Zastosowanie światłowodów telekomunikacyjnych G.652, G.653 i G.655 w polarymetrycznych czujnikach natężenia prądu

Transkrypt

1 PAK vol. 57, nr 5/ 44 Sławomr Andrzej TORBUS UNWERSYTET TECHNOLOGCZNO PRZYRODNCZY M. J. J. ŚNADECKCH W BYDGOSZCZY, WYDZAŁ TELEKOMUNKACJ ELEKTROTECHNK Al. Prof. S. Kalskego 7, Bydgoszcz Zastosowane śwatłowodów telekomunkacyjnych G.65, G.65 G.655 w polarymetrycznych czujnkach natężena prądu Mgr nż. Sławomr Andrzej TORBUS Asystent na Wydzale Telekomunkacj Elektrotechnk UTP w Bydgoszczy. W pracy naukowej zajmuje sę zastosowanam optoelektronk śwatłowodowej w metrolog elektrycznej, a w szczególnośc zagadnenam modelowana matematycznego nterferometrycznych czujnków natężena prądu śwatłowodowych przekładnków prądowych realzowanych w oparcu o śwatłowody telekomunkacyjne różnych typów. Jest członkem Komtetu Głównego Olmpady Wedzy Elektrycznej Elektroncznej EUROELEKTRA. e-mal: slator@utp.edu.pl Streszczene W artykule pokazano, że preferowane jest stosowane śwatłowodów telekomunkacyjnych standardów G.65, G.65 G.655 do wykonana cewk pomarowej polarymetrycznego czujnka natężena prądu, zamast śwatłowodu welomodowego. Przedstawono wynk symulacj dla cewek o różnej lczbe zwojów różnych wartośc natężena prądu dla śwatłowodów jednomodowych welomodowych. Zaprezentowano równeż analzę dokładnośc pomaru natężena prądu za pomocą czujnka polarymetrycznego, w którym cewka pomarowa wykonana jest ze śwatłowodu telekomunkacyjnego. W oparcu o symulację komputerową określono, że ułożene przewodów ln wysokego napęca kv ne wpływa na dokładność pomaru rozpatrywanym czujnkem natężena prądu. Słowa kluczowe: stała Verdeta, zjawsko magnetooptyczne Faradaya, polarymetryczny czujnk natężena prądu, śwatłowodowy przekładnk prądowy, śwatłowód jednomodowy, śwatłowód welomodowy, lna wysokego napęca. Usng G.65, G.65 and G.655 telecommuncaton optcal fbers for a polarmetrc current sensor Abstract Ths paper descrbes benefts of usng G.65, G.65 and G.655 telecommuncaton optcal fbres for a measurement col of the polarmetrc current sensor. There are gven the smulaton results for cols of dfferent number of turns and made of varous optcal fbres a sngle-mode and mult-mode fbre. There s presented analyss of the accuracy of current measurement by means of the polarmetrc sensor, n whch the measurement col s made of telecommuncaton optcal fbers. Usng the classcal theory of measurement errors, t s shown that polarmetrc current sensors wth the measurement col made of telecommuncaton optcal fber are charactersed by a very hgh accuracy. Based on computer smulatons, t was proved that the kv hgh voltage cable layng does not affect the presented current sensor accuracy. n the presented polarmetrc sensor model t was shown that the dstance from the center of the hgh-voltage power lne cable to the optcal fber should be at least 55 mm n order to prevent the mpact of macrobendngs. Ths feature wll make t possble to use ths sensor n remote