DE19802191B4 - Optischer Stromwandler mit einer Lichtwellenleiterwicklung und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Abstract

Optischer Stromwandler mit einer Lichtwellenleiterwicklung (5, 6, 7) zur Messung der Stromstärke in einem die Lichtwellenleiterwicklung (5, 6, 7) durchsetzenden Leiter (9), mit einem Trägerkörper (1), der eine Aufnahme (3) für die Lichtwellenleiterwicklung (5, 6, 7) aufweist, wobei die Aufnahme (3) wenigstens teilweise mit einem Gel (4) gefüllt ist, und wobei die Lichtwellenleiterwicklung (5, 6, 7) innerhalb der Aufnahme von einer Flüssigkeitsschicht (8) umgeben ist.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf einen optischen Stromwandler mit einer Lichtwellenleiterwicklung zur Messung der Stromstärke in einem diese durchsetzenden Leiter und auf ein Verfahren zu seiner Herstellung.
• Optische Stromwandler mit einer Lichtwellenleiterwicklung sind seit einiger Zeit bekannt. Sie nutzen den Effekt aus, daß innerhalb des Lichtwellenleiterglases, wenn dies unter dem Einfluß eines Magnetfeldes steht, durch den Farraday-Effekt die Polarisation (Linearpolarisation) eines durch den Lichtwellenleiter geleiteten Lichtstrahls beeinflußt wird. Analog wird bei einem Spannungswandler der Pockels-Effekt ausgenutzt, bei dem in Abhängigkeit von einer elektrischen Feldstärke ebenfalls eine Polarisation (Zirkular-Polarisation) eines durch den Lichtwellenleiter geleiteten Lichtstrahls beeinflußt wird.
• Ein derartiger optischer Wandler ist beispielsweise aus der EP 0 237 776 A2 bekannt.
• Grundsätzlich ist wegen der Zerbrechlichkeit einer solchen Lichtwellenleiterwicklung ein Trägerkörper nötig, mit dem die Wicklung verbunden wird, um handhabbar und in eine Hochspannungsanlage einbaubar zu sein.
• Bekannt ist dabei das Problem, daß sich bei der Lichtwellenleiterwicklung durch evtl. auftretende Vibrationen und Temperaturschwankungen zusätzliche Einflüsse auf das Polarisationsverhalten des Lichtwellenleiters ergeben beispielsweise durch lineare Doppelbrechung. Daher ist es auch schon be kannt, beispielsweise aus der EP 0 112 163 Lichtwellenleiter in einem Gel zu verlegen. Aus dieser Druckschrift ist ebenfalls bekannt, einen Lichtwellenleiter mit einem Öl zu umgeben.
• Dort werden solche Füllstoffe für den Zweck eingesetzt, innerhalb eines optischen Kabels die Bildung von Hohlräumen zu verhindern, um das Eindringen von Feuchtigkeit zu verhindern und eine erhöhte dielektrische Sicherheit zu gewährleisten.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen optischen Stromwandler der eingangs genannten Art zu schaffen, der einfach aufgebaut ist, zuverlässig funktioniert und möglichst unempfindlich gegen Vibrationen und Temperaturschwankungen ist. Ferner ist es Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Stromwandlers zu schaffen.
• Die Aufgabe wird einen optischen Stromwandler beheffend erfindungsgemäß gelöst durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.
• Es hat sich gezeigt, daß das bloße Einlegen einer Lichtwellenleiterwicklung eines Stromwandlers in eine Gelschicht insbesondere die Temperatureinflüsse nicht in dem gewünschten Maße ausgleicht. Daher ergeben sich Meßungenauigkeiten, die auf die Änderung der linearen Doppelbrechung des Lichtwellenleitermaterials durch mechanische Spannungen infolge von Temperaturschwankungen zurückzuführen sind.
• Eine Lagerung von Lichtwellenleitern in einer Flüssigkeit ist ebensowenig möglich, da die Lichtwellenleiterwicklung in der Flüssigkeit nur ungenügend festgelegt ist und langfristig eine Bewegung der Wicklung nicht ausgeschlossen werden kann, so daß keine dauerhafte Kalibrierung des Stromwandlers möglich ist.
• Die Erfindung stellt eine vorteilhafte Kombination der Verwendung von Gel und einer Flüssigkeit bei der Lagerung der Lichtwellenleiterwicklung dar, bei der einerseits durch die Flüssigkeit Vibrationen und Erschütterungen ausreichend gedämpft werden, andererseits die Flüssigkeitsschicht dünn ist, so daß die Lichtwellenleiterwicklung sich nicht verschieben kann und von dem Gel spannungsarm gehalten wird.
• Die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Stromwandlers zu schaffen, wird erfindungsgemäß gelöst durch die Anspruch 6 oder 7 angegebenen Merkmale.
• Beide Verfahren erlauben die Herstellung eines optischen Strom- und/oder Spannungswandlers der erfindungsgemäßen Art mit der Verwendung einer kleinen Menge von Flüssigkeit, die die Lichtwellenleiterwicklung innerhalb des Gels vollständig umgibt.
• Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen optischen Strom- und/oder Spannungswandlers sieht vor, daß die Aufnahme durch eine am äußeren Umfang eines ringförmigen Trägerkörpers umlaufende Nut gebildet ist.
• In diesem Fall ist die Aufnahme an der Außenseite des Trägerkörpers besonders leicht zugänglich.
• Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Trägerkörper aus Quarzglas besteht.
• In diesem Fall braucht die Aufnahme in dem Trägerkörper nur wenig größer zu sein als die Lichtwellenleiterwicklung, da die thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Trägerkörpers und der Lichtwellenleiterwicklung nahezu gleich sind, so daß keine Relativbewegung infolge von Temperaturänderungen zu befürchten ist. Die Nut kann in diesem Fall beispielsweise einen Querschnitt von etwa 1 × 1 mm aufweisen. Eine solch kleine Nut läßt sich dann auch ohne Gel direkt mit z.B. einer Quartzglasplatte abdecken. Diese Anordnung ist aufgrund des verwendeten Werkstoffs (Qauartzglas/Keramik) sehr aufwendig und teuer.
• Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann darin liegen, daß der Trägerkörper aus einer Aluminiumlegierung besteht.
• In diesem Fall ist der Trägerkörper mechanisch besonders stabil und einfach zu bearbeiten. Es muß jedoch eine im Querschnitt größere Aufnahme für die Lichtwellenleiterwicklung vorgesehen werden wegen der unterschiedlichen thermischen Ausdehnung der Aluminiumlegierung und des Lichtwellenleiterglases. In diesem Fall kann mit einem Gel die Faser fixiert werden – trotz der breiten Nut.
• Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in einer Zeichnung gezeigt und anschließend beschrieben.
• Dabei zeigt
• 1 einen Stromwandler mit einem Trägerkörper und einer Lichtwellenleiterwicklung schematisch im Querschnitt,
• 2 einen entsprechenden Wandler in einer Ansicht,
• 3 einen weiteren Trägerkörper mit einer stirnseitig angeordneten Aufnahme.
• Der Wandler weist einen Trägerkörper 1 auf, der beispielsweise aus Aluminium oder Quarzglas besteht. Die äußere Umfangsfläche 2 des Trägerkörpers weist eine Aufnahme 3 in Form einer am Umfang umlaufenden Nut auf. In der Nut 3 befindet sich eine Gelschicht 4, die in der Einzelheit A deutlicher gezeigt ist. Innerhalb der Gelschicht 4 sind Lichtwellenleiter 5, 6, 7 angeordnet, die von einer Flüssigkeitsschicht 8 aus Silikonöl benetzt sind.
• Der Trägerkörper 1 ist von einem Hochspannungsleiter 9 durchsetzt, der von einem zu messenden Strom durchflossen ist oder auf einer zu messenden Spannung liegt. Der Trägerkörper 1 kann sich entweder mittels eines Isolierstoffstützers an dem Leiter 9 abstützen, oder er kann außen an einem Gehäuse des Leiters 9 befestigt sein.
• Die 2 zeigt den Trägerkörper 1 in einer Ansicht. Außerdem ist die Zuleitung 10 und die Ableitung 11 der Lichtwellenleiterwicklung in Form eines Lichtwellenleiters dargestellt.
• Die 3 zeigt einen weiteren Trägerkörper 12 mit einer stirnseitig angeordneten Aufnahme 13.

