摘 要：论述了采用两种基于不同概念的光纤电流传感器（OCT）。一种是基于传统互感器概念的OCT，另一种是基于法拉第效应概念的OCT。文中还阐述了基于第一种OCT的国产试制品及其与ABB公司产品的相似点及不同点。
关键词：光导纤维；光导纤维电流传感器；法拉第效应
1 引言
光导纤维电流传感器（OCT）和常规的电流互感器的不同之处是：传送一次电流所需的能量不同、制造成本低、运行及安全性能好。
早在20世纪50年代，有的制造厂家就有这种设想：如果将电流互感器（TA）的操作电源和继电保护等都设置在绝缘平台上，这样就可以用低压绝缘的TA来代替高压绝缘的TA。他们这样想也这样做了。开关的开闸、合闸信号用电磁转动的绝缘杆来传递。60年代后期，采用光导纤维来传达信息，而继电保护、光导纤维所需电子设备和操作电源等仍放在高压平台上。
70年代初期，ABB公司研制出以互感器为探头的OCT。其最大的改进之处是将操动传感器所需的能量借助光导纤维以光能方式传送给传感器。这样就可以将所有的继电保护和监视设备等都放在处于地电位的操作人员处。这样既可保持原有传感器的优点，也克服了原有传感器的缺点[1]。
本文以介绍ABB公司产品为主，顺便比较一下国产样品[2] 和国外产品的相似点及不同点。本文还介绍了当今的新技术，即基于法拉第效应（Faraday effect）原理的OCT。
2 以互感器为传感器的光纤电流传感器
图1是ABB公司以互感器为传感器的OCT的结构方框图。它可以分为3部分：高压侧传感器、光导纤维回路和接口回路。
（1） 高压侧传感器
图2 为传感器总装截面示意图。其中箭头表示电流的流向。由于传感器为电流互感器，所以二次侧不能开路，必须连接一个电阻。此电阻也可使电流信号变成电压信号。电压信号经滤波器进入一分压器，分压器按变流比自动分压。分压后的信号经A/D变换器变成数字信号，此数字信号经采样后通过PL二极管由光纤输出。以上这些部分文献[2]与文献[1]是相似的。二文献的不同之处有两点：OCT电源的来源不同和采样频率不同。
1）OCT电源的来源不同。文献[1]中高压侧传感器所需的操作电源及采样命令所需能量来自地电位处的接口回路内的激光脉冲光源，是借助于光纤传输的。高压传感器发出的数字信号传送到处于地电位的接口也要靠这条光纤。
在接口回路内的光探测二极管将光信号转换成电信号，经放大后由通口回路送到译码回路，将数字信号转换成模拟信号，再经过输出缓冲回路（例如脉冲宽度调制器（PWM）等）转换成一种适合于继电保护及监视电路所需的电流形式。
文献[1]中的传感器在高压侧没有电源装置，其所包含的部件简单可靠。高压侧和地电位之间以纯绝缘体光导纤维作隔离，因而很安全可靠。
而文献[2]的传感器的电源来自另1套电流互感器，经过整流使二次电流变成直流后作为其电源。由于二次回路不能开路，所以当一次电流由100%变到趋向于零时，电源电压也将按比例变化。可见其电源电压的波动是很大的。微处理机及发光二极管（LED）是否能承受变化如此之大的驱动电压是令人担心的。美国也曾有过这种类似的想法，OCT的电源取自有源TA头，但后来放弃了[1]。
2）采样频率不同。文献[2]的采样频率是50Hz或50Hz准同步采样，希望电网频率的偏差小于与0.5%，同时采用软件做补偿，以减少其误差。而文献[1]所用的采样频率为800Hz，根本就不理会与电网同步不同步。
笔者认为国外的经验是值得借鉴的。
文献[1]所述的OCT，它采用的电流探头虽是常规互感器式的，但由于一、二次之间的绝缘很低，所以铁芯长度可大大减小，而且设置有间隙，使铁芯不易饱和，提高了动态特性，加上二次电阻负荷很小，因此所耗的能量很小且很稳定。
在图1传感器中，PL二极管是一种作特殊应用的镓铝砷（GaAlAs）二极管。它是将电信号转换成光信号的关键部件。
变换器的电子回路采用专用的低功率低电压的CMOS电路。其运行电源来自PL二极管，其电压低于1.0Ｖ，功耗小于150mW。传感器的所有电子元件都封装在单晶片内，这对降低能耗、提高可靠性及增强抗噪声能力是很重要的。
（2）光导纤维回路
ABB公司的OCT传送的信号采用的是数字信号。所采集到的信号只要其分辨的电平能满足要求即可，对光导纤维没有过多要求。OCT的准确度决定于传感器本身。标准光导纤维的内芯及透明的外覆盖层的直径分别为100mm和140 mm。光纤内芯及外覆盖层的折光率的变化是突变的阶梯形的。这种光纤为满足分辨率的要求其最大允许长度为500m。
当光导纤维用在高压系统时，其对地绝缘及敷设时的机械强度都是很重要的，因而高压光纤的外表敷设了高压合成材料，其爬行距离及机械强度都能满足要求。这种光导纤维很容易在市场上购到。
（3）接口回路部分
接口的光部分包括1个光源及1个光模块。光模块一方面可将处于地电位处的激光源激发的光通过光纤送到高压传感器，另一方面又能在地电位处探测高压传感器通过光纤传回来的光信号。用激光二极管组成的光源的波长为780 mm。光模块中的耦合器的性能是随光波的长短而变化的。它是由具有不同折光率的光镜及光过滤器组成的。
接口的电子部分包括驱动激光器的电子回路。它的光源功率是恒定不变的。接口内还有１个能探测由高压传感器传送来的数字式脉冲信号光波的回路，将光信号变换成电信号，经放大再通过译码器（D/A）送到输出缓冲器，然后输出适合于继电保护及监控用的电流信号（例如用PWM等手段）。当时设计中OCT的采样频率为800Hz。在正常运行条件下它是可靠的。低电压小电流运行对PL二极管的安全是非常有利的。
3 基于法拉第效应的OCT
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