CN102933972B - 单相用光学电流互感器 - Google Patents

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Abstract

提供一种能够可靠地进行大电流的测量、且能够以小型、经济的方式制作、安装作业也容易的单相用光学电流互感器。在内部配置通电导体(2)的圆筒状容器(1)的外周面的一部分中粘合固定安装座，在该安装座上以可自由装卸的方式固定容纳法拉第效应部件的壳体。法拉第效应部件(10)构成为：以预先确定的间隔维持平行来设置按照利用规定尺寸的2根光纤(24A、24B)相对通电导体(2)的轴方向交叉的方式配置的第1及第2光程(11A、11B)，并且在各光纤的一端面上设置使直线偏振光反射的镜面(12)。使来自同一光源的直线偏振光分别入射至第1及第2光程(11A、11B)，根据被镜面(12)反射而往返的直线偏振光的法拉第旋转角来测量流过通电导体(2)的电流。

Description

单相用光学电流互感器
技术领域
本发明涉及单相用光学电流互感器(single-phaseopticalcurrenttransformer)，尤其涉及能够可靠地测量单相的大电流的单相用光学电流互感器。
背景技术
为了测量在气体绝缘开关装置(以下简称为“GIS”)等中使用的高电压的通电导体中流过的电流，以往使用了一种通电导体贯通由环形铁心及二次线圈构成的二次侧的形式的线圈型变流器。但是，由于线圈型变流器大型且重量大，所以研究了利用光的偏振面因磁场的作用而旋转的法拉第效应的光学电流互感器，该光学电流互感器尤其适用于没有其他相的磁场引起的影响的单相用。
通常，单相用光学电流互感器在通电导体的周围设置光程，并使来自光源的直线偏振光通过该光程内时，在检测器侧检测因流经通电导体的电流的磁场作用而旋转的直线偏振光的法拉第旋转角，来测量电流的大小。
作为单相用光学电流互感器的一个形式，有作为法拉第效应部件而采用了块状的铅玻璃的例如在日本专利公开公报平成3-105259号(专利文献1)中记载的形式。该单相用光学电流互感器通过在流过电流的通电导体的周围组合配置块状的铅玻璃来形成光程，并使来自光源的直线偏振光通过该光程内，由检测器检测因通电导体中的电流的磁场作用而变化的法拉第旋转角，来测量电流。
另外，作为其他形式的单相用光学电流互感器，有作为法拉第效应部件而采用了光纤的例如在日本专利公开公报平成7-248338号(专利文献2)中记载的形式。该单相用光学电流互感器以光纤包围通电导体的方式被配置，从而形成闭环光程，与上述同样地使直线偏振光通过该光程来测量电流。
但是，以块状的铅玻璃构成光程的单相用光学电流互感器难以实现小型化且装配复杂，故以轻量的光纤构成光程的单相用光学电流互感器是更有利的。
此外，公知，以光纤构成闭环光程的单相用光学电流互感器还有通过了光程内的直线偏振光反射回来而在检测器侧检测法拉第旋转角的反射型、以及直线偏振光通过光程内并直接在检测器侧检测法拉第旋转角的透过型。
另一方面，GIS变得高电压且大容量、大型化，在内部配置通电导体并封入绝缘气体的圆筒状容器的直径也变大。因此，安装于GIS中的单相用光学电流互感器构成为：在大直径的圆筒状容器的外部或者内部，配置光纤来设置闭环光程。
上述的现有技术中的单相用光学电流互感器由于都以法拉第效应部件形成闭环光程，所以在使事故电流等大电流流经通电导体时，通过光程内的直线偏振光因大电流的磁场作用，导致法拉第旋转角饱和。因而，存在着在检测器侧无法根据法拉第旋转角准确地测量电流的问题。
另外，现有技术中的单相用光学电流互感器需要利用法拉第效应部件以包围通电导体的方式设置闭环光程。因而，若在如GIS那样的大直径的圆筒状容器的外部或内部配置光纤来设置闭环光程，则存在配置于确定的位置上的作业变得比较难且作业性恶化的问题。进而，圆筒状容器因直射阳光或通电导体的温度上升而引起上下的温度差，法拉第效应部件的上下温度差成为测量误差的原因。即便在法拉第效应部件中采用轻量的光纤的情况下，也是同样的。