measurement systems. Keywords: Verdet constant, mangeto-optcal phenomenon, polarmetrc current sensor, optcal fber current transformer, sngle-mode optcal fber, mult-mode optcal fber, hgh-voltage lne.. Wstęp Obecne obserwuje sę bardzo dynamczny rozwój procesów zachodzących w secach elektroenergetycznych, a manowce pojawane sę różnorodnych źródeł energ elektrycznej, pojawane sę nowych uwarunkowań prawnych. Wszystko to powoduje, że przed wytwórcam energ pojawają sę coraz to wyższe wymagana, poneważ zmane ulega dotychczasowa flozofa zabezpeczeń, gdyż obok zabezpeczana całych obektów pojawa sę koneczność zabezpeczana całych obszarów energetycznych, a co za tym dze poszczególnych ln przesyłowych. Pojawene sę nowej normy EC 685 [] wymusza, że komunkacja w elektroenergetycznej automatyce zabezpeczenowej oraz w systemach sterowana nadzoru stacj będze odbywała sę przy wykorzystanu zgodnych z ną protokołów komunkacyjnych. Aby było to możlwe, równeż przekładnk prądowe muszą być wyposażone w porty pozwalające na komunkację cyfrową z elementam układu EAZ (Elektroenergetycznej Automatyk Zabezpeczenowej) układu SSN (Systemu Sterowana Nadzoru). Koneczne jest węc stwarzana nowatorskch rozwązań układów zabezpeczeń, które będą sę charakteryzowały dużą szybkoścą precyzją dzałana, łatwoścą realzacj oraz możlwoścą rozmeszczena tych układów w poszczególnych segmentach sec elektroenergetycznej, a nawet na poszczególnych lnach. Sprzyja temu rozwój technk śwatłowodowej, a w szczególnośc śwatłowodowych czujnków przetwornków pomarowych. stneje klka rozwązań takch czujnków [, ], które mają różne konstrukcje. W artykule omówono wykorzystane telekomunkacyjnych włóken śwatłowodowych standardów G.65, G.65 G.655 w polarymetrycznych czujnkach pola magnetycznego [, ]. Porównano czujnk z cewką pomarową zrealzowaną w oparcu o śwatłowód telekomunkacyjny jednomodowy z czujnkam, których cewka wykonana jest ze śwatłowodu welomodowego. Scharakteryzowano równeż dokładność pomaru natężena prądu za pomocą rozpatrywanego czujnka.. Fzyczne podstawy dzałana czujnka polarymetrycznego Zasada dzałana czujnka opera sę na analze właścwośc fal śwetlnej, która propaguje przez element wykonawczy śwatłowód ulega zmanom pod wpływem dzałana zewnętrznego pola magnetycznego, którego źródłem jest przewodnk z prądem lna energetyczna. Jeżel rozpatrujemy śwatło pod kątem zjawska polaryzacj, to możemy traktować je jako falę elektromagnetyczną cąg zmennych pól elektrycznych magnetycznych wzajemne sę wytwarzających rozchodzących w przestrzen. Wobec tego można zastosować ops w oparcu o wektor natężena pola elektrycznego E, wektor ndukcj pola magnetycznego B oraz wektor falowy k określający kerunek rozchodzena sę fal. Tutaj: k k, () gdze: długość fal [nm]. Dodatkowo wektory E, B, k są do sebe wzajemne ortogonalne, a zatem fala elektromagnetyczna jest falą poprzeczną, opsaną równanem [4]: E x t E sn t k x,, () gdze: E ampltuda fal, pulsacja (prędkość kątowa), faza początkowa.

