Uniwersytet Technologiczno Przyrodniczy, Wydzia Telekomunikacji i Elektrotechniki (1)

Transkrypt

1 Swomr Andrzej TORBUS, Mrek RATUSZEK Unwersytet Technologczno Przyrodnczy, Wydz Telekomunkcj Elektrotechnk () Zstosowne jednomodowych wtowodów telekomunkcyjnych odpornych n zgnne G.657do relzcj cewk pomrowej polrymetrycznego czujnk nten prdu Streszczene. W prcy krótko schrkteryzowno odporne n zgnne jednomodowe wtowody telekomunkcyjne typu G.657. Zprezentowno technk wyznczn wrtoc wspóczynnków równn Sellmeer, n podstwe którego mon wyznczy wrto stej Verdet wtowodu wykorzystywnego do udowy cewk pomrowej polrymetrycznego czujnk nten prdu. Sformuowno ogólne wnosk dotyczce wcwoc metrologcznych polrymetrycznych czujnków nten prdu w przewodch fzowych ln elektroenergetycznych ln wysokego npc, w których cewk pomrow zost wykonn z jednomodowego wtowodu telekomunkcyjnego G.657. Wskzno zlety tego rozwzn w porównnu do stosownych w czujnkch stndrdowych jednomodowych wtowodów telekomunkcyjnych G.65. Astrct. Ths rtcle refly chrcterzes fer endng loss nsenstve sngle mode telecommuncton fer G.657. Presented technque of determnng the coeffcents of Sellmeer equton, y whch t cn e determne the vlue of the Verdet constnt of optcl fer, whch cn e used to crry out the mesurng col of polrmetrc current sensor. Hve een formulted the generl conclusons concernng the metrologcl chrcterstcs of polrmetrc current sensor whch mesure current n wres of hogh-voltge power lnes nd n whch the mesurng col ws mde of sngle mode telecommuncton fer G.657. Ponted out the dvntges of ths soluton compred to the stndrd sngle mode telecommuncton fer G.65. (The use of endng loss nsenstve sngle mode optcl fer G.657 to the mplementton of the mesurng col of the polrmetrc current sensor) Sow kluczowe: jednomodowy wtowód telekomunkcyjny, polrymetryczny czujnk nten prdu, efekt Frdy Keywords: sngle mode telecommuncton fer, polrmetrc current sensor, Frdy effect Wstp W prcch [,,] wykzno, e stndrdowe wókn telekomunkcyjne G.65 [] mog y stosowne w wtowodowych czujnkch polrymetrycznych wykorzystujcych efekt Frdy do ezdotykowego pomru prdu. Ogólny schemt tkego czujnk przedstwono n Rys.. Rys.. Schemt lokowy polrymetrycznego czujnk nten prdu z cewk pomrow wykonn z jednomodowego wtowodu telekomunkcyjnego W typowym ukdze pomrowym czujnk Rys. wtowód jest ownty N rzy wokó przewodu z prdem o ntenu I. W prcy [] pomnto jednk prolem strt (tumen), które wystpuj we wóknch poddnych gcu. Ntomst w prcch [,] wykzno, e prome gc stndrdowego wtowodu G.65 R pownen y wkszy od 55 mm. Zgcem lo mkrozgcem (ng. mcroendng) nzyw s krzywzn wókn o promenu od klku mlmetrów do klku centymetrów. Strty przez ne spowodowne mog osg, dl stndrdowych wóken G.65, nwet wrto klkudzescu decyel. Ztem, y unkn wzrostu tumen, stndrdowe wókn jednomodowe G.65 [] wymgj zchown mnmlnego promen gc wkszego od 55 mm, gdy prowdzene wt we wókne jest prowdzenem sym, zpewnonym przez newelk rónc wspóczynnków zmn rdzen pszcz: ok.,% []. W polrymetrycznych, wtowodowych czujnkch nten prdu prome gc wókn moe y jednk mnejszy od wymenonego wyej. Celem prcy yo okrelene molwoc zstosow odpornych n zgnne wtowodów telekomunkcyjnych G.657 w wtowodowych, polrymetrycznych czujnkch