본 논문에서는 초고압 전력설비에서의 대전류 측정을 위한 광CT(optical current transformer)개발을 목적으로한 기초 연구를 하였다. 자기장에 의해서 광신호의 편광특성이 변화되는 Faraday 효과를 기본 이론으로 하며, 1310[nm] Laser Diode를 광원으로 사용하고 5[m], 10pm], 20[m]의 길이가 서로 다른 광섬유로 센싱부를 구성하였다. 전류의 측정은 400[A]에서 1300[A]까지의 범위에서 측정하였으며 센싱부를 구성한 광섬유의 길이에 따른 출력 특성을 파악하기 위한 실험을 하였다. 동일한 실험환경에서 각각의 출력의 크기 및 선형성은 인가 전류 및 광섬유의 길이에 비례하여 증가하였으며, 5[m]광섬유를 센싱부로 사용한 것은 최대 -11.1%의 오차율을, 10[m], 20[m]의 경우 각각 최대 -3.5%, 1.7%의 오차율을 나타냈다.
본 논문에서는 초고압 전력설비에서의 대전류 측정을 위한 광CT(optical current transformer)개발을 목적으로한 기초 연구를 하였다. 자기장에 의해서 광신호의 편광특성이 변화되는 Faraday 효과를 기본 이론으로 하며, 1310[nm] Laser Diode를 광원으로 사용하고 5[m], 10pm], 20[m]의 길이가 서로 다른 광섬유로 센싱부를 구성하였다. 전류의 측정은 400[A]에서 1300[A]까지의 범위에서 측정하였으며 센싱부를 구성한 광섬유의 길이에 따른 출력 특성을 파악하기 위한 실험을 하였다. 동일한 실험환경에서 각각의 출력의 크기 및 선형성은 인가 전류 및 광섬유의 길이에 비례하여 증가하였으며, 5[m]광섬유를 센싱부로 사용한 것은 최대 -11.1%의 오차율을, 10[m], 20[m]의 경우 각각 최대 -3.5%, 1.7%의 오차율을 나타냈다.
In this paper, we took the basic experiment in order to explore the optical CT(optical current transformer) for measuring high current in a superhigh voltage condition. It is based on the faraday effect that changes the polarization characteristic of optical signals by the magnetic field. We used 13...
In this paper, we took the basic experiment in order to explore the optical CT(optical current transformer) for measuring high current in a superhigh voltage condition. It is based on the faraday effect that changes the polarization characteristic of optical signals by the magnetic field. We used 1310[nm] laser diode for a light source and comprised a sensing part with the optional fiber of 5[m], 10[m], 20[m] length each. The range of current was from 400[A] to 1300[A]. We observed the characteristic of output that changes according to the length of the optical fiber composing the sensing part. The optical fiber of 5[m] length used for the sensing part had -11.1% of the maximum ratio of error and 10[m] and 20[m] length had -3.5% and 1.7% each. This means that the power and linearity of output increase in proportion to the length of optical fiber and applied current in the same experimental condition.
In this paper, we took the basic experiment in order to explore the optical CT(optical current transformer) for measuring high current in a superhigh voltage condition. It is based on the faraday effect that changes the polarization characteristic of optical signals by the magnetic field. We used 1310[nm] laser diode for a light source and comprised a sensing part with the optional fiber of 5[m], 10[m], 20[m] length each. The range of current was from 400[A] to 1300[A]. We observed the characteristic of output that changes according to the length of the optical fiber composing the sensing part. The optical fiber of 5[m] length used for the sensing part had -11.1% of the maximum ratio of error and 10[m] and 20[m] length had -3.5% and 1.7% each. This means that the power and linearity of output increase in proportion to the length of optical fiber and applied current in the same experimental condition.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 광CT의 실용화를 목표로 두고 있으며 광원으로서 1310tnm] Laser Diode를 사용한 광CT의 기초 실험을 하였다.
제안 방법
사용하였다. 광원을 편광시켜주기 위한 장치로 편광기를 사용하였으며, Laser I顶ode의 구동 드라이버에서 최초 출사될 때의 빛의 편광도가 낮기 때문에 결과의 정밀도를 높이기 위해 일반적으로 사용하는 파장판을 사용하지 않고 OZ-Optics사의 각도 조절이 자유로운 편광기를 사용하였다. 센싱부로 사용한 single mode 五ber는 5[m], 10[m], 20[m]를 각각 사용하였으며, 각각의 광섬유는 미터 당 약 10회 꼬았다.
센싱부로 사용한 single mode 五ber는 5[m], 10[m], 20[m]를 각각 사용하였으며, 각각의 광섬유는 미터 당 약 10회 꼬았다. 그리고, 인가한 전류는 400LA]이하에서는 센싱부와 전류가 인가된 도체와의 거리가 먼 관계로 자계강도가 약해서 측정이 어려워 400CA]에서 1300EA] 까지 100CA]씩 증가시켜 측정하였다.
본 연구에서는 Faraday 효과를 이용한 광전류 센서를 설계 ・ 제작하여 전류인가시 센싱 파이버, PBS 를 거쳐 포토다이오드로 출력되어 나오는 신호강도를 reference 값에 따른 출력의 오차율과 센싱부의 광섬유의 길이 따라 나타나는 신호강도를 측정하였다.
