86 / 104
EuroWire –
ноябрь
2007
г.
84
русский
компактным
устройством,
смонтированным
на
опоре,
или
передаваться в другое место по
подземному оптоволоконному кабелю
или
по
имеющемуся
оптическому
кабелю, встроенному в грозозащитный
трос (ОКГТ). В обоих случаях одно
устройство обработки данных может
обрабатывать сигналы, поступающие с
нескольких точек.
2.2 Волоконная брэгговская решетка.
Принцип действия
Волоконные
брэгговские
решетки
основаны на периодическом изменении
показателя преломления оптического
волокна.
Это
достигается
путем
облучения
волокна
интенсивным
излучением
УФ-лазера
[2,3]
.
Свет,
проходящий
по
такому
волокну,
частично
отражается
на
полосах
решетки с чередующимся показателем
преломления, но полное отражение
происходит только в узком диапазоне
волн, в котором наблюдается аддитивная
интерференция (рис. 2).
Максимальная
длина
волны
отраженного света представляет собой
так называемую брэгговскую длину
волны:
λ
B
= 2
⋅
Λ
⋅
n
eff
(1)
где Λ - период решетки, а neff –
эффективный показатель преломления.
Из уравнения (1) следует, что любое
изменение параметров решетки под
воздействием внешних факторов влияет
на λ
B
.
Механические
напряжения
в
волокне
приводят
к
изменению
обоих
параметров
вследствие
эластооптического эффекта, в то время
как изменение величины n
eff
при
изменении температуры обусловлено
термооптическим эффектом.
Пример
изменения длины
волны,
вызванного изменением температуры,
представлен на рис. 3.
Такая
зависимость
используется
для изготовления миниатюрных, но
высоконадежных и точных датчиков
деформации и температуры
[4,5]
.
2.3 Основные компоненты системы
В последующих разделах содержится
подробное
описание
различных
компонентов законченной системы.
2.3.1
Кабельная
перемычка
с
датчиком
Датчик на основе ВБР, используемый
для измерения температуры, состоит
из собственно ВБР, заключенной в
запаянную с обоих концов трубку из
нержавеющей стали диаметром 1,5 мм.
Отходящее
оптоволокно
защищено
обычной пластиковой трубкой. Длина
кожуха из нержавеющей стали зависит
от длины кабельной перемычки и
варьируется от 1,5 м до 3 м.
Для
обеспечения
эффективного
использования датчика он должен
быть помещен в сердцевину кабельной
перемычки, которая обычно бывает
того же типа, что и фазный провод. В
представленной системе использовался
сталеалюминевый фазный провод со
стальным сердечником сечением 39,5
мм
2
и наружным слоем из алюминия
сечением 243,1 мм
2
. По стандарту EN
50182
[6]
он имеет обозначение 243-
AL1/39-ST1A. На рис. 4 представлен
его вид в разрезе вместе с датчиком на
основе ВБР.
Другим возможным способом создания
перемычки с датчиком на основе ВБР
является использование конструкции
ОКФП в стальной трубке. При этом
датчик также может быть установлен
в стальной трубке. В этом случае
конструкция
ОКФП
должна
быть
максимально приближена к конструкции
фазного провода, чтобы избежать
рассогласования между проводом и
перемычкой.
2.3.2 Тензодатчик
В тензодатчике, как уже указывалось,
также
используется
сенсорная
технология на основе ВБР, однако он
подвергся специальной модификации
для выполнения своей главной задачи
– измерения механических напряжений
проводника. Тензодатчик выпускается
в корпусе прямоугольной формы и
крепится к вилкообразной стыковой
накладке (рис. 5).
В нашем случае на выбранной линии
для
крепления
фазного
провода
использовалась конструкция с двумя
параллельными изоляторами. В этой
связи потребовались два датчика.
2.3.3 Разделитель
На обычной линии электропередачи
кабельная
перемычка
используется
для соединения двух концов фазных
проводов на анкерной опоре. Она
находится под таким же высоким
напряжением, как и провода, и проводит
такой же ток. Идея использования
в перемычке датчика вызывает два
вопроса:
• Как отвести оптоволокно от датчика к
участкам с нулевым потенциалом?
• Можно ли обеспечить свободное
прохождение электрического тока,
идущего с места отвода оптоволокна
от датчика?
На оба вопроса есть простой ответ:
путем использования специального
разделителя
–
так
называемого
тройника.
Разделители
обычно
используются для концевой заделки
линий ОКФП с одним кабельным вводом,
подключенным к цепи под напряжением.
Добавив второй ввод напротив первого
ввода разделителя, получаем тройник
(рис. 6).
Тройник делит кабельную перемычку
на две части с двумя концами, что
позволяет
вывести
сенсорный
световод. По желанию во второй
половине перемычки может быть
установлен дополнительный датчик.
Рис.
5.
Тензодатчик
на
основе
ВБР,
прикрепленный к вилкообразной стыковой
накладке
▲
Изменение коэффициента
отражения решетки
Коэффициент
отражения
(дБ)
Длина отраженной волны
(брэгговская длина волны)
Рис. 3.
Сдвиг брэгговской длины волны,
вызванный изменением температуры
▼
Длина волны (нм)
Затухание (дБ)
Рис. 4.
Перемычка из кабеля 243-AL1/39-ST1A
вместе с датчиком на основе ВБР. Вид в разрезе
▲
7 Стальные проволоки
2.68mm Диаметр
26 Алюминиевые
проволоки
3.45mm Диаметр
Датчик на основе ВБР
Рис. 2.
Волоконная
брэгговская решетка.
Принцип действия
▲