nten prdu wykorzystujcych efekt Frdy. Chrkterystyk wtowodów G.657 Zmnejszne strt mkrozgcowych w jednomodowych wtowodch telekomunkcyjnych, w porównnu do stndrdowego wtowodu G.65 [] o skokowym proflu wspóczynnk zmn, relzowno w klku etpch Rys.. Wókn przedstwone n Rys.. ) s zgodne trnsmsyjne montowo ze stndrdowym wóknm jednomodowym opsnym zlecenem G.65 [], ch prmetry opsno w zlecenu [5,6]. wtowody ) c) Rys.. s wóknm o zwykej ltej udowe. W oszrch depresyjnych s one slne domeszkowne fluorem [7]. Wókno z depresyjnym nnopercenem przedstwone n Rys.. d) jest njnowszym wtowodem dedykownym do prcy w ukdch z mym promenm gc. Mkrozgcowe prmetry wtowodów ), c) d) Rys.. opsno w zlecenu [5,6] ne wymg s y yy one trnsmsyjne montowo zgodne z G.65. Rys.. Profle wspóczynnków zmn: ) zwkszene zmnejszene promen rdzen zmnejszene pol modu, ) depresyjny pszcz, c) pszcz z depresyjnym percenem wokó rdzen, d) pszcz z depresyjnym nnopercenem wokó rdzen PRZEGLD ELEKTROTECHNICZNY (Electrcl Revew), ISSN -97, R. 88 NR / 99

2 Nley podkrel, e w lstopdze 9 roku opulkowno wersj drug zlecen G.657 [6], w której ne zmenono struktury zkresu wymrów pól modowych wóken A B ntomst wprowdzono suktegore,, Tel. Tel. Prmetry zgcowe wóken wg G.657 [6,8] Prmetry x y rednc pol modu MFD dl nm [m] PMD, Dyspersj chromtyczn (nomnln). (tolerncj) (nomnln). (tolerncj) Tke jk dl G.65D Pozostj do decyzj Prmetry Prome gc [mm] Lcz zwojów Mx. tumene Mx. tumene Prmetry Prome gc [mm] Lcz zwojów Mx. tumene 55 Mx. tumene Olczen prmetrów wóken G.657 nezdnych do okrelen molwoc ch zstosow w polrymetrycznych czujnkch nten prdu Flowód wóknsty o przekroju koowym, którego model wykorzystywny do mtemtycznej nlzy trnsmsj fl wetlnej, jest zoony z dwóch wspócentrycznych wrstw krzemonk SO, które chrkteryzuj s rónym wspóczynnkm zmn. Wewntrzn, centrlne poo- on wrstw szk zwn jest rdzenem pokryt jest cle przylegjc wrstw szk zwn pszczem. Rdze chrkteryzuje s wyszym wspóczynnkem zmn n n wrstw otczjc pszcz o wspóczynnku zmn n, y n zsdze ckowtego wewntrznego odc mon relzow w nm trnsmsj. wtowody wóknste jednomodowe, które mon wykorzystyw do udowy cewek pomrowych czujnków polrymetrycznych mj znormlzowne rednce rdzen pszcz. W zlenoc od klsy wtowodu wynosz one odpowedno: 5 m/5 m, w typowym stndrdowym wtowodze telekomunkcyjnym rednc rdzen wynos 8 9 m, jest to wtowód stndrdowy o proflu skokowym typu G.65 []. Jedn z metod uzyskwn wkszego wspóczynnk zmn w rdzenu wtowodu jest domeszkowne go GeO, ponew procent sten molowego domeszk powoduje zwkszene wspóczynnk zmn w stosunku do wspóczynnk zmn czystego szk. W celu okrelen domeszkown rdzen wtowodu G.657 GeO, dysponujc dnym telrycznym zmeszczonym w prcy [] wyznczono welomny nterpolcyjne Lgrnge [8] czwrtego stopn okreljce wspóczynnk zmn rdzen n w zlenoc od sten molowego domeszk rdzenowej GeO : dl tzw. II okn trnsmsyjnego (, m): () n 5,87, ,86,788 6,68 gdze: x stene molowe domeszk GeO w rdzenu wtowodu [M%]; dl tzw. III okn trnsmsyjnego (,55 m): 8 6 n 9,767,986 () 5,88,7,5 gdze: x stene molowe domeszk GeO w rdzenu wtowodu [M%]. W rto w sp ó cz yn nk z m n n,9,8,7,6,5,,,, 6, 8,,,, 6, 8,, Koncentrcj domeszk GeO w rdzenu wtowodu [M%] n w II okne n w III okne Rys.. Wrto wspóczynnk zmn w rdzenu