CN103109195A - 电气设备用光变流器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种以简单的结构减少磁场的影响，并能够提高流过通电导体的电流的测定精度的电气设备用光变流器。在电气设备的容器内配置通电导体(1)，以与该通电导体(1)的轴向正交的方式卷绕配置光纤(2)，具备设置在该光纤(2)的一端的光学构件(3)及设置在另一端的反射构件(4)。并且，至少光学构件(3)以其永久磁铁(3A)的磁场轴位于通过通电导体(1)的中心轴的任意的假想平面内的方式配置。
Description
技术领域
本发明涉及电气设备用光变流器，尤其是涉及能够提高电流的测定精度的电气设备用光变流器。
背景技术
通常，气体绝缘开闭装置、气体断路器(遮断器)、气体绝缘母线等电气设备作为送配电设备被使用。在这些电气设备中，为了计测在密封的容器内配置的通电导体中流动的电流，而提出了使用光变流器的方案。
通常，光变流器使用周知的铅玻璃制的光纤作为电流传感器。并且，在反射形的光变流器的情况下，在如图9(a)、(b)所示的形成为圆筒状的电气设备的容器(未图示)的内部配置有电流流过的通电导体1时，以包围通电导体1的方式卷绕配置光纤2，通电导体1与光纤2正交(交叉)。
在该光纤2的一方的端部配置具有永久磁铁的光学构件3，而且在另一方的端部配置反射构件4，所述光学构件3及反射构件4配置在光纤2的卷绕圆上，即配置在以与通电导体1的轴线正交(交叉)的方式卷绕的光纤2的卷绕延长线上。由此，例如图9(a)、(b)所示，在电流I从通电导体1的下方朝向上方流动时，因电流I而在直角方向上产生的磁场H向光纤2施加。
在该反射形的光变流器中，使直线偏振光从发光部(未图示)经由光纤2的一端侧的光学构件3向内部入射，由光纤2的另一端侧的反射构件4反射而返回，到达设于外部的计测部(未图示)。入射的直线偏振光成为因光纤的法拉第(フアラデ一)效应而旋转的出射光，因此利用计测部来检测该出射光的旋转角，从而计测通电电流。
在日本的专利公开公报2000-314751号(专利文献1)中提出了如下的方案：在将光变流器装入电气设备而使用时，为了配置卷绕于通电导体的光纤，而使用在轴向端面上具有环绕槽的环状框体。
专利文献1记载的光变流器将光纤收纳固定在环状框体的环绕槽内而使之与通电导体交叉，并在环绕槽内的光纤的两端部配置沿着环绕方向延伸的偏振体部和检光体(検光子)。通过形成为这种光变流器的结构，与在环状框体的外周面上卷绕光纤的情况相比，能够缩短全长而减少光传送损失。
另外，在日本的专利公开公报2000-121676号(专利文献2)中提出了如下一种将卷绕于通电导体的光纤环绕为正的整数圈(タ一ン)，即使光纤的环绕径减小，也能消除流过通电导体的电流产生的磁场的影响，不会产生计测误差的高精度的光变流器。
在专利文献2记载的光变流器中，将光纤的卷绕端部向外方折弯，在将配置偏振体的输入端及配置检光体的输出端引出时，利用磁性屏蔽将从环绕的位置到输入端及输出端覆盖，由此防止磁场的影响而形成为没有计测误差的高精度。
在上述的图9所示的以往的光变流器或专利文献1记载的光变流器中，光学构件等配置在与通电导体1的轴向正交(交叉)的光纤的卷绕圆上，即，在与通电导体1的轴向交叉的光纤的卷绕延长线上配置光学构件3或反射构件4，成为与因电流I而产生的磁场H的方向相同的方向。
在这种光变流器中，在流过通电导体的电流所产生的磁场中，对光学构件内的永久磁铁造成的影响增大，成为测定误差的原因。即，这是由于以下的理由。光学构件内的永久磁铁因该磁场的效果而使得直线偏振波的角度饱和，作为光信号而使用。电流流过通电导体时产生磁场，但是在光学构件内的永久磁铁的磁场与流过通电导体的电流产生的磁场方向一致时，即使再从外部施加磁场，由于直线偏振波光已经饱和，因此不会受到影响。然而，在永久磁铁的磁场方向与流过通电导体1的电流i产生的磁场H的方向相反时，若(永久磁铁产生的磁场)-(流过通电导体的电流所生成的磁场)＜(垂直偏振波光饱和磁场)，则直线偏振波未饱和，从而成为以光学构件3内的永久磁铁的磁场饱和的情况为前提而算出电流值的测定器的误差的原因。