2 44 PAK vol. 57, nr 5/ Śwatło może być spolaryzowane lnowo, kołowo lub elptyczne. W naszych rozważanach skupmy sę na polaryzacj lnowej, poneważ taka właśne stosowana będze w proponowanych czujnkach. Polaryzacja lnowa ma mejsce, gdy drgana wektora natężena pola elektrycznego zachodzą tylko w jednej płaszczyźne, która ne zmena w czase swej orentacj w przestrzen. Aby uzyskać lnową polaryzację śwatła stosuje sę: polaryzatory dwójłomne, polaryzatory odbcowe albo polarody (błony polaryzujące). Polaryzacja wprowadzonego do włókna śwatłowodowego elementu czynnego czujnka śwatła ulega zmane pod wpływem ponżej przedstawonych czynnków. Zewnętrznego pola magnetycznego, którego źródłem jest płynący w przewodnku prąd. Cała, które ne są aktywne optyczne, gdy ne dzała na ne zewnętrze pole magnetyczne, stają sę aktywne w momence jego wystąpena następuje skręcene płaszczyzny polaryzacj o pewen kąt, tzn. że występuje w nch zjawsko magnetooptyczne Faradaya (rys. ). Zjawsko można opsać następującym wzorem [5]: n współczynnk załamana w płaszczu śwatłowodu. Wynka stąd strata mocy optycznej, której przyczyną jest makrozgę- ce. W konsekwencj może powodować to spadek mocy propagowanego sygnału śwetlnego, co unemożlw pomar. Krytyczną odległość od os śwatłowodu δr, za którą śwatło ne może sę znaleźć, można wyznaczyć korzystając z rys. b. Wg CCTT (TU T) śwatłowód telekomunkacyjny ne pownen wykazywać zauważalnych strat wynkających z makrozgęć, jeśl R > 7,5 mm. V L B, () gdze: kąt skręcena płaszczyzny polaryzacj [rad], rad V stała Verdeta (współczynnk proporcjonalnośc), T m L droga, na której śwatło oddzaływuje z polem magnetycznym [m], B ndukcja pola magnetycznego T. Występująca we wzorze () stała Verdeta jest welkoścą empryczną. Charakteryzuje materał ośrodka jako współczynnk proporcjonalnośc pomędzy wymuszenem magnetycznym reakcją szkła. Rozpatrując typowe szkła tlenkowe damagnetyk można stwerdzć, że w ch przypadku stała Verdeta jest dodatna newelka [5]. Dodatkowo dla damagnetyków bardzo slne zależy ona od długośc fal śwetnej, a słabo od temperatury [, 5]. Rys.. a) Rozkład modu podstawowego w śwatłowodze zgętym o promenu R, b) Zależność prędkośc śwatła od odległośc od środka krzywzny [7] Fg.. a) Dstrbuton of the fundamental mode n a bent fber of radus R, b) Dependence of the lght speed on the dstance from the curvature center [7] Można określć zależność pomędzy natężenem płynącego w przewodnku prądu, a zmaną kąta polaryzacj dla pojedynczego zwoju śwatłowodu o długośc l R, gdze: R odległość zwoju śwatłowodu od środka przewodnka z prądem (promeń gęca śwatłowodu). W tym celu należy skorzystać z prawa Ampère a w postac całkowej: l R Hdl H l H R, (4) gdze: natężene prądu [A], H natężene pola magnetycznego. A m Rys.. Wpływ zewnętrznego pola magnetycznego na zmanę polaryzacj śwatła [6] Fg.. nfluence of external magnetc feld on change of lght polarzaton [6] Makrozgęć, które mogą powstać, jeżel promeń cewk pomarowej z włókna śwatłowodowego będze zbyt mały. Makrozgęcem nazywamy krzywznę włókna o promenu rzędu klku centymetrów [7] w przypadku śwatłowodów telekomunkacyjnych opsanych w zalecenach TU T G.65, G.65 G.655 [8, 9, ], natomast dla nowej generacj śwatłowodów telekomunkacyjnych opsanych w zalecenu TU T G.657 [] jest krzywzna rzędu klku mlmetrów. Jeżel śwatłowód zgęto promeń krzywzny wynosł R (rys. a) to pole, które było symetryczne na odcnku