本发明的目的在于提供一种单相用光学电流互感器，即便在通电导体中流过事故电流等大电流的情况下，通过短的第1及第2光程内的直线偏振光的法拉第旋转角也不易饱和，能够可靠地进行大电流的测量，能够实现小型化且经济形的制作。
另外，本发明的另一目的在于提供一种单相用光学电流互感器，能够容易安装到圆筒状容器的外面的一部分，且组装及更换作业容易。
发明内容
本发明的单相用光学电流互感器的特征在于，在圆筒状容器的内部配置通电导体，在所述圆筒状容器中设置形成直线偏振光的光程的法拉第效应部件，并根据通过所述光程的直线偏振光的法拉第旋转角来测量流过所述通电导体的电流时，所述法拉第效应部件构成为：以预先确定的间隔维持平行来设置按照利用规定尺寸的2根光纤相对所述通电导体的轴方向交叉的方式配置的第1及第2光程，并且在各所述光纤的一端面上设置使直线偏振光反射的镜面，所述法拉第效应部件使来自同一光源的直线偏振光分别入射至各所述光程，并根据被所述镜面反射回来的直线偏振光的法拉第旋转角来测量电流。
另外，本发明的单相用光学电流互感器的特征在于，在圆筒状容器的内部配置通电导体，在所述圆筒状容器中设置形成直线偏振光的光程的法拉第效应部件，并根据通过所述光程的直线偏振光的法拉第旋转角来测量流过所述通电导体的电流时，在所述圆筒状容器的外周面的一部分中粘合固定安装座，在所述安装座上以可自由装卸的方式固定容纳所述法拉第效应部件的壳体，所述法拉第效应部件构成为：以预先确定的间隔维持平行来设置按照利用规定尺寸的2根光纤相对所述通电导体的轴方向交叉的方式配置的第1及第2光程，并且在各所述光纤的一端面上设置使直线偏振光反射的镜面，所述法拉第效应部件使来自同一光源的直线偏振光分别入射至各所述光程，并根据被所述镜面反射回来的直线偏振光的法拉第旋转角来测量电流。
优选，在所述壳体内配置位置固定用底座，各所述光纤分别夹着保护管配置于所述位置固定用底座。
(发明效果)
根据本发明的单相用光学电流互感器，由于作为法拉第效应部件而采用了规定尺寸的光纤，所以第1及第2光程变短，故直线偏振光的法拉第旋转角不易饱和，从而具有能够可靠地测量事故时等大电流的效果。另外，以通过由短的光纤形成的第1及第2光程的直线偏振光的法拉第旋转角来测量小范围的磁场，所以不仅测量精度及温度差的影响变小，而且还能使单相用光学电流互感器小型化，故具有能够以经济的方式制作的优点。
进而，本发明的单相用光学电流互感器在圆筒状容器的外面的一部分中粘合固定了安装座，在该安装座上以可自由装卸的方式固定的壳体内，容纳成为法拉第效应部件的光纤，以预先确定的间隔平行地设置了按照相对圆筒状容器内的通电导体的轴方向交叉的方式配置的第1及第2光程，因此能够与通电导体无关地独立地进行装配、安装，故也能容易地进行安装及更换作业。
附图说明
图1是表示本发明的单相用光学电流互感器的原理说明图。
图2是表示应用了本发明的单相用光学电流互感器的一实施例的示意纵向剖视图。
图3是从A-A线观察了图2的单相用光学电流互感器的示意剖视图。
图4是表示图2的主要部分的放大图。
图5是图4的左侧视图。
具体实施方式
本发明的单相用光学电流互感器在圆筒状容器的外周面的一部分，设置了形成直线偏振光的光程的法拉第效应部件，该圆筒状容器在内部配置了通电导体。法拉第效应部件构成为：利用规定尺寸的2根光纤，以预先规定的间隔维持平行地设置按照与所述通电导体的轴方向交叉的方式配置的第1及第2光程，并且在各所述光纤的一端面上设置使直线偏振光反射的镜面。并且，使来自同一光源的直线偏振光分别入射至第1及第2光程，根据被镜面反射回来的直线偏振光的法拉第旋转角来测量电流。
首先，利用作为示意纵向剖视图的图1，依次说明本发明的单相用光学电流互感器的原理。在本发明的单相用光学电流互感器中，在内部配置通电导体2的圆筒状容器1的外周面的一部分中，将法拉第效应部件10配置成从剖面的状态观察时与通电导体2的轴方向交叉，换言之，法拉第效应部件10被配置成与电流流动的方向交叉。