另外，如专利文献2的光变流器那样，在光纤的卷绕端部的配置偏振体的输入端及配置检光体的输出端由磁性屏蔽覆盖而消除磁场产生的影响时，光纤的卷绕端部的结构变得复杂而难以制作。
本发明的目的在于提供一种以简单的结构减少磁场的影响，并能够提高流过通电导体的电流的测定精度的电气设备用光变流器。
发明内容
本发明的电气设备用光变流器至少具备配置在电气设备的容器内的通电导体、以与所述通电导体的轴向正交的方式卷绕配置的光纤、设置在所述光纤的一端的光学构件及设置在另一端的反射构件时，其特征在于，至少所述光学构件以其永久磁铁的磁场轴位于通过所述通电导体的中心轴的任意的假想平面内的方式配置。
优选的是，其特征在于，所述光学构件和所述反射构件这双方配置在同一轴线上。另外，优选的是，其中，所述光学构件和所述反射构件这双方相互接近而并列设置。
另外，本发明的电气设备用光变流器具备至少配置在电气设备的容器内的通电导体、以与所述通电导体的轴向正交的方式卷绕配置的光纤、设置在所述光纤的一端的具有永久磁铁的光学构件及设置在另一端的反射构件时，其中，在形成于所述容器的外表面上的凸缘组合至少两个框体单位，且将具有槽和收纳座的环状框体以可拆装的方式固定，在所述环状框体的槽内配置所述光纤，在所述环状框体的收纳座内将所述光学构件及反射构件接近而并列设置，所述光学构件以其永久磁铁的磁场轴位于通过所述通电导体的中心轴的任意的假想平面内的方式配置。
优选的是，其特征在于，所述环状框体的收纳座相对于所述通电导体的轴向倾斜形成。
发明效果
若本发明的电气设备用光变流器如此构成，则在通电导体的周围卷绕配置光纤时，在光纤的端部上配置的光学构件内的永久磁铁的磁场轴配置在通电导体的轴作成的假想平面内，因此永久磁铁的磁场受到流过通电导体的电流作成的磁场的影响的情况显著减少。因此，与以往的光变流器相比，本发明的电气设备用光变流器能够以简单的结构进一步提高电流的测定精度。
附图说明
图1(a)是作为本发明的一实施例的电气设备用光变流器的简要立体图，图1(b)是(a)的俯视图。
图2(a)是作为本发明的另一实施例的电气设备用光变流器的简要立体图，图2(b)是(a)的简要俯视图。
图3(a)是在图1及图2的电气设备用光变流器中使用的光学构件的简要纵向剖视图，图3(b)是在图1及图2的电气设备用光变流器中使用的反射构件的简要纵向剖视图。
图4是应用了本发明的电气设备用光变流器的气体断路器的简要结构图。
图5(a)是将应用了本发明的电气设备用光变流器以局部剖面表示的主视图，图5(b)是以局部剖面表示的(a)的俯视图，图5(c)是以局部剖面表示的(b)的右侧视图。
图6是表示图5的电气设备用光变流器的立体图。
图7(a)是将应用了本发明的另一电气设备用光变流器以局部剖面表示的主视图，图7(b)是以局部剖面表示的(a)的俯视图，图7(c)是以局部剖面表示的(b)的右侧视图。
图8是表示图7的电气设备用光变流器的立体图。
图9(a)是表示以往的电气设备用光变流器的简要立体图，图9(b)是(a)的俯视图。
具体实施方式
本发明的电气设备用光变流器在电气设备的容器内配置通电导体，以与该通电导体的轴向正交的方式卷绕配置光纤，在光纤的一端设置具有永久磁铁的光学构件并在另一端设置反射构件。光学构件以其永久磁铁的磁场轴位于通过所述通电导体的中心轴的任意的假想平面内的方式配置。
实施例1
以下，对于本发明的电气设备用光变流器，使用通过相同符号表示与以往相同的部分的图1至图8依次进行说明。图1(a)及(b)所示的流过电流的通电导体1配置在形成为圆筒状的电气设备的容器(未图示)的内部，封入绝缘气体而使用。该通电导体1上，将光纤2以包围该通电导体1的方式至少卷绕配置1圈。