prostolnowym, przesuwa sę na zewnątrz os śwatłowodu. Energa modu, która porusza sę w płaszczu mus meć prędkość wększą ze względu na koneczność przebyca dłuższej drog. Jeżel jednak ta część energ znajdze sę zbyt daleko od os śwatłowodu, to zostane wypromenowana, gdyż ne może osągnąć prędkośc wększej nż c, gdze: c prędkość rozchodzena sę śwatła w próżn, n Rys.. Fg.. Schemat blokowy śwatłowodowego czujnka polarymetrycznego Block dagram of fbre-optc polarmetrc sensor Dla ośrodka delektrycznego, jakm jest śwatłowód telekomunkacyjny można określć zależność pomędzy ndukcją natężenem pola magnetycznego jako: B H, (5) gdze: 7 V s 4 A m przenkalność magnetyczna próżn. Korzystając ze wzorów (4) (5) otrzymuje sę następującą zależność: B, R (6) Z podstawena wzoru (6) do wzoru () wynka, że dla czujnka, w którym zastosowano śwatłowód o długośc

3 PAK vol. 57, nr 5/ 44 L N l N R, zmanę kąta polaryzacj śwatła można opsać następującą zależnoścą: V N, (7). Technka doboru jednomodowego włókna śwatłowodowego do czujnka polarymetrycznego Fzyczny falowód optyczny (falowód włóknsty, śwatłowód), którego model wykorzystywany do matematycznej analzy transmsj fal śwetlnej, jest złożony z dwóch warstw krzemonk SO, które charakteryzują sę różnym współczynnkam załamana. Wewnętrzna, centralne położona warstwa szkła zwana jest rdzenem pokryta jest ścśle przylegającą warstwą szkła zwaną płaszczem. Rdzeń charakteryzuje sę wyższym współczynnkem załamana n nż warstwa otaczająca płaszcz o współczynnku załamana n, aby na zasadze całkowtego wewnętrznego odbca można realzować w nm transmsję. Do budowy cewek pomarowych polarymetrycznych czujnków natężena prądu wykorzystuje sę włókna śwatłowodowe, które w zależnośc od lczby przenoszonych modów (promen śwetlnych) można podzelć na dwe grupy: śwatłowody włóknste welomodowe: mają znormalzowane średnce rdzena płaszcza: 5/5 μm albo 6,5/5 μm; śwatłowody włóknste jednomodowe: mają znormalzowane średnce rdzena płaszcza, które w zależnośc od klasy śwatłowodu wynoszą odpowedno: 5 μm/5 μm, w typowym standardowym śwatłowodze telekomunkacyjnym średnca rdzena wynos 8 9 μm, jest to śwatłowód standardowy o proflu skokowym typu G.65 [8]. Śwatłowody typu G.65 G.655 mają rdzene o średncach 5 7 μm [9, ]. Model matematyczny doboru włókna śwatłowodowego do polarymetrycznego czujnka natężena prądu jest dentyczny dla włóken jednomodowych welomodowych. W tym mejscu skupam sę jedyne na telekomunkacyjnych śwatłowodach jednomodowych śwatłowodach jednomodowych o wększym stężenu molowym domeszk GeO, poneważ dysponuję współczynnkam konecznym do rozwązana równana Sellmeera, aby określć ch stałą Verdeta. Dane dotyczące włóken śwatłowodowych zameszczone są w lteraturze []. Zostaną one wykorzystane, aby wskazać, że czujnk polarymetryczne uzyskują wększą czułość, jeśl ch cewka pomarowa jest zrealzowana w oparcu o śwatłowód telekomunkacyjny. Jeżel na podstawe pomaru za pomocą polarymetru określmy kąt polaryzacj, to w oparcu o równość (7) możemy określć natężene płynącego prądu:, (8) V N Na oblczoną wartość natężena prądu (8) ma wpływ stała Verdeta V, która jest parametrem charakterystycznym śwatłowodu zastosowanego w czujnku, a opsuje ją równość Becquerela [5]: gdze: e m e V e m e n, (9) c ładunek właścwy elektronu ( C, ), kg długość fal μm, c prędkość śwatła w próżn ( c 8 m ), s n wartość bezwzględna zmany współczyn- nka załamana względem długośc fal μm. We