Claims (7)

1. Optischer Stromwandler mit einer Lichtwellenleiterwicklung (5, 6, 7) zur Messung der Stromstärke in einem die Lichtwellenleiterwicklung (5, 6, 7) durchsetzenden Leiter (9), mit einem Trägerkörper (1), der eine Aufnahme (3) für die Lichtwellenleiterwicklung (5, 6, 7) aufweist, wobei die Aufnahme (3) wenigstens teilweise mit einem Gel (4) gefüllt ist, und wobei die Lichtwellenleiterwicklung (5, 6, 7) innerhalb der Aufnahme von einer Flüssigkeitsschicht (8) umgeben ist.
2. Optischer Stromwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme (3) wenigstens teilweise mit einem Silikongel gefüllt ist.
3. Optischer Stromwandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme (3) durch eine am äußeren Umfang (2) eines ringförmigen Trägerkörpers (1) umlaufende Nut gebildet ist.
4. Optischer Stromwandler nach Anspruch 1, oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (1) aus Glasquarz besteht.
5. Optischer Stromwandler nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (1) aus einer Aluminiumlegierung besteht.
6. Verfahren zur Herstellung eines Stromwandlers nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst in die Aufnahme (3) ein Gel (4) eingebracht wird, das die Lichtwellenleiterwicklung (5, 6, 7) mit einer Flüssig keit (8) benetzt und dann in die Aufnahme (3) eingelegt und mit einem Gel (4) abgedeckt wird.
7. Verfahren zur Herstellung eines Stromwandlers nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein Gel (4) in die Aufnahme (3) eingebracht wird, daß darauf durch Eindrücken eines Werkzeugs in dem Gel (4) eine Rinne gebildet wird, daß darauf die Rinne mit einem Öl (4) benetzt und dann die Lichtwellenleiterwicklung (5, 6, 7) eingebracht und mit dem Gel (4) abgedeckt wird.