Avago的弧光檢測方案在電網(wǎng)中的應(yīng)用
加入技術(shù)交流群
圖8所示為光檢測收發(fā)器，它的外形非常類似RJ45連接器。
發(fā)射器
發(fā)射器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中的脈搏功能。它包含一個LED，中心發(fā)射波長為650nm。這種LED可在發(fā)送連續(xù)波的情況下達(dá)到-1dBm的發(fā)射功率，對于脈沖，發(fā)射的光功會增加。沒有內(nèi)置驅(qū)動IC，這樣就能依據(jù)光功，脈寬與占空比的要求靈活實(shí)現(xiàn)脈搏功能（優(yōu)化電流消耗），使得這個產(chǎn)品成為任何方案的理想選擇。
接收器
接收器包含一個ASIC，它集成了一個光電管（PD）和一個跨阻放大器功能（TIA）。這個ASIC提供了模擬電壓輸出到拉弧監(jiān)控單元，該模擬電壓的幅度是與輸入光功成比例關(guān)系的。
基于光接收器提供的模擬輸出信號的持續(xù)時間與幅度，系統(tǒng)需要區(qū)分出環(huán)境光（不處理），脈搏信號和拉弧事件。為了觸發(fā)保護(hù)來打開開關(guān)裝置的斷路器，光學(xué)與電流/電壓查詢機(jī)都需要向拉弧監(jiān)控單元發(fā)送異常值。這樣的冗余設(shè)計會大大增加弧光檢測系統(tǒng)的可靠性。
圖9展示，內(nèi)部ASIC的輸出電壓是是輸入光功的函數(shù)。ASIC的輸出會在輸入光功大于-10dBm的情況下飽和。由于檢測拉弧并不是檢測接收光信號的形狀，而是檢測拉弧檢測單元設(shè)定的閾值，光傳感收發(fā)器在輸入光功高于-10dBm時，仍然100%可靠地持續(xù)檢測弧光事件。對于輸入光功低于-10dBm的情況，ASIC的線性度做的又非常好。這個設(shè)備可以在-40℃到﹢85℃環(huán)境工作。
圖10中的黑線表明，集成在收發(fā)器中的ASIC的光電管的相對光譜靈敏度是與輸入光的光波長相關(guān)的。由于這是一個對比曲線，給出的都是極限值。
圖10中的藍(lán)線描繪的是典型的弧光光譜。光電管的響應(yīng)完全覆蓋了弧光的光譜范圍，保證了對弧光事件的完全檢測。
光探測收發(fā)器中的接收器的響應(yīng)度的典型數(shù)值在650nm的情況下是45V/m。TIA的上升與下降時間小于10us，剛好是符合弧光檢測應(yīng)用的要求。
接線與連接器
盡管其它種類的光纖線也可被用來實(shí)現(xiàn)該應(yīng)用，Avago選擇了塑料光纖線（POF）來作為弧光檢測方案材料。
接線被分為如下兩種：線式傳感器到光收發(fā)器之間的連接，使用通常的POF；線式傳感器自身，使用透明外層的POF。這種接線通過連接器互相連接（見圖6）。
該應(yīng)用中使用的特殊光纖的芯徑加上透光層的直徑為1mm；算上最外面一層的保護(hù)層的直徑大概有2.2mm；該光纖的NA為0.5，650nm波長的情況下衰減為0.2dB/m。
Avago科技已經(jīng)研發(fā)了一種優(yōu)化的用于連接光收發(fā)器與光纖線的第一部分相連的雙工連接器。如圖11所示。
如果是用于連接兩股線（中繼），那么就有多種可能方案以供選擇?？紤]到目前光纖線的尺寸以及線纜的用料，市面上的連接器廉價又可靠。一些接頭甚至可以現(xiàn)場安裝。最常見的插頭型號包括VL，SMA和ST，當(dāng)然，其它型號的連接器也是有的。
通常這樣的連接頭的損耗在1dB-1.5dB（光纖到光纖）之間。
系統(tǒng)設(shè)計
要讓弧光檢測系統(tǒng)正確運(yùn)行，系統(tǒng)設(shè)計師必須要遵循如下三個基本設(shè)計步驟：
? 規(guī)范選取系統(tǒng)中所用器件，如光纖線，連接頭與傳感器等
? 開發(fā)出適用于不同長度光纖芯線的設(shè)計規(guī)則
? 制定弧光檢測單元的閾值調(diào)整規(guī)則
在拉弧事件中，產(chǎn)生的光能僅有一定比率能夠到達(dá)檢測器的光電管。這種比率取決于傳感器類型（單點(diǎn)傳感器還是線式傳感器），走線的長度，傳感器對應(yīng)弧光位置的擺放，弧光的強(qiáng)度等。需要到達(dá)光電管的最小能量是弧光檢測器的光電單元的靈敏度所決定的。
除了弧光，脈搏信號同樣也會到達(dá)弧光探測器的光電管。這個信號或許也會劇烈變化，盡管這樣的變化的機(jī)理與弧光事件是不同的。（見表2）
弧光探測器一定要能同時檢測弧光事件和脈搏信號。
總結(jié)
拉弧事件會造成巨大的危害，它們在電力網(wǎng)的開關(guān)設(shè)備中頻頻出現(xiàn)，對昂貴而關(guān)鍵的設(shè)備造成損害，并且常常嚴(yán)重危及生命安全?；」鈾z測器已經(jīng)成為降低，乃至避免弧光導(dǎo)致的危害的非常成功的方式之一。基于最新科技，Avago最近研發(fā)出了高性能低成本的光學(xué)傳感收發(fā)器，如同本筆記介紹的一樣，會在拉弧事件的檢測中大有作為。
評論