wtowodu w zlenoc od koncentrcj domeszk GeO dl tzw. II okn trnsmsyjnego (, m) III okn trnsmsyjnego (,55 m) Nstpne dysponujc wrtocm ktlogowym wspóczynnk zmn w rdzenu wtowodu G.657 w III okne trnsmsyjnym, zmeszczonym w prcy [] stosujc regu fls [9] wyznczono perwstk welomnu (), które okrelj stene molowe domeszk GeO w rdzenu odpowednego rodzju wtowodu G.657. Uzyskne wynk zosty zmeszczone w Tel. Tel. Stene molowe domeszk GeO w rdzenu jednomodowego wtowodu telekomunkcyjnego G.657 dl II III okn trnsmsyjnego Stene molowe Typ wtowodu G.657 domeszk GeO w rdzenu [M%],6 (GeO SO orz SO ) (GeO SO orz F SO SO ) (GeO SO orz SO, F SO ) (GeO SO orz SO nnoperce) Podstwjc uzyskne wrtoc sten molowego domeszk GeO (Tlc ) do welomnu () mon uzysk wrtoc wspóczynnk zmn w rdzenu wtowodu G.657 dl II okn trnsmsyjnego. Olczone wrtoc zwrte s w Tel. Tel. Wspóczynnk zmn w rdzenu wtowodu telekomunkcyjnego G.657 dl II okn trnsmsyjnego Wspóczynnk zmn Typ wtowodu G.657 w rdzenu wtowodu G.657 n,5 (GeO SO orz SO ) (GeO SO orz F SO SO ) (GeO SO orz SO,5 F SO ) (GeO SO orz SO nnoperce) Wcwoc czujnk polrymetrycznego z cewk pomrow wykonn z jednomodowych wtowodów telekomunkcyjnych G.657 Projektujc czujnk polrymetryczny nley dysponow st Verdet wtowodu, z którego m y wykonn cewk pomrow. Sposó wyznczn stej Verdet dl PRZEGLD ELEKTROTECHNICZNY (Electrcl Revew), ISSN -97, R. 88 NR /

3 jednomodowych wtowodów telekomunkcyjnych rónych stndrdów zost przedstwony w prcy []. Podstw jej okrelen jest posdne wspóczynnków, które jedyne dl czterech wrntów sten molowego domeszk GeO (,5 M%, 5,8 M%, 7,9 M% orz,5 M%) zwrto w pozycj []. W celu wyznczen neznnych wspóczynnków równn Sellmeer [] opsujcego wspóczynnk zmn w rdzenu wtowodu: () n gdze: st, ste m, dugo fl m, dokonno nterpolcj welomnem czwrtego stopn Lgrnge [9] wyej wymenonych wspóczynnków n podstwe dnych zwrtych w pozycj []: welomn nterpolcyjny czwrtego stopn dl wspóczynnk w równnu Sellmeer () m post: (),597,5 6,787, 5 6,967 gdze: x stene molowe domeszk GeO w rdzenu wtowodu [M%]; welomn nterpolcyjny czwrtego stopn dl wspóczynnk w równnu Sellmeer () m post: (5),56,65 6,8,7857 5,79 gdze: x stene molowe domeszk GeO w rdzenu wtowodu [M%]; welomn nterpolcyjny czwrtego stopn dl wspóczynnk w równnu Sellmeer () m post: (6),67,76 5 6,95 6,58 8,975 gdze: x stene molowe domeszk GeO w rdzenu wtowodu [M%]; W rto w sp ó cz yn nk,,5,, 6, 8,,, 6, 8, -,5 -, -,5 Koncentrcj domeszk GeO w rdzenu wtowodu [M%] Rys.. Wrto wspóczynnk w równnu Sellmeer w zlenoc od koncentrcj domeszk GeO w rdzenu wtowodu welomn nterpolcyjny czwrtego stopn dl wspóczynnk w równnu Sellmeer () m post: (7),5755 5,5 5,7 6,855 6,8 gdze: x stene molowe domeszk GeO w rdzenu wtowodu [M%]; welomn nterpolcyjny czwrtego stopn dl wspóczynnk w równnu Sellmeer () m post: (8),886,97 5 9,95 5,896,6 gdze: x stene molowe domeszk GeO w rdzenu wtowodu [M%]; welomn nterpolcyjny czwrtego stopn dl wspóczynnk w równnu Sellmeer () m post: (9) 7,77 6,866 5,,6 9,896 gdze: x stene molowe domeszk GeO w rdzenu wtowodu [M%]. W rto w sp ó cz yn n k [ m ] 9, 7, 5,,, -,,, 6, 8,,, 6, 8, Koncentrcj domeszk GeO w rdzenu wtowodu [M%] Rys. 5. Wrto wspóczynnk w równnu Sellmeer w zlenoc od koncentrcj domeszk GeO w rdzenu wtowodu