卷绕配置的光纤2的两端向与通电导体1的长度方向(轴向)相同的同一方向折弯，与以往同样地在直线偏振光所入射的光纤2的一方的端部设置光学构件3，而且在光纤2的另一方的端部设置反射构件4。对配置在外部的光源或电流进行测定的计测部与光学构件3相连。而且，所述光学构件3及反射构件4这双方配置在图1(a)的单点划线所示的同一轴线上，成为与通电导体1的轴向相同的方向。
在光纤2的一端设置的光学构件3如图3(a)所示具有产生磁场H而在饱和状态下使用的永久磁铁3A和双折射元件3B，配置在直线偏振光入射的一侧的光纤2的端面上使用。而且，在光纤2的另一端设置的反射构件4如图3(b)所示具有镜面4A，以使直线偏振光反射而返回到光纤2内的方式配置使用。
并且，根据本发明，光学构件3及反射构件4配置在通过通电导体1的中心轴的任意的假想平面内。由此，使光学构件3具有的永久磁铁3A的磁场轴位于通过通电导体1的中心轴的任意的假想平面内。换言之，在图1(a)的电气设备用光变流器中，流过电流I而产生磁场H的通电导体1的轴向与光学构件3及反射构件4平行配置，成为与所述光纤2的卷绕圆的部分交叉的状态。
另外，通过通电导体1的中心轴的任意的假想平面是假定通过通电导体1的中心轴且在通电导体1的整个外周面的侧方形成有平面时，这多个平面中的一个平面。
其结果是，本发明的电气设备用光变流器将因流过通电导体1的电流I而产生的磁场H向通过光纤2内的直线偏振光施加，根据磁场H的强度而改变法拉第旋转角大小。然而，光纤2的端部的光学构件3由于使其永久磁铁3A的磁场轴位于通过通电导体1的中心轴的任意的假想平面内，因此利用简单的结构而使光学构件3及反射构件4难以受到因流过通电导体1的电流I而产生的磁场H造成的影响。因此，与以往的情况相比，利用计测部测定的电流的计测精度能够进一步提高。
实施例2
在本发明的另一实施例的图2(a)及(b)所示的电气设备用光变流器中，光纤2与上述的实施例同样地以包围通电导体1的方式卷绕配置，其两端向与通电导体1的轴向相同的同一方向折弯。
并且，在光纤2的一方的端部设置的光学构件3和在另一方的端部设置的反射构件4这双方以接近并接触的方式配置，而且，光学构件3及反射构件4配置在通过通电导体1的中心轴的任意的假想平面内，并使光学构件3具有的永久磁铁3A的磁场轴位于通过通电导体1的中心轴的任意的假想平面内。换言之，通电导体1的轴向与光学构件3及反射构件4的轴向平行地配置，光学构件3和反射构件4与光纤2的卷绕圆成为交叉的状态。
如上述那样，即使是配置有光学构件3及反射构件4的电气设备用光变流器，也不易受到流过通电导体1的电流I产生的磁场H造成的影响，因此能够实现与上述的例子同样的效果。
图4表示在气体断路器10中分别应用了上述的各电气设备用光变流器的例子，该气体断路器10在侧方设有对内部的断路部(未图示)进行开闭操作的操作器。与气体断路器10的断路部相连且电流I流过的通电导体配置在向上方引出的圆筒状的容器12A、12B内。
该气体断路器10通过在容器12A的外表面部分卷绕配置光纤2，而构成图1(a)、(b)所示的将光学构件3及反射构件4配置在同一轴线上的电气设备用光变流器，而且在容器12A、12B的外表面部分卷绕配置光纤2，构成图2(a)、(b)所示的将光学构件3及反射构件4接近配置的电气设备用光变流器。
应用了上述的图2(a)及(b)所示的电气设备用光变流器的具体的结构如图5(a)、(b)、(c)及图6所示。将通电导体1配置在内部的电气设备的容器20在外表面设有凸缘20A，在该凸缘20A的多个部位上，利用螺栓25等固定机构以能够拆装环状框体21的方式安装有安装配件(金具)24。
