JP2000111586A

JP2000111586A - 電流計測装置

Info

Publication number: JP2000111586A
Application number: JP10286727A
Authority: JP
Inventors: Masao Takahashi; 正雄高橋; Kiyohisa Terai; 清寿寺井; Sakae Ikuta; 栄生田
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Substation Equipment Technology Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Substation Equipment Technology Corp
Priority date: 1998-10-08
Filing date: 1998-10-08
Publication date: 2000-04-21

Abstract

(57)【要約】【課題】導体を取り外すことなく高精度の電流測定が可
能な電流計測装置を提供すること。【解決手段】光ファイバーのファラデー効果を利用した
電流計測装置において、電流路を切断することなく被測
定導体に取り付け可能であるので、導体を取外すことが
なく、また光ファイバーの捩れ・捩れによる誤差を受け
ない高精度な電流測定が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光のファラデー効
果を利用した電流計測装置に係り、特に、既設の導体等
に容易に取付け可能な電流計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ファラデー効果によって磁界の変化が光
学部品の偏光特性の変化となって現れることを利用して
電流を測定する試みが行われており、従来より各種の光
応用測定装置が提案されている。光を用いることによっ
て絶縁が容易になり、小形の電流センサーが実現可能で
あることから、スペースの心配がなくより多くのセンサ
ーを取り付けることができる。その結果、機器の信頼性
を向上させることができると期待されている。

【０００３】例えば電流センサー等に適用される光応用
測定装置は小型化が可能であることから新設の機器のみ
ならず、既設の機器についても容易に増設可能であるの
で、既設の機器に後から電流センサーを取り付けること
によって測定の信頼性を向上させようとする試みも提案
されている。

【０００４】図１６はファラデー効果を用いた従来の電
流計測装置の構成図である。光源１は安定化電源２で駆
動され、送信ファイバー３に光を送信する。この送られ
た光は、偏光子４で直線偏光され、導体５の周りに設け
られたセンサーファイバー６に入射される。センサーフ
ァイバー６では、導体５を流れる電流によって生じた磁
界によりファラデー効果を受け、電流に比例した旋光を
受ける。この旋光を検光子７でｘ軸とｙ軸の直交する２
つの偏光成分に分離し、その各々の成分の光強度信号を
受信ファイバー８，８で検出器９，９まで伝播する。こ
の光強度信号は検出器９，９で電気信号に変換され信号
処理回路１０に入力される。信号処理回路１０では、こ
のｘ軸とｙ軸の偏向成分の電気信号から導体５を流れた
電流を計算し、出力する。このように構成された光ファ
イバーを用いたセンサーにより小形の電流測定器を実現
することができる。

【０００５】しかしながら、センサーである光ファイバ
ーの入射端と出射端の間が離れていると、浮遊磁気の影
響を受け誤差を生じることから、この入射端と出射端は
近接して配置する必要があり、また電流を測定する際に
は導体を一部取り外してセンサーを挿入せねばならない
という欠点がある。

【０００６】このような欠点を取り除くために、碍子ブ
ロックをセンサーとし、このセンサーを２分割すること
によって、導体を取り外すことなく測定が可能な電流計
測装置が提案されている。

【０００７】碍子ブロックをセンサーとし、バルクの鉛
ガラスを用いた従来のクランプオンタイプの電流計測装
置を、図１７および図１８を参照して説明する。図１７
は電流計測装置の光学部の模式図であり、この電流計測
装置は、光源１と、送信ファイバー３と、レンズ１１
と、偏光子４と、ファラデー素子６と、反射鏡１３と、
検光子７と、レンズ１１と受信ファイバー８，８と、検
出器９，９からなる構成と、全く同じ構成のものが１対
設けられている。このうち光源１，送信ファイバー３，
偏光子４，検光子７，受信ファイバー８，８及び検出器
９，９は図１６と同一の役割をしているので、その説明
を省略する。

【０００８】この電流計測装置では、光源１からでた光
を平行光としてファラデー素子中を伝播させるために用
いるファラデー素子は、その端面を４５°にカットし、
導体５の周りを光が半周するような光路がとられてい
る。このファラデー素子の端には反射鏡１３が設けら
れ、光を折り返して再びファラデー素子中を通るように
構成されている。

【０００９】このような構成の電流測定装置を用いる
と、ファラデー素子中で図１８（Ａ）に示したような光
路を伝播することになる。この時、信号処理回路でθ1
およびθ2 を計算し、この和をとると、等価的に図１８
（Ｂ）と等しくなる。このことから、浮遊磁場の影響を
受けることなく導体の電流を測定することができ、また
導体を取り外すことなく電流測定が可能となる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような電流計測装置では、以下に述べるような解決すべ
き課題がある。すなわち、光源とレンズと電子回路等が
２組必要となるため一組の場合と比べてコスト高とな
り、信頼性も半分になってしまうこと。また、送信ファ
イバーからファラデー素子を通過し受信ファイバーへ至
る光路は、振動や温度変化などの影響を受けやすく、光
路ずれから受信高強度が不安定になり、電流計測窓値の
誤差の大きな要因となること。さらに、この部分が２組
あるため誤差がより生じやすくなり、高精度の光ＣＴを
実現することが困難になること、などの解決すべき課題
があった。