Nstpne dokonno podstwen zpsnych w Tel wrtoc sten molowego domeszk GeO do welomnów opsujcych wspóczynnk, y wyznczy ch wrto. Uzyskne wynk zpsno w Tel. Tel. Wspóczynnk w równnu Sellmeer w zlenoc od typu dugoc fl pomrowej Wspóczynnk w równnu Typ wtowodu G.657 Sellmeer, [m] (GeO SO orz SO ) (GeO SO orz F SO SO ) (GeO SO orz SO F SO ) (GeO SO orz SO nnoperce) =,795 =,57756 =,89655 =,76 =,6557 = 9,8987 =,766 = =, =,799 =,886 = 9,89689 Tel 5. St Verdet jednomodowych wtowodów telekomunkcyjnych G.657 w zlenoc od dugoc fl pomrowej St Verdet V Typ wtowodu G.657 (GeO SO orz SO ) (GeO SO orz F SO SO ) (GeO SO orz SO F SO ) (GeO SO orz SO nnoperce) II okno trnsmsyjne rd T m III okno trnsmsyjne,76 5,98,8 5,597 PRZEGLD ELEKTROTECHNICZNY (Electrcl Revew), ISSN -97, R. 88 NR /

4 Postpujc zgodne z lgorytmem wyznczn stej Verdet zmeszczonym w prcy [] w oprcu o dne zmeszczone w Tel wyznczono st Verdet jednomodowych wtowodów telekomunkcyjnych G.657 w zlenoc od dugoc fl pomrowej (okn trnsmsyjnego). Uzyskne wynk zmeszczono w Tel 5. Jeel n podstwe pomru, z pomoc polrymetru, okrelmy kt polryzcj wt propgownego w cewce pomrowej, to ntene prdu pyncego w przewodnku opsne jest wzorem: () I V N gdze: kt skrcen pszczyzny polryzcj [rd], 7 V s A m przenklno mgnetyczn rd prón, V st Verdet,, N lcz zwojów T m wtowodowej cewk pomrowej ,E+,E+5,E+5 6,E+5 8,E+5,E+6,E+6 Rys. 6. Chrkterystyk f I w zlenoc od zstosownego rodzju wtowodu G.657, dugoc fl pomrowej, m orz loc zwojów cewk wtowodowej N ,E+,E+5,E+5 6,E+5 8,E+5,E+6,E+6 Rys. 7. Chrkterystyk f I w zlenoc od zstosownego rodzju wtowodu G.657, dugoc fl pomrowej, 55 m orz loc zwojów cewk wtowodowej N ,E+,E+,E+ 6,E+ 8,E+,E+,E+ Rys. 8. Chrkterystyk f I w zlenoc od zstosownego rodzju wtowodu G.657, dugoc fl pomrowej, m orz loc zwojów cewk wtowodowej N 6, 5,,6,9,6,75,87 6, 5,,6,9,6,75,87 6, 5,,6,9,6,75,87 [rd] [rd] [rd] ,E+,E+,E+ 6,E+ 8,E+,E+,E+ Rys. 9. Chrkterystyk f I w zlenoc od zstosownego rodzju wtowodu G.657, dugoc fl pomrowej, 55 m orz loc zwojów cewk wtowodowej N Dysponujc prmetrm cewk nwntej ze wtowodu jednomodowego (czujnk) lcz zwojów N, st Verdet wtowodu V orz znjc z pomrów kt polryzcj mon w oprcu o wzór () okrel ntene prdu pyncego w dnym przewodze ln elektroenergetycznej. Wpyw wspomnnych prmetrów czujnk okrelono w oprcu o symulcje, wynk przedstwono n wykresch f I. Wnosk Anlzujc wynk symulcj komputerowej zmeszczone n Rys. 6 9 mon sformuow wnosk dotyczce czuoc polrymetrycznych czujnków nten prdu, w których cewk pomrow wykonn jest z jednomodowych wtowodów telekomunkcyjnych G.657: jeel przez czuo czujnk rozumemy jego zdolno do detekcj molwe mych prdów przy ustlonych prmetrch czujnk (lcze zwojów, dugoc fl d kce zkrzywen polryzcj), to okzuje s, e zrówno wtowody jk chrkteryzuj s t sm czuoc; wyór dugoc fl pomrowej m znczcy wpyw n czuo, ponew przy zdnym type wtowodu G.657 (domeszkownu GeO ) orz okrelonej lcze zwojów wrz ze wzrostem dugoc fl czuo rone. Ozncz to, e dusz fl pomrow (tzw. III okno trnsmsyjne) moe y stosown do pomru mnejszych prdów z pomoc konkretnego modelu czujnk. W tym przypdku do pomru wkszych prdów zlec s stosow fle o dugoc z zkresu tzw. II okn trnsmsyjnego lu krótsze, lecz ne mnejszych od dugoc fl odcc; lcz zwojów