Sensor eletro-óptico de tensões elevadas e sua viabilidade para implementação de TP óptico

Abstract

Os transformadores de potencial baseados em tecnologia óptica têm sido desenvolvidos com as finalidades de melhorar o desempenho da proteção e medição dos sistemas elétricos de potência, para monitorar a tarifação do consumo ou a qualidade da energia desses sistemas. Apesar da tecnologia já consolidada dos transformadores para instrumentos convencionais, as versões ópticas possuem diversas vantagens, tais como: medições mais precisas, menor peso, reduzida necessidade de manutenção, facilidade na isolação física e galvânica, maiores faixa dinâmica e largura de banda, além dos enlaces de transmissão e recepção de sinais serem menos susceptíveis às interferências eletromagnéticas. Esses transformadores de potencial podem ser projetados em torno dos moduladores eletro-ópticos de amplitude que, por sua vez, podem ser baseados no efeito eletro-óptico em cristais que apresentam essa propriedade, em que a diferença de fase óptica induzida entre os modos ordinário e extraordinário pode ser relacionada à tensão elétrica aplicada. As medições foram realizadas para duas diferentes configurações: a primeira, dedicada a medir baixas tensões, apresenta campo elétrico externo aplicado na direção Z e propagação óptica na direção X dos eixos principais do cristal. Na segunda configuração, voltada para a medição de tensões mais elevadas (kV), a célula Pockels apresenta campo elétrico externo aplicado na direção Y e propagação óptica na direção Z (eixo óptico) do cristal. Para ambas as configurações foram usados cristais eletro-ópticos de Niobato de Lítio. Nesta dissertação de mestrado, relata-se a aplicação de diferentes formas de ondas periódicas à célula Pockels, a fim de realizar a medição óptica dessas funções comparando-se, posteriormente, os sinais de entrada e saída. Fazendo uso do...

Optical voltage transformers have been developed in order to enhance the performance of protection and measurement circuits in electric power systems, to monitor energy tax revenues and power quality of these systems. Although the technology for conventional instrument transformers has been consolidated for years, optical versions of these devices have several advantages, such as: more accurate measurements, lower weight, reduced maintenance requirements, easer insulation and isolation, higher dynamic range and bandwidth, and less susceptibility to electromagnetic interference when optical fiber links between transmitter and receiver are used. Such optical voltage transformers can be designed based on amplitude electro-optical modulator principle, and on Pockels cell devices. In turn, this last can be built according to the electro-optic effect in non-centro-symmetrical crystals, where the induced induced optical phase shift between ordinary and methods extraordinary modes can be directly related to applied voltage. Measurements were performed for two different sensor configurations: the first one is dedicated to measuring low voltages (few hundred of volts), in which the external electric field is applied in the Z direction (optical axis) and the optical propagation is in the X direction of principal axes of the crystal. In the second configuration, dedicated to measuring higher voltages (tens of kV), the external electric field is applied in the Y direction and optical propagation is in the Z direction of the crystal. For both configurations Lithium Niobate crystals were used. In this dissertation, the Pockels cell is driven by periodic waveform voltages, the photo detected signal is acquired and computationally processed, and the comparison between input and demodulated signals are compared. By using the Sampled Piece-Wise... (Complete abstract click electronic access below)