互感器的精度和稳定性。
文档编号G01R15/14GK1267833SQ00105939
公开日2000年9月27日 申请日期2000年4月21日 优先权日2000年4月21日
发明者罗承沐, 马仙云, 王廷云 申请人:清华大学