wzorze (9) najbardzej nteresującym z punktu wdzena ty- n pu włókna śwatłowodowego czynnkem jest, poneważ określa zmany współczynnka załamana w rdzenu. Owe zmany można wyznaczyć korzystając z równana Sellmeera []: gdze: n a a b b b a, a a, () b b stałe [μm], które dla konkretnego rodzaju szkła określa sę dośwadczalne. W przypadku domeszkowana GeO procent stężena molowego domeszk powoduje zwększene współczynnka załamana w stosunku do współczynnka załamana czystego szkła, dlatego domeszkuje sę nm rdzeń. Wartośc współczynnków a b występujących we wzorze () dla czystej krzemonk SO oraz dla krzemonk domeszkowanej, w zależnośc od stężena molowego, GeO przedstawono w tab. []. Tab.. Tab.. Współczynnk Współczynnk a b występujące we wzorze () [] ndexes a and b used n formula () [] SO GeO, M%,5 M% a,69666,78554,788876,7684,74 a,47946,4467,468,45487,45885 a, ,897454,895655,89646,7448 b,6844,777,695,6767,647 b,644,485,5454,784,948 b 9,8966 9,8966 9,8966 9,8966 9,45478 Aby wykorzystać współczynnk zameszczone w tablcy należy wyznaczyć w oparcu o równane () pochodną współczynnka załamana n względem długośc fal. W tym celu należy równane () przekształcć do postac: n a b a a. () b b Aby wyznaczyć pochodną wyrażena () względem długośc fal należy przyjąć następujące podstawena, które ułatwą przeprowadzene oblczeń: a a P, a P, P b, () b b Korzystając z defncj pochodnej oraz podstaweń () uzyskamy następującą postać nteresującej nas pochodnej: dn dp dp dp d P P P d d d () We wzorze () pojawają sę pochodne poszczególnych składnków równana Sellmeera (), które mają następującą postać: dp d a b dp, d b a b dp, d b a b,(4) b Podstawając do wzoru () wartośc ze wzorów () (4) uzyskamy wartość nteresującej nas pochodnej, która po zastosowanu uogólnena sumy mnogoścowej przyjmuje postać:

4 444 PAK vol. 57, nr 5/ dn d a b b. (5) a b Po otrzymanu pochodnej współczynnka załamana względem długośc fal (5) można przystąpć do określena jej wartośc dla konkretnej długośc fal, korzystając z danych zameszczonych w tab.. Tab.. Tab.. Wartośc pochodnej współczynnka załamana względem długośc fal Values of the refractve ndex dervatve n relaton to the wavelength 5 6, 5,4 5 4,6,49 5, M%,6,75 5,5 M%,87,,E+,E+ 4,E+ 6,E+ 8,E+,E+,E+,μm N [rad], μm okno,55 μm okno dn przy domeszkowanu krzemu GeO d, M%,5 M%,4,94,48,586,,98,6,8 μm 5 6, 5,4 5 4,6,49 5, M%,6,75 5,5 M%,87,,E+,E+4 4,E+4 6,E+4 8,E+4,E+5 [rad] Korzystając ze wzoru (9) oraz wynków oblczeń zameszczonych w tab. można określć stałą Verdeta w zależnośc od długośc fal oraz stężena molowego domeszk GeO w rdzenu śwatłowodu jednomodowego. Uzyskane wynk oblczeń dla standardowych długośc fal stosowanych do transmsj w jednomodowych śwatłowodach telekomunkacyjnych przedstawono w tablcy. Tab.. Tab.. Wartośc stałej Verdeta w zależnośc od długośc fal oraz stężena molowego domeszk GeO Values of the Verdet constant dependng on the wavelength and the molar concentraton of the GeO dope,55 μm N 5 6, 5,4 5 4,6,49 5, M%,6,75 5,5 M%,87,,E+,E+ 4,E+ 6,E+ 8,E+,E+ [rad], μm okno,55 μm okno rad V przy domeszkowanu krzemu GeO T m, M%,5 M% 4,784 4, 755 4, 49 4, 649 5,4579 5, 447 5, 464 4, 97 Rys. 4. Charakterystyk f,55 μm N w zależnośc od zastosowanego domeszkowana rdzena GeO, długośc fal pomarowej oraz lośc zwojów cewk śwatłowodowej N f dependng on the molar concentraton of GeO dope, the wavelength and number of turns of col N Fg. 4. Characterstcs