法拉第效应部件10使用如后述那样为窄幅尺寸L1的小型化部件。在该法拉第效应部件10中形成有同一长度的第1及第2光程11A、11B，2个光程11A、11B被设定成：维持预先确定的相互间的尺寸L2、即处于平行的状态。这样一来，圆筒状容器1内的通电导体2的中心点与第1光程11A之间的尺寸为L3。
在各光程11A、11B的一端面具备镜面12，通过了各光程11A、11B的直线偏振光被镜面12反射，返回2个光程11A、11B。此外，在法拉第效应部件10的一端面设置的镜面12能够使用粘贴反射膜或蒸镀反射材料而形成的、或者另行形成的玻璃制的镜材料。
因为直线偏振光如上述那样往返各光程11A、11B，所以根据在往返的期间内流过通电导体2的电流的磁场作用，能够将法拉第效应部件10的尺寸L1设为使直线偏振光的法拉第旋转角发生变化的长度较小的尺寸。若与圆筒状容器1的外周面的尺寸相比，该尺寸L1是相当小的尺寸，即L1＜＜2πL3。
实际上，对圆筒状容器1进行设置时的各尺寸L1、L2、L3是根据圆筒状容器1的大小而适当确定的，即，法拉第效应部件的厚度尺寸L1为10～500mm，第1及第2光程间的尺寸L2为10～200mm，法拉第效应部件的第1光程与通电导体的中心之间的尺寸L3为100～1000mm。
在2个光程11A、11B中，由于与现有技术相同，所以未图示，但是分别在与同一光源连接的入射光侧具有偏振光镜，还在出射光侧具有检偏器，且具有检测直线偏振光的法拉第旋转角的检测器等，从而构成单相用变流器。
并且，如箭头所示那样，在各光程11A、11B中使来自同一光源的直线偏振光通过，并被在一端面上设置的镜面12反射，如箭头所述那样，返回2个光程11A、11B。对于这样往返的各直线偏振光，根据因流动的电流的磁场作用而旋转的2个法拉第旋转角，在检测器(未图示)侧进行运算来测量电流。
由于本发明的单相用光学电流互感器所使用的法拉第效应部件10是小型部件，所以因尺寸L3的影响，容易产生误差。因此，设置同一长度尺寸的第1及第2光程11A、11B这两个，通过利用各光程11A、11B这两个光程，从而消除影响。根据来自各光程11A、11B这两者的直线偏振光的法拉第旋转角，在检测器中如下所述那样测量流过圆筒状容器1内的通电导体2的电流。
另外，若将维尔德常数设为V、将磁场强度设为H、将光程长度设为L，则在θ＝VHL＜45°的情况下，公知法拉第效应部件10的法拉第旋转角θ不会饱和。即，在将维尔德常数V和磁场强度H设为恒定的情况下，法拉第旋转角θ与光程长度L成比例。例如，若法拉第效应部件10的尺寸L1为L3/20，则即使是以往的光学电流互感器的法拉第旋转角θ＝45°的电流流过，在本发明的单相用光学电流互感器中也会是法拉第旋转角θ＜1°，即不会饱和。
接着，说明在法拉第效应部件10内，利用维持尺寸L2以保持平行的2个光程11A、11B来测量电流的情况。若将通过了各光程11A、11B的直线偏振光的法拉第旋转角设为θ1、θ2、将各光程11A、11B的磁场强度设为H1、H2，则分别有θ1＝VH1L1、以及θ2＝VH2L1。另外，有H1＝I/(2πL3)、以及H2＝I/(2π(L2+L3))。
通过这些式子，可导出流过通电导体2的电流I为I＝2πθ1θ2L2/(θ1-θ2)VL1这一式子。根据该式，能够准确地测量流过通电导体2的电流。因此，若利用保持了平行的相同长度的2个光程11A、11B，则不会受到尺寸L3的尺寸误差的影响，另外，即便在事故时等大电流流动，法拉第旋转角也不会饱和，故能够在检测器侧进行运算来测量电流。
(实施例1)
接着，利用应用于GIS或气体绝缘母线的例子、即图2～图5，来具体说明本发明的单相用光学电流互感器。圆筒状容器1通过在内部配置通电导体2并封入绝缘气体，从而维持着绝缘。
在圆筒状容器1的外周面的一部分，即在该例子中是指如图2及图3所示那样受到阳光直射少的圆筒状容器1的下面部分，通过焊接等来粘合固定安装座21，若以剖面的状态观察时，安装座21的座面与电流流动的通电导体2的轴方向交叉。并且，在安装座21的座面，通过螺栓23，以可自由装卸的方式安装容纳法拉第效应部件10的壳体22。