tworzcych cewk wpyw n czuo. Proporcjonlne do lczy zwojów () rone czuo czujnk, przy zdnym type wókn G.657 (stenu molowym GeO ) orz dugoc fl pomrowej. Ozncz to, e do pomru prdów mych pownny y stosowne czujnk o rdzo duej lcze zwojów. Dodtkowo wrto zznczy, e z pomoc zproponownego czujnk mon merzy prdy ste przemenne. N rynku merykskm wodc frm produkujc wtowodowe przekdnk prdowe jest NXT Phse, któr proponuje czujnk NXCT schrkteryzowny w []. Z jego pomoc mon merzy prdy z zkresu od ma (5 zwojów) do ka ( zwój). Zproponowne w rtykule rozwzne oprte o jednomodowe wtowody telekomunkcyjne G.657 przy uwzgldnenu czuoc dostpnych n rynku polrymetrów, które mog wykry mnmln zmn kt polryzcj wynoszc, o, pozwl merzy prdy z zkresu od ma (5 zwojów) do ka ( zwój) dl II okn trnsmsyjnego orz prdy z zkresu od 7 ma (5 zwojów) do 96 ka ( zwój) dl III okn trnsmsyjnego. 6, 5,,6,9,6,75,87 [rd] PRZEGLD ELEKTROTECHNICZNY (Electrcl Revew), ISSN -97, R. 88 NR /

5 W prcy wykzno, e jednomodowe wtowody telekomunkcyjne G.657 chrkteryzuj s zlonym (ne gorszym), do stndrdowych wóken telekomunkcyjnych G.65, wcwocm metrologcznym w zstosownch do polrymetrycznych czujnków nten prdu przy jednoczesnej molwoc nwjn wókn n przewód fzowy z mnmlnym promenem gc R = 5mm. Z w wtowodch G.65 ten prome wynos R = 55 mm. Jest to newtplw zlet konstrukcyjn proponownego rozwzn. LITERATURA [] Torus S. A., Rtuszek M., The selecton method of the sngle mode telecommuncton fer to the nterferometrc current sensor dependng on the destnton res, Photoncs Applctons n Astronomy, Communctons, Industry, nd Hgh-Energy Physcs Experments, Wlg ( My ), Proc. of SPIE, X, Vol. 775, [] Torus S. A., Usng G.65 telecommuncton sngle-mode optcl fre for mesurement col of the nterferometrc current sensor, Zeszyty nukowe nr 57 Elektrotechnk 5, Unwersytet Technologczno Przyrodnczy m. Jn Jdrzej ndeckch w Bydgoszczy () [] Torus S. A., Zstosowne wtowodów telekomunkcyjnych G.65, G.65 G.655 w polrymetrycznych czujnkch nten prdu, PAK, nr 5 () [] Zlecene ITU T G.65, Chrcterstcs of sngle mode optcl fre nd cle, () [5] ITU-T Rec. G.657, Chrcterstcs of endng loss nsenstve sngle mode optcl fre nd the cle for the ccess network, (6) [6] ITU-T Rec. G.657, Chrcterstcs of endng loss nsenstve sngle mode optcl fre nd the cle for the ccess network, (9) [7] K. Borzyck, wtowodowe sec dostpowe, Telekomunkcj technk nformcyjne, vol. -, ss.-9 (8) [8] [9] Fortun Z., Mcukow B., Wsowsk J., Metody numeryczne, WNT, Wrszw () [] Rtuszek M., Zkrzewsk Z., Mjewsk J., Rtuszek M., Termczne poczen jednomodowych wtowodów przeznczonych dl sec FTTH, Krjowe Sympozjum Telekomunkcj Telenformtyk, ód () [] Mjewsk A., Teor projektowne wtowodów, WNT, Wrszw (99) [] Lzer M., Szwecer W., Wrólewsk S., Elektronczne przekdnk pomrowe zoen normy przegld rozwz techncznych, Automtyk elektroenergetyczn, nr () Autorzy: mgr n. Swomr Andrzej Torus, Unwersytet Technologczno Przyrodnczy, Wydz Telekomunkcj Elektrotechnk, Al. Prof. S. Klskego 7, Bydgoszcz, E-ml: sltor@utp.edu.pl; dr h. n. Mrek Rtuszek, Unwersytet Technologczno Przyrodnczy, Wydz Telekomunkcj Elektrotechnk, Al. Prof. S. Klskego 7, Bydgoszcz, E-ml: rtuszek@utp.edu.pl; PRZEGLD ELEKTROTECHNICZNY (Electrcl Revew), ISSN -97, R. 88 NR /