Dysponując parametram cewk nawnętej ze śwatłowodu jednomodowego (czujnka) lczbą zawojów N, stałą Verdeta śwatłowodu V oraz znając z pomarów kąt polaryzacj można w oparcu o wzór (8) określć natężene prądu płynącego w badanym przewodze ln elektroenergetycznej. Wpływ wspomnanych parametrów czujnka określono w oparcu o symulacje, których wynk przedstawono na wykresach f , 5,4 4,6,49 5, M%,6,75 5,5 M%,87,,E+,E+4 4,E+4 6,E+4 8,E+4,E+5,E+5,μm N [rad] 4. Zastosowane metody różnczk zupełnej do szacowana błędu bezwzględnego pomaru Wartość określanego natężene prądu opsana wzorem (8) jest funkcją trzech zmennych f, V, N. Aby móc skorzystać z metody różnczk zupełnej należy określć pochodne cząstkowe funkcj trzech zmennych opsanej wzorem (8). ch ops matematyczny jest następujący:, (6) V N V N, (7) V N V N. (8) Dysponując pochodnym cząstkowym należy określć założena, które umożlwą prezentację wykorzystana metody różnczk zupełnej do określena dokładnośc pomaru natężena prądu. Przyjęto następujące założena:

5 PAK vol. 57, nr 5/ 445 do pomaru kąta skręcena płaszczyzny polaryzacj śwatła wykorzystano polarymetr mogący określ ów kąt z dokładnośc 4 do, z jednoprocentową nepewnoścą, tj.,75 rad. W analze przyjmuje sę wartość kąta skręcena płaszczyzny polaryzacj śwatła,, tj.,54 rad; pomar będze wykonywane w tzw. okne transmsyjnym (, μm) oraz w tzw. okne transmsyjnym (, 55 μm) dla śwatłowodów telekomunkacyjnych; śwatłowód ma domeszkowany rdzeń GeO o jednym spośród czterech stężeń molowych:, M%,,,,5 M%, rad a stała Verdeta jest określana z dokładnoścą, dla T m każdej domeszk tablca ; cewk śwatłowodowe mają z góry ustaloną lczbę zwojów, która może wynosć:,, albo. Zgone z powyższym założenam, korzystając ze wzoru (8), drogą symulacj uzyskano wynk, które zostały zaprezentowane w []. Korzystając z metody różnczk zupełnej można określć błąd bezwzględny z jakm wynk są oblczone. Analzując wzory (6), (7) (8) można zauważyć, że pochodna cząstkowa zależy jedyne od stałej Verdeta lczby zwojów, natomast pochodne cząstkowe oraz zależą od stałej Verdeta, lczby V N zwojów oraz kąta polaryzacj. Zgodne z defncją metody różnczk zupełnej [4] można określć błąd bezwzględny pomaru natężena prądu za pomocą czujnka polarymetrycznego, w którym cewka pomarowa została wykonana ze śwatłowodu telekomunkacyjnego różnych standardów TU T G.65 [8] koncentracja domeszk około, M% GeO, G.65 [9] G.655 [] koncentracja domeszk około GeO oraz o wyższych koncentracjach domeszk GeO (,5 M%). Wspomnany wcześnej błąd bezwzględny będze opsany następującą równoścą [4]: V N [A], (9) V N gdze: dokładność pomaru kąta zakrzywena płaszczyzny 4 polaryzacj za pomocą polarymetru (,75 rad), V do- rad kładność wyznaczena stałej Verdeta (, jednopromlowa nepewność), N dokładność określena lczby T m zwojów cewk śwatłowodowej czujnka (dokładność do zwoja). Stosując wzór (9) podstawając odpowedne dane drogą symulacj uzyskano rezultaty zameszczone w []. Wykorzystując wynk oblczeń zameszczone w [] można przejść do określena wpływu zmennych funkcj natężena prądu f, V, N na błąd bezwzględny pomaru. Uzyskane wynk przedstawono w postac tabelarycznej tab.. Tab.. Stosunek błędu bezwzględnego natężena prądu do wartośc natężena prądu dla, μm ( okno transmsyjne), 55 μm ( okno transmsyjne) [] Tab.. Rato of the current absolute error to the current value for, μm ( transmsson wndow) and, 55 μm ( transmsson