본 연구에서는 single mode unjacked Hber를 Faraday 소자로 이용하였으며, 자기장이 형성된 공간에 자기장의 진행방향과 평행한 방향으로 광섬유를 원형으로 감아 센싱부를 구성하였다. 이 경우 선형 편광된 빛의 편광면의 회전각 8를 (식 2)와 같이 표현할 수 있다.
본 연구에서는 전류 발생 장치를 사용하여 400CA] 에서 1300EA]까지 변화시켰을 때의 출력값을 오실로스코프로 측정하였다.
대상 데이터
광원을 편광시켜주기 위한 장치로 편광기를 사용하였으며, Laser I顶ode의 구동 드라이버에서 최초 출사될 때의 빛의 편광도가 낮기 때문에 결과의 정밀도를 높이기 위해 일반적으로 사용하는 파장판을 사용하지 않고 OZ-Optics사의 각도 조절이 자유로운 편광기를 사용하였다. 센싱부로 사용한 single mode 五ber는 5[m], 10[m], 20[m]를 각각 사용하였으며, 각각의 광섬유는 미터 당 약 10회 꼬았다. 그리고, 인가한 전류는 400LA]이하에서는 센싱부와 전류가 인가된 도체와의 거리가 먼 관계로 자계강도가 약해서 측정이 어려워 400CA]에서 1300EA] 까지 100CA]씩 증가시켜 측정하였다.
실험을 위한 센싱부는 GIS(Gas Insulated Switchgear)스페이셔 연결 부분에 부착가능하도록 알루미늄 재질로서 제작 하였으며 그 크기는 직경 310[mm], 폭 40[mm]의 것으로 사용하였다.
일반적으로 광통신에 Laser Diode가 많이 사용되고 있으므로 본 실험에서도 광원으로써 약 25[mW] 의 출력을 가지는 Laser Eiode (131(XnnJX 광원으로 사용하였다. 광원을 편광시켜주기 위한 장치로 편광기를 사용하였으며, Laser I顶ode의 구동 드라이버에서 최초 출사될 때의 빛의 편광도가 낮기 때문에 결과의 정밀도를 높이기 위해 일반적으로 사용하는 파장판을 사용하지 않고 OZ-Optics사의 각도 조절이 자유로운 편광기를 사용하였다.
성능/효과
② 인가한 전류의 세기 즉, 자장의 세기에 따른 광전류 센서의 출력신호를 refemce값과 비교했을 때 5[m]길이의 광섬유의 경우 400~13 OO[A] 값에서 최대 -1LU%]의 비교적 큰 오차율을 나타냈으며 10M, 20[m]길이의 경우에 대해서 각각 최대 -3.5[%], 1.7[%]의 오차율을 나타냈다. 즉 전류의 값이 클수록, 센싱부의 광섬유의 길이가 길수록 오차가 현저히 줄어든다는 것을 알 수 있다.
각각의 광섬유로부터의 FFT spectrum 결과는 각각 인가한 전류값과 동일한 위상(60旺 대역) 을 나타냄을 알 수 있었다. 그리고, 그 강도에 있어서 센싱부로 사용한 광섬유의 길이에 거의 비례한다는 것을 알 수 있다.
7[%]의 오차율을 나타냈다. 즉 전류의 값이 클수록, 센싱부의 광섬유의 길이가 길수록 오차가 현저히 줄어든다는 것을 알 수 있다.
후속연구
그리고 시제품 개발을 위해 추후 정밀도 개선과 현장 실험 등을 통해 광계측법을 이용한 대전류 측정기술을 확립 . 발전시킬 수 있을 것이다.
실험을 위해 구성된 시스템은 광을 이용한 폐루프형 센서이므로 측정대상도체 이외의 다른 전자기적 신호에 의해 영향을 받지 않으며, 센싱부의 광섬유의 길이 즉, 감은 수의 조정과 신호처리 과정의 최적화를 통해서 보다 정밀한 전류측정도 가능하리라 예상된다. 그리고 시제품 개발을 위해 추후 정밀도 개선과 현장 실험 등을 통해 광계측법을 이용한 대전류 측정기술을 확립 .
참고문헌 (8)
G. Degli Esposti, et al., 'Current Measurements On A High Voltage Apparatus Using A Fiberoptic Sensor', Fifth International Symposium On High Voltage Engineering, August 1987
齋藤成文, et al., 'し-ザ利用した無接?超高壓超流?', J.I.E.E.J.8/'68, Vol. 88-8, No. 959 JANUARY 1990
George I. Chandler and Franz C. Jahoda, 'Current measurernents by Faraday rotation in single-mode optical fiber', Rev. Sci. Instrum. 56(5), May 1985
M. Kanoi, et al., 'Optical Voltage And Current Msasuring System For Electric Powsr Systems', IEEE Transactions on Power Delibvery, Vol. PWRD-1, No. 1, January 1986
T. Sawa, et al., 'Development Of Optial Instrument Transformers', IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 5, No. 2, April 1990
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