作为容纳在壳体22内的法拉第效应部件10，在图2～图5所示的图中利用了2根光纤24A、24B。这些各光纤24A、24B形成以同一长度的尺寸保持平行的第1及第2光程，由此被设置成与圆筒状容器1内的通电导体2的轴方向、即电流流动的方向交叉。
与上述相同，形成第1及第2光程的各光纤24A、24B在与直线偏振光的入射侧及出射侧相反的端面分别设置镜面26A、26B而成为反射型，成为使直线偏振光往返光纤24A、24B内的结构。
2根光纤24A、24B分别夹着用作缓冲部件的保护管25A、25B而配置于位置固定用底座27的部分，从而以无尺寸变化的状态进行定位。并且，如图5所示，由于夹着缓冲部件28，所以从上部的开口向壳体22的内部进行配置。
对于壳体22上部的开口而言，利用螺钉30固定壳体盖29来进行封闭之后，在粘合固定于圆筒状容器10的外周面的安装座21上通过螺栓23以可自由装卸的方式安装壳体22。
在成为第1及第2光程的2根光纤24A、24B中，利用安装于壳体22中的连接端子等与受光用及送光用光纤(未图示)进行耦合，从而构成单相用光学电流互感器。
若这样构成单相用光学电流互感器，则在来自同一光源的直线偏振光分别往返第1及第2光程，通过在检测器侧运算因流经通电导体的电流的磁场作用而旋转的2个法拉第旋转角，从而能够准确地测量电流。另外，由于利用短的光纤24A、24B来使直线偏振光往返，所以即便在通电导体中流动大电流时，法拉第旋转角也不会饱和，故能无问题地进行电流的测量。
此外，粘合固定于圆筒状容器1的外周面的一部分的安装座21能够有效利用在圆筒状容器1的轴方向上形成的凸缘部来进行安装。无论粘合固定在什么位置，由安装于安装座21上的壳体22内的法拉第效应部件、即光纤24A、24B构成的各光程被设置在受到直射阳光的照射而温度容易上升的位置以外，故不会因温度变化而导致电流测量产生误差。
(产业上的可利用性)
本发明的单相用光学电流互感器不仅能够应用于GIS，也能够容易应用于其他气体绝缘设备，例如可应用于气体绝缘遮断器。

Claims (3)

1.一种单相用光学电流互感器，其在圆筒状容器的内部配置通电导体，在所述圆筒状容器中设置形成直线偏振光的光程的法拉第效应部件，根据通过所述光程的直线偏振光的法拉第旋转角来测量流过所述通电导体的电流，所述单相用光学电流互感器的特征在于，
所述法拉第效应部件构成为：利用规定尺寸的2根光纤与所述通电导体的轴方向交叉地配置同一长度的第1及第2光程，并且以预先确定的间隔维持平行地设置所述第1光程及所述第2光程，同时在各所述光纤的一端面上设置使直线偏振光反射的镜面，所述法拉第效应部件使来自同一光源的直线偏振光分别入射至所述第1光程及所述第2光程，并根据被所述镜面反射后经过所述第1光程及所述第2光程回来的直线偏振光的法拉第旋转角来测量电流。
2.一种单相用光学电流互感器，其在圆筒状容器的内部配置通电导体，在所述圆筒状容器中设置形成直线偏振光的光程的法拉第效应部件，根据通过所述光程的直线偏振光的法拉第旋转角来测量流过所述通电导体的电流，所述单相用光学电流互感器的特征在于，
在所述圆筒状容器的外周面的一部分粘合固定安装座，在所述安装座上以可自由装卸的方式固定容纳所述法拉第效应部件的壳体，所述法拉第效应部件构成为：利用规定尺寸的2根光纤与所述通电导体的轴方向交叉地配置同一长度的第1及第2光程，并且以预先确定的间隔维持平行地设置所述第1光程及所述第2光程，同时在各所述光纤的一端面上设置使直线偏振光反射的镜面，所述法拉第效应部件使来自同一光源的直线偏振光分别入射至所述第1光程及所述第2光程，并根据被所述镜面反射后经过所述第1光程及所述第2光程回来的直线偏振光的法拉第旋转角来测量电流。
3.根据权利要求2所述的单相用光学电流互感器，其特征在于，
在所述壳体内配置位置固定用底座，各所述光纤分别夹着保护管而配置于所述位置固定用底座。
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