근적외선의 생체투과성이 높은 것이 주목받아, 빛에 의한 생체투시와 광CT의 가능성이 지적받아왔다. 그러나 투과율이 높은 것만으로는 체내구조를 가시화할 수 없다. 본 논문에서는 빛의 산란현상을 조사하여 확산되어 나온 빛으로부터 체내구조의 정보를 추출하는 것으로, 빛에 의한 생체투시, 나아가서는 광CT를 실현하는 것을 목-표로, 이의 기초적 해석의 결과를 소개한다.
본 논문에서는 패러데이 효과(Faraday effect)를 이용하여 초고압 전력설비에서 대전류 측정을 위한 광CT의 온도변화에 따른 특성에 대한 기초 연구를 하였다. 광원으로는 1310[nm] Laser Diode를 사용하고 수신부로는 PIN-Photodiode를 사용하였다. 실험을 위한 온도변환장치는 GIS와 같은 모양으로 재철은 알루미늄으로서 제작하였다. 광의 전송로는 파이버 내에서 편광상태를 유지할 수 있는 30[m]의 싱글모드 언재킷(unjacked) 파이버를 사용하였다. 전류의 측정은 400[A]에서 1300[A] 까지의 범위에서 측정하였으며 온도는 -40[$^{\circ}$]에서 50[$^{\circ}$]까지 10[$^{\circ}$]씩 증가시키면서 측정하였다. 이 때 출력선호는 인가전류의 중가에 따라 비례하여 증가하였으며 주변온도가 높을수록 비례하여 증가하였다.
We researched basic study about electrical characteristics of Zinc Selenide (Faraday Cell), which is known for various temperature of good-performance, that applied measuring current or protecting instrument by Optical Current Transducer, on Gas Insulated Switchgear. Measuring System consists of VCSEL produced 850nm IR Laser, Pin Photo Diode made of GaAs surveyed as Optical Power Meter, and Optical Fibers specified Multi-mode. We observed optical output changes during measurement of currents increasing by 100[A] in range from 0[A] to 1,000[A] and set temperature condition increasing by $5[^{\circ}C]$ in a range from $30[^{\circ}C]\;to\;60[^{\circ}C]$.
Faraday효과를 기본으로 하는 광CT(Optical Current Transformer)는 기존의 CT의 결점을 개선하여 경제적 효과의 증대, 신호제어 시스템의 신속성향상, Digital 계전시스템의 호환성에 크게 기여한다는 점 등 많은 면에서 장점을 가지고 있다. 본 연구에서는 광섬유센서 기술을 응용하고, Faraday 효과의 편광면 회전량을 수광부에서 김출하여 대전류 측정을 위한 광 CT의 동작특성에 대한 실험을 하고자 한다. 실험에 사용찬 광원은 633[nm] He-Ne Laser와 1310[nm] Laser Diode 두 가지로 동일한 시스템으로 구성하여 비교한다. 센싱부의 광섬유는 길이 10[m]의 633[nm] 1310[nm]용 single-mode bare fiber를 전류가 흐르는 케이블에 감아 센싱부를 구성하고, 전류변화에 따른 두 출력값을 측정, 비교하고자 한다.
본 논문에서는 패러데이 효과(Faraday effect)를 이용한 초고압 전력설비에서의 대전류 측정을 위한 광CT의 온도 특성에 대한 기초연구를 기술하였다. 1310[nm] 레이저 다이오드를 광원으로 사용하고 PIN-Photodiode를 수신부로 사용하고 광의 전송로는 Fiber내에서 편광상태를 유지 할 수 있는 30[m]의 단일 모드 광섬유를 사용하였다. 온도 변환에 따른 실험을 하기 위한 온도변환장치는 알루미늄으로 제작하였다. 전류의 측정은 400[A]에서 1300[A]까지의 범위에서 측정하였으며 온도는 $-40[^{\circ}C]$에서 $50[^{\circ}C]$까지 $10[^{\circ}C]$씩 증가시키면서 측정하였다. 동일한 실험 환경하에서 출력신호는 인가전류가 증가할수록, 주변온도가 높을수록 비례하여 증가하였다.
본 논문에서는 초고압 전력설비에서의 대전류 측정을 위한 광CT(optical current transformer)개발을 목적으로한 기초 연구를 하였다. 자기장에 의해서 광신호의 편광특성이 변화되는 Faraday 효과를 기본 이론으로 하며, 1310[nm] Laser Diode를 광원으로 사용하고 5[m], 10pm], 20[m]의 길이가 서로 다른 광섬유로 센싱부를 구성하였다. 전류의 측정은 400[A]에서 1300[A]까지의 범위에서 측정하였으며 센싱부를 구성한 광섬유의 길이에 따른 출력 특성을 파악하기 위한 실험을 하였다. 동일한 실험환경에서 각각의 출력의 크기 및 선형성은 인가 전류 및 광섬유의 길이에 비례하여 증가하였으며, 5[m]광섬유를 센싱부로 사용한 것은 최대 -11.1%의 오차율을, 10[m], 20[m]의 경우 각각 최대 -3.5%, 1.7%의 오차율을 나타냈다.
This paper described the development example of optical CT(Current Transformer) and optical PT (Potential Transformer) which is measurement system of current and voltage of electric power line using Electro-Optic effect and Magneto-Optic effect. We designed the optical CT of 22KV class and 154KV class and an optical PT of 22KV class. And now the filed testing is in progress in a KEPCO's substation.
We improved an efficiency of fiber-optic current transformer by using a metal-coated sensor coil. To reduce the linear birefringence, we used a length of spun fiber as sensor coil, and then used a flint glass fiber coil for comparison. To make the sensor coil in the reflection type, we used different reflection mirrors at the end of the sensor coil, such as a Faraday rotator mirror, a simple mirror, a metal-coated fiber end and a simple fiber end. From the experimental results, the linear error of current measurements were less than ${\sim}$ 0.2 % regardless of the mirror types. The metal-coated sensor was the most cost-effective considering the fabrication cost and the simple structure.
본 논문은 패러데이 효과(Faraday Effect)에 의한 초고압 전력설비에서의 광CT 특성에 대한 기초 연구를 기술하였다. 광원은 LD(Laser Diode : 830[nm])를 사용하고, 수신부는 PIN-Photodiode론 사용하였다. 광의 전송로는 파이버 내에서 편광상태론 유지할 수 있는 싱글모드 광파이버를 사용하였고, 광파이버의 양끝은 편광자와 검광자를 두어 빛의 광학적인 편파면을 이용한 전류측정이 가능함을 확인할 수 있었다. 측정 결과에서는 기존 문헌상의 결과와 동일한 형태의 출력을 얻을 수 있었고 나아가서는 초고압전력설비인 가스절연개폐장치 (GIS: Gas Insulated Switchgear)에 대한 적용도 가능하게 했다.
본 연구는 페러데이 효과(Faraday Effect)를 이용한 GIS용 광 CT의 개발을 위하여 출력신호의 정밀성과 안정성 향상을 위한 신호분석 시스템에 대해 검토하였다. 기존 광 CT의 Verdet 상수 의존도와 온도에 따른 특성 및 노이즈에 대한 정밀성을 개선하기 위해 신호처리 시스템 이용하여 신호를 균일화시키고 온도 보상 프로그래밍을 이용하여 온도 특성에 따른 오차를 저감시키고자 한다. 또한 신호 계측부와 신호 처리부를 분리하여 신호 처리부를 프로그래밍 시켜 실시간으로 광 CT 특성을 모니터링 할 수 있는 시스템을 연구 검토하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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