wndow) [] stężene molowe domeszk GeO procentowy stosunek błędu bezwzględnego natężena prądu do wartośc natężena prądu w zależnośc od stężena molowego GeO oraz lczby zwojów N % N % N % N %, M%,4%,4%,4%,4%,4%,4%,4%,4%,4%,4%,4%,4%,5 M%,4%,4%,4%,4% 5. Wnosk Podsumowując można określć następujące wnosk dotyczące zastosowana jednomodowych śwatłowodów telekomunkacyjnych do realzacj cewk pomarowej polarymetrycznego czujnka natężena prądu: w konstrukcj czujnka należy zadbać o to, aby wyelmnowane były makrozgęca, które mogą znacząco ogranczać pomary. Należy zatem przy budowe cewk pomarowej czujnka stosować wspomnane wcześnej zalecena dotyczące śwatłowodów telekomunkacyjnych. Można przyjmować długość jednego zwoju równą,6 cm dla śwatłowodów G.65, G.65 G.655 oraz 7,5 cm dla śwatłowodu G.657, dzęk temu będze wyelmnowany wpływ makrozgęć; jeżel przez czułość czujnka rozumemy jego zdolność do detekcj możlwe małych prądów przy ustalonych parametrach czujnka (lczbe zwojów, długośc fal bądź kące polaryzacj), to okazuje sę, że domeszkowane o małym stężenu molowym GeO ne wpływa na poprawę czułośc, wdać to na powyższych charakterystykach, które dla, M% śwatłowód G65, śwatłowód G.65 oraz śwatłowód G.655 pokrywają sę, jednak przy domeszkowanu,5 M% śwatłowód jednomodowy o bardzej złożonym proflu współczynnka załamana w rdzenu, czułość zmnejsza sę, przy zadanej długośc fal pomarowej oraz lczbe zwojów. Oznacza to, że domeszkowane o stężenu molowym,5 M% pownno być stosowane jeżel merzone są wększe prądy; wybór długośc fal pomarowej ma znaczący wpływ na czułość, poneważ przy zadanym domeszkowanu GeO oraz określonej lczbe zwojów wraz ze wzrostem długośc fal czułość rośne. Oznacza to, że dłuższa fala pomarowa ( okno) może być stosowana do pomaru mnejszych prądów za pomocą konkretnego modelu czujnka. W tym przypadku do pomaru wększych prądów zaleca sę stosować fale o długośc z zakresu okna transmsyjnego lub krótsze, lecz ne mnejszych od długośc fal odcęca; lczba zwojów tworzących cewkę wpływa na czułość. Proporcjonalne do lczby zwojów (8) rośne czułość czujnka, przy zadanym stężenu molowym GeO oraz długośc fal pomarowej. Oznacza to, że do pomaru prądów małych pownny być stosowane czujnk o bardzo dużej lczbe zwojów; jeżel zrealzujemy cewkę pomarową za pomocą śwatłowodu 6 rad welomodowego MMF o stałej Verdeta V = 4,6 = A rad,664, a pomarowa fala śwetlna będze mała długość T m,6μm, to okaże sę, ze dla tej samej długośc fal, ale z wykorzystanem śwatłowodów telekomunkacyjnych SMF uzyskamy wększą czułość, co przedstawono na rys. 5; stosunek % ne zależy od długośc fal oraz od stężena molowego domeszk GeO, poneważ dla różnych stężeń molowych domeszk rdzena śwatłowodu oraz różnych długośc fal pomarowej, a tej samej lczby zwojów wspomnany wcześnej stosunek jest stały; wraz ze wzrostem lczby zwojów cewk śwatłowodowej stosunek % maleje, oznacza to, że rośne dokładność pomaru; błąd bezwzględny pomaru długośc fal, przy tej samej lczbe zwojów cewk śwatłowodowej oraz przy tym samym stężenu molowym domeszk GeO ; dla stężeń molowych domeszk GeO rzędu, M%,,, przy tej samej lczbe zwojów cewk śwatłowodowej, błąd bezwzględny pomaru przyjmuje zblżone wartośc, jednak dla stężena molowego,5 M% zwększenu ulega błąd bezwzględny pomaru. Śwadczy to o tym, że standardowe śwatłowody telekomunkacyjne G.65 [8], G.65 [9] G.655 [] dobrze mogą wypełnać rolę elementu aktywnego w czujnku polarymetrycznego; zmnejsza sę wraz ze wzrostem

