Trasformatore di Corrente Magneto-Ottico (MOCT): Principi e Vantaggi
Un Trasformatore di Corrente Magneto-Ottico (MOCT) misura correnti elevate usando l'Effetto Faraday — rotazione della polarizzazione della luce in un campo magnetico — fornendo isolamento galvanico intrinseco nella fibra ottica. È il sensore principale per applicazioni EHV/UHV (>245kV) e rete intelligente.
Principio di Funzionamento: Effetto Faraday
Luce polarizzata linearmente passa attraverso un vetro magneto-ottico (es. SF-57, TGG - Terbium Gallium Garnet) o fibra ottica (in sensori completamente in fibra) sottoposto al campo magnetico (H) che circonda il conduttore.
Angolo di Rotazione: θ = V × ∫ H·dl = V × N × I
- V = Costante di Verdet (proprietà del materiale, rad/T·m).
- N = Numero di giri di fibra attorno al conduttore (percorso ottico).
- I = Corrente del conduttore.
θ ∝ I — Misurazione diretta, lineare, istantanea.
Architettura
- Testina Sensore: Fibra ottica avvolta N volte su forma isolante attorno al conduttore (Live Tank) o all'interno del boccola (Dead Tank). Oppure prisma di vetro massiccio.
- Sorgente di Luce: Diodo Laser (1310nm / 1550nm) → Polarizzatore → Sensore.
- Rilevamento: Analizzatore (Polarizzatore a 45°/90°) + Fotodettore → Intensità ∝ sin²(θ) o cos²(θ).
- Elaborazione del Segnale: Rilevamento sensibile alla fase (lock-in) o Elaborazione Segnale Digitale (DSP) per linearizzare ed estrarre θ → Valore Corrente Digitale.
- Uscita: IEC 61850 GOOSE / Sampled Values (SV) / Analogico (4-20mA) / Equivalente Rogowski.
Vantaggi Chiave rispetto al CT Convenzionale (Nucleo di Ferro)
| Parametro | CT Convenzionale | MOCT |
|---|---|---|
| Saturazione | Sì (Offset CC, Alta Guasto) | Nessuna (Nessun nucleo magnetico) |
| Banda di Frequenza | ~10 kHz (limitato da L/R) | CC a >1 MHz (Armoniche, Transitori, Onde Viaggianti) |
| Isolamento | Olio/SF6/Resina (Rischio di guasto) | Intrinseco (Fibra Ottica) — Centinaia di kV di resistenza |
| Dimensioni / Peso | Grande, Pesante (Serbatoio olio) | Compatto, Leggero (Bobina di fibra) |
| Immunità EMI | Moderata | Totale (Dielettrica) |
| Linearità | Buona (<10% nominale), Scarsa (guasto) | Eccellente (0.1% - 200% nominale) |
| Rischio Incendio/Esplosione | Olio | Nessuno |
Sfide e Soluzioni
- Deriva Temperatura (Costante di Verdet): Compensata da fibra di riferimento (Specchio di Faraday) / Calibrazione DSP.
- Birefringenza Lineare (Stress nella fibra): Fibra filata / Vetro ricotto / Rilevamento a diversità di polarizzazione.
- Costo: Più alto del CT convenzionale. Giustificato in EHV, GIS, Sottostazioni Digitali, HVDC.
Applicazioni
- Sottostazioni Digitali (Process Bus IEC 61850): MOCT + MOVT (Tensione) → Unità di Unione → Controllore di Baia (Nessun cavo di rame nel piazzale).
- Stazioni Convertitrici HVDC: Misurazione CC + Armoniche (CT convenzionale cieco alla CC).
- Apparecchiature a Gas Isolate (GIS): Sensore compatto si adatta alla flangia.
- Monitoraggio di Area Estesa (WAMS/PMU): Alta banda per fasori sincronizzati + onde viaggianti.
- Localizzazione Guasto (Onda Viaggiante): Banda MHz consente precisa localizzazione guasti TW.
Standard
IEC 61869-6, IEC 61869-10 (Trasformatori di Strumento Digitali), IEEE C37.235, IEEE C37.92.