Cet article explore la mesure du courant électrique à l'aide de fibres optiques, principalement via l'effet Faraday, également connu sous le nom d'effet magnéto-optique. Les capteurs de courant à fibre optique (FOCS) offrent une grande précision, une modularité et une installation facile. Ils assurent l'isolation de la partie de mesure de la technologie primaire et peuvent mesurer à l'intérieur des transformateurs, y compris la température des enroulements. L'article résume les résultats, les approches et les principes publiés pour définir les valeurs électriques à l'aide de la technologie de la fibre optique.
La mesure du courant électrique à l'aide de la technologie de la fibre optique est basée sur l'effet magnéto-optique de Faraday, découvert en 1845. Cet effet implique la rotation du plan de polarisation de la lumière en présence d'un champ magnétique. L'utilisation de ce phénomène pour mesurer des grandeurs électriques n'est devenue possible qu'avec les progrès de la technologie de la fibre optique. L'angle de rotation (β) du plan de polarisation peut être calculé à l'aide de l'équation suivante :
β=V⋅B⋅d\beta = V \cdot B \cdot d β = V ⋅ B ⋅ d
où:
Les capteurs de courant à fibre optique (FOCS) exploitent l'effet Faraday pour mesurer le courant électrique. Ces capteurs sont très précis et peuvent détecter les ondulations et les transitoires de courant sur une large bande passante. Ils offrent plusieurs avantages, notamment :
Metallurgical Industry: FOCS are used in electrolytic processes for obtaining precious metals, where they measure direct current (DC) up to 500 kA. Their compact size and high accuracy make them ideal for this application.
High-Voltage Direct Current (HVDC) Lines: FOCS are employed to measure and protect high-voltage DC lines, which are crucial for long-distance electricity transmission. Their immunity to magnetic overload and electromagnetic interference ensures reliable performance even under high short-circuit currents.
Transformer Monitoring: FOCS can be integrated into transformers to measure internal currents and temperatures, helping to prevent overheating and optimize performance.
Substation Control and Protection: Due to their small dimensions and weight, FOCS can be integrated into existing substation equipment like switches and bushings, providing accurate current measurements for control and protection.
Recirculating Architecture: An advanced FOCS design that uses a recirculating fiber loop to enhance current sensitivity. A 2×2 optical switch creates the loop, with a single-mode fiber as the sensing head. Sensitivities of 11.5 degrees/A for 1000 meters of fiber and 21.2 degrees/A for 500 meters of fiber have been experimentally achieved.
Spun Highly Birefringent Fiber: This approach reduces the size of the sensing coil, making it suitable for high-voltage watt-hour meters. The special spun fiber resists bending, improving measurement performance. The FOCS using this fiber achieved a measurement error of ±0.2% across a temperature range of -40°C to 70°C.
Plasma Current Measurement: FOCS technology has been adapted for measuring plasma currents in fusion reactors, such as the International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER). The sensor measures the rotation of the polarization state in the presence of a magnetic field, achieving high accuracy in extreme conditions.
Temperature Drift Compensation: Research on temperature drift shows a linear relationship between temperature and FOCS error. Understanding this relationship allows for effective temperature compensation, improving sensor accuracy in varying temperatures.
Vibration Sensitivity Reduction: Improvements in fiber design and sensor configuration can mitigate errors caused by mechanical vibrations, enhancing the stability and accuracy of FOCS in dynamic environments.
HVDC Applications: FOCS technology is used to measure high DC currents up to 500 kA, offering significant advantages over traditional current transducers, such as smaller size, lighter weight, and higher accuracy.
Techniques interférométriques : des conceptions interférométriques avancées, telles que les interféromètres Sagnac, sont utilisées dans FOCS pour améliorer la précision et la sensibilité. Ces conceptions minimisent les erreurs causées par la biréfringence linéaire et les facteurs environnementaux.
Les capteurs de courant à fibre optique (FOCS) représentent une avancée significative dans la mesure du courant électrique. Tirant parti de l'effet Faraday, les FOCS offrent une grande précision, une large bande passante et une immunité aux interférences électromagnétiques. Ils sont particulièrement utiles dans les applications nécessitant des mesures de courant précises, telles que l'industrie métallurgique, les lignes HVDC, la surveillance des transformateurs et le contrôle des sous-stations. Le développement de conceptions FOCS avancées et de techniques de compensation continue d'améliorer leurs performances et leur fiabilité, ce qui en fait un outil essentiel dans les systèmes modernes de mesure et de surveillance électriques.
En résumant l'état actuel de la technologie FOCS et en mettant en évidence les principales avancées, cet article souligne l'importance et l'utilité des capteurs à fibre optique dans la mesure précise des courants électriques. La recherche et le développement en cours dans ce domaine promettent de nouvelles améliorations et des applications plus larges, renforçant ainsi le rôle du FOCS pour garantir l'efficacité et la sécurité des systèmes électriques dans le monde entier.
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