6 446 PAK vol. 57, nr 5/ wraz ze wzrostem długośc fal pomarowej, przy tej samej wartośc stężena molowego domeszk GeO oraz lczbe zwojów cewk obserwujemy zmnejszene sę błędu bezwzględnego pomaru; SMF 6, 5,4 4,6,49,6,75 [rad] 5 MMF,87,,E+,E+4 4,E+4 6,E+4 8,E+4,E+5,E+5 Lna w stane normalnej pracy prąd znamonowy 8 A,6 μm N SMF MMF 6, 5,4 4,6,49,6,75,87 [rad],,e+,e+ 4,E+ 6,E+ 8,E+,E+,E+,6 μm N Rys. 5. Charakterystyk porównawcze f w zależnośc od zastosowanego typu włókna śwatłowodowego oraz zmennej lośc zwojów cewk śwatłowodowej N Fg. 5. Characterstcs f dependng on optcal fbre used and the number of turns of col N Warto zaznaczyć, że rozmeszczene na słupe przewodów ln wysokego napęca ne wpływa na dokładność pomaru, przedstawają to wynk symulacj przeprowadzone w środowsku EMRC NSA, które wykorzystuje metodę elementów skończonych (rys. 6). Dodatkowo za pomocą czujnka, w którym cewka pomarowa wykonana jest z jednomodowego śwatłowodu telekomunkacyjnego, można merzyć prądy stałe przemenne. Na rynku amerykańskm wodącą frmą produkującą śwatłowodowe przekładnk prądowe jest NXT Phase, która proponuje czujnk NXCT scharakteryzowany w []. Za jego pomocą można merzyć prądy z zakresu od ma (5 zwojów) do 4 ka ( zwój). Zaproponowane w artykule rozwązane przy uwzględnenu czułośc dostępnych na rynku polarymetrów, które mogą wykryć mnmalną zmanę kąta polaryzacj wynoszącą, o, pozwala merzyć prądy z zakresu od ma (5 zwojów) do 4 ka ( zwój) dla okna transmsyjnego oraz prądy z zakresu od 7 ma (5 zwojów) do 96 ka ( zwój) dla okna transmsyjnego. Kształt słupa ln elektroenergetycznej wysokego napęca kv [5] Rys. 6. Fg. 6. Lna w stane zwarca prąd znamonowy ka Wynk symulacj rozkładu modułu ndukcj magnetycznej wokół pojedynczego przewodu ln elektroenergetycznej wysokego napęca kv Smulaton results of the magnetc nducton module dstrbuton around a kv hgh voltage power lne sngle conductor 6. Lteratura [] Lzer M., Szwecer W., Wróblewska S.: Elektronczne przekładnk pomarowe założena normy przegląd rozwązań techncznych. Automatyka elektroenergetyczna nr /. [] Kaczmarek Z.: Śwatłowodowe czujnk przetwornk pomarowe. Agenda Wydawncza PAK, Warszawa 6. [] Oplsk A.: Czujnk śwatłowodowe. Krajowa Szkoła Optoelektronk, Uneśce 987. [4] Shurclff W., Bllard S.: Śwatło spolaryzowane. PWN, Warszawa 968. [5] Romanuk R.: Szkło nelnowe dla fotonk. Część 5. Szkła Verdeta Faradaya. Elektronka nr /8. [6] [7] Ratuszek M.: Analza pomarów reflektometrycznych sec śwatłowodowych dla poszerzonego zakresu długośc fal pomarowych λ =, 4, 45, 55, 65 nm. KST Bydgoszcz. [8] Zalecene TU T G.65: Characterstcs of a sngle mode optcal fbre and cable. /. [9] Zalecene TU T G.65: Characterstcs of a dsperson shfted sngle mode optcal fbre and cable. /. [] Zalecene TU T G.655: Characterstcs of a non zero dsperson shfted sngle mode optcal fbre and cable. /. [] Zalecene TU T G.657: Characterstcs of a non zero dsperson shfted sngle mode optcal fbre and cable. /. [] Majewsk A.: Teora projektowane śwatłowodów. WNT, Warszawa 99. [] Torbus S. A., Ratuszek M.: Analza dokładnośc pomaru natężena prądu za pomocą czujnka nterferometrycznego. Przegląd Elektrotechnczny, Grudzeń. [4] Chwaleba A., Ponńsk M., Sedleck A.: Metrologa elektryczna. WNT, Warszawa. [5] Materały frmy EUROPOLES Słupy energetyczne. otrzymano / receved: 4.. przyjęto do druku / accepted: 4.4. artykuł recenzowany