环状框体21为了使其制作或安装容易，例如将至少分割为两部分而形成为圆弧状的框体单位21A、21B组合，并通过连结螺栓21C等结合机构而成为一体。在该环状框体21上形成有绕容器20一圈的槽22和在槽22内的局部设置的与通电导体的轴向大致平行的平坦的收纳座23。
在环状框体21具备的槽22内，配置有卷绕于通电导体1的光纤2而向计测部的某外部引出，而且在收纳座23内，将设置在光纤2的各端上的光学构件3及反射构件4接近而配置，并安装保护罩26。当利用能够屏蔽磁场H的例如非磁性体的材料制作保护罩26而使用时，能更有效地防止光学构件3及反射构件4受到流过通电导体1的电流I产生的磁场H造成的影响。另外，可以在环状框体21的槽22上安装闭锁板，利用闭锁板来覆盖光纤2、光学构件3及反射构件4。
如此，若有效利用环状框体21具备的槽22和收纳座23来配置光纤2、光学构件3及反射构件4，则能够简单地在所希望的位置上容易配置，从而使光学构件3内的永久磁铁3A的磁场轴位于通过通电导体1的中心轴的任意的假想平面内。
在环状框体21的槽22内的局部设置的收纳座23如图7(a)、(b)、(c)及图8所示可以相对于通电导体1的轴线倾斜设置。在该倾斜的收纳座23部分上，将光学构件3与反射构件4接近而并列设置，其他的部分与图5(a)、(b)、(c)及图6的例子为同样的结构。由此，光学构件3和反射构件4相对于通电导体1的轴线而倾斜一定的角度配置，光学构件内的永久磁铁的磁场轴位于通过通电导体1的中心轴的任意的假想平面内而构成电气设备用光变流器，因此能够实现同样的效果。
环状框体21的收纳座23的倾斜角度可以适当决定，但是当增大收纳座23的倾斜角度时，必须增大光学构件3和反射构件4的配置用的槽22的径向尺寸，从而存在环状框体21的整体变得大型的不良情况。因此，收纳座23相对于通电导体1的轴线而形成为例如±5度左右的倾斜角度，能容易地进行光学构件3及反射构件4的配置，从而形成为增大了与通电导体1的轴向平行的分量的配置进行使用。
另外，在上述的各实施例的电气设备用光变流器中，说明了将光学构件3及反射构件4这双方均配置在同一位置上的例子，但也可以仅将光学构件3配置在通过通电导体1的中心轴的任意的平面内，并使永久磁铁3A的磁场轴位于光学构件3内而使用。
工业上的可利用性
本发明的电气设备用光变流器能够广泛地应用于气体断路器或气体绝缘开闭装置等进行气体绝缘的电气设备，因此优选。
Claims (5)
1.一种电气设备用光变流器，具备：配置在电气设备的容器内的通电导体、以与所述通电导体的轴向正交的方式卷绕配置的光纤、以及设置在所述光纤的一端的具有永久磁铁的光学构件和设置在另一端的反射构件，所述电气设备用光变流器的特征在于，
至少所述光学构件以该永久磁铁的磁场轴位于通过所述通电导体的中心轴的任意的假想平面内的方式配置。
2.根据权利要求1所述的电气设备用光变流器，其特征在于，
所述光学构件和所述反射构件这双方配置在同一轴线上。
3.根据权利要求1所述的电气设备用光变流器，其特征在于，
所述光学构件和所述反射构件这双方相互接近而并列设置。
4.一种电气设备用光变流器，具备：配置在电气设备的容器内的通电导体、以与所述通电导体的轴向正交的方式卷绕配置的光纤、以及设置在所述光纤的一端的具有永久磁铁的光学构件和设置在另一端的反射构件，所述电气设备用光变流器的特征在于，
在形成于所述容器的外表面上的凸缘组合至少两个框体单位，且将具有槽和收纳座的环状框体以可拆装的方式固定，在所述环状框体的槽内配置所述光纤，并在所述环状框体的收纳座内将所述光学构件及反射构件接近而并列设置，所述光学构件以该永久磁铁的磁场轴位于通过所述通电导体的中心轴的任意的假想平面内的方式配置。
5.根据权利要求4所述的电气设备用光变流器，其特征在于，
所述环状框体的收纳座相对于所述通电导体的轴向倾斜形成。
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