طراحی و شبیه سازی سیستم اندازه گیری نوری ولتاژ بالا

مشکلاتی که در زمینه ساخت، نگهداری و دقت ترانسفورمرهای ولتاژ مغناطیسی و خازنی وجود دارد زمینه کار بر روی طرح های ساده تر، بهینه تر و دقیق تر را فراهم کرده است. اگر چه ترانسفورمرهای ولتاژ مغناطیسی و خازنی به طور گسترده در شبکه های قدرت برای اندازه گیذی و حفاظت به کار برده شده اند. با اینحال مشکلاتی مانند اشباع ترانسفورمر و پاسخ نامناسب در حالت گذرا، دقت سنجش و حفاظت از سیستم قدرت را به طور محسوس کاهش داده است. بدین دلیل تحقیقات و ارایه راهکارهای تکنولوژیکی جدید نسبت به تکنولوژی ترانسفورمرهای ولتاژ قدیمی ضروری گردیده است. با پیشرفت روز افزون علم اپتیک و خصوصیات مفید صنعتی آن که زیر به آن ها اشاره شده است، زمینه برای ساخت مبدل های ولتاژ نوری ایجاد شده است این مبدل ها دارای مزایای زیر هستند. 1- قدرت مناسب جداسازی سیگنال هار نوری در مورد ایزولاسیون بین تجهیزات فشار قوی با تجهیزات اندازه گیری . 2- مقاومت و تاثیر ناپذیری سیگنال های نوری از نویزهای الکتزرومغناطیسی. 3- اقتصادی بودن مسایل ایزولاسیون با استفاده از فیبرهای نوری. 4- پهنای باند و پاسخ فرکانسی مناسب مبدل های ولتاژ نوری. 5- قابلیت تطبیق سیگنال های نوری با تجهیزات الکترونیکی دیجیتالی و رله های دیجیتالی. در این پایان نامه به بررسی اصول عملکرد مبدل های ولتاژ نوری و روش های اندازه گیری ولتاژ های dc, ac ، ضربه و پله می پردازیم مشکلاتی که حسگرها در اندازه گیری برخی از ولتاژهادارند، از قبیل رانش بار ویا ایجاد مولفه های نوسانی مزاحم که ناشی از خاصیت بیزوالکتریک حسگر مر باشد، را مورد مطالعه قرار می دهیم. همچنین راه حل هایی برای از بین بردن و یا کاهش این اثرات را نیز بررسی می کنیم. روش های قرار گرفتن حسگر نسبت به میدان الکتریکی و پرتو نور تابیده شده، پاسخ فرکانسی، محدوده ولتاژ قابل اندازه گیری، پایداری دمایی و سایر این مبدل ها را مطالعه می کنیم. حسگرهای کریستال حجمی، حسگرهای فیبر نوری مجتمع و پدیده های الکترواپتیک، مانند پدیده دوانکساری، تغییر پلاریزاسیون، میزان تاثیر کریستال روی این پدیده ها و معادلات حاکم بر سیستم را مورد مطالعه قرار می دهیم. به نقش پلاریزورها، صفحات ربع موج، آنالیزورها، جداکننده های پلاریزاسیون پرتو، در طرح می پردازیم. همچنین روش های اندازه گیری ولتاژ مانند روش های کریستال الکترواپتیک ضرب کننده، حسگرهای مولتی سگمنت و برش ولتاژ، مورد بررسی قرار می گیرد. در نهایت نوعی از مبدل های ولتاژ نوری را مورد بررسی قرار می دهیم که در آن ها تعداد کمی حسگر میدان الکتریکی استفاده شده است. این حسگرها یک مولفه میدان را بطور ایده آل در یک نقطه اندازه گیری می کنند با استفاده از تکنولوژی ساخت حسگرهای میدان الکتریکی تمام دی الکتریک کوچک از ایجاد شدن مناطقی با شدت میدان الکتریکی بی نهایت مصون خواهیم ماند. سلول pockels نوری مجتمع برای استفاده در چنین طرح هایی مناسب است و تمام مزایای ذاتی ovt را براورده می کند. در این پایان نامه میدان الکتریکی درون مبدل ولتاژ نوری با توجه به شکل الکترودها، شرایط محیط و عوامل آشفته کننده (اثر میدان های پراکنده که نتیجه وجود هادی ها و منابع ولتاژ خارجی است) شبیه سازی شده است. سپس الگوریتم های تربیعی و تربیعی اصلاح شده را برای محاسبه دقیق ولتاژ اعمالی شرح می دهیم. این الگوریتم ها اثر عوامل آشفته کننده میدان را به حد اقل می رسانند. توسط این الگوریتم ها تعداد حسگرها و مکان قرار گرفتن آن ها در فاصله بین دو الکترود با توجه به ماکسیمم خطای مورد قبول بدست می آید. نتایج حاصل از اعمال این الگوریتم ها روی نتایج حاصل از شبیه سازی میدان الکتریکی اثبات کننده تاثیر این روش ها در حذف اثر عوامل آشفته کننده میدان می باشد.