【００１１】本発明（請求項１乃至請求項２０対応）
は、上記のような従来技術の欠点を解消するために提案
されたものであり、その目的は、導体を取り外すことな
く高精度の電流測定が可能な電流計測装置を提供するこ
とにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、請求項１乃至請求項２０に記載のとおりの
電流計測装置であり、各請求項の手段と作用は下記のと
おりである。本発明の請求項１は、光ファイバーのファ
ラデー効果を利用した電流計測装置において、電流路を
切断することなく被測定導体に取り付けが可能としたこ
とを特徴とする。

【００１３】請求項１によると、センサーを光ファイバ
ーという可撓性のある材料で構成することにより、電流
路を切断することなく被測定導体にセンサーを巻き付け
ることができる。

【００１４】本発明の請求項２は、請求項１記載の電流
計測装置において、光ファイバーを可撓性のある支持物
に収納したことを特徴とする。請求項２によると、請求
項１の作用に加えて、光ファイバーを可撓性のある支持
物に収納したことによって、光ファイバーを外乱から守
り、更に急激なファイバーの曲げを防止することができ
ることから、光弾性による複屈折の増大による誤差を防
止することができ、高精度の電流計測が可能となる。

【００１５】本発明の請求項３は、請求項１記載の電流
計測装置において、捻った光ファイバーの上に更にコー
ティングを施すことによって当該捻った光ファイバーを
そのまま固定したことを特徴とする。

【００１６】請求項３によると、請求項１の作用に加え
て、光ファイバーを捻った上から更にコーティングを施
して固定している。このようにファイバーを捻って保持
することによって直線複屈折が低減でき、またコーティ
ングを施すことによって光ファイバーを外乱から守り、
さらに急激なファイバーの曲げを防止することができる
ことから、光弾性による複屈折の増大による誤差を防止
することができ、高精度の電流計測が可能となる。

【００１７】本発明の請求項４は、請求項１記載の電流
計測装置において、光ファイバーを分割可能な支持物に
収納し、この支持物が導体の周りに配置したことを特徴
とする。

【００１８】請求項４によると、請求項１の作用に加え
て、光ファイバーを支持物に収納し、この支持物が導体
の周りを取り巻き、更に、この支持物が２つ以上の部材
に分割できる構造とすることによって、ファイバーを巻
き付けた後の光ファイバーの形状を固定し、曲げによる
複屈折の増大を抑えることが可能となる。

【００１９】本発明の請求項５は、請求項１記載の電流
測定装置において、光源と、この光源からの光を直線偏
光や円偏光等の所定の偏光状態にする偏光素子と、電流
により生じた磁界の変化を磁気光学効果を利用して光の
偏光状態の変化に変換する光ファイバーと、この光ファ
イバーにより生じた偏光状態の変化を光強度の変化に変
換する検光素子と、この検光素子の光強度の変化を電気
信号に変換する検出器と、この検出器より得られた電気
信号より電流を計算する信号処理ユニットと、光ファイ
バーの一端に光を折り返すための反射手段を設け、前記
光ファイバー中を往復光路として用いたことを特徴とす
る。

【００２０】請求項５によると、請求項１の作用に加え
て、光ファイバーの一端に光を折り返す反射手段を設
け、光ファイバー中を往復光路として用いているので、
光ファイバーの捩れ・捩れによる誤差を受けない高精度
な電流測定が可能となる。

【００２１】本発明の請求項６は、請求項１記載の電流
計測装置において、この電流計測装置をガス絶縁電力機
器の碍子の付け根に取り付けたことを特徴とする。請求
項６によると、請求項１の作用に加えて、電流計測装置
をガス絶縁電力機器に用いた場合、その取り付け位置を
碍子の付け根にすることによって、ガスを収納するタン
クを流れる電流の影響を受けることなく高精度の電流測
定が可能となる。

【００２２】本発明の請求項７は、請求項１記載の電流
計測装置において、光ファイバーの入射端及び出射端
を、導体の直径方向にずらして配置したことを特徴とす
る。請求項７によると、請求項１の作用に加えて、光フ
ァイバーの入射端及び出射端を導体の直径方向にずらし
て配置することによって、導体を入射端と出射端の間か
ら通して電流計測装置をセットすることが可能であり、
更に、ずらした方向が導体の直径方向であることから導
体と電流測定装置との位置関係がずれても、導体からの
見かけ上のファイバー巻き数が変化せず、誤差を生じる
ことなく高精度の電流測定が可能となる。

【００２３】本発明の請求項８は、請求項１記載の電流
計測装置において、光ファイバーの入射端及び出射端
を、導体の軸方向にずらして配置したことを特徴とす
る。請求項８によると、請求項１の作用に加えて、光フ
ァイバーの入射端及び出射端を導体の軸方向にずらして
配置したことによって、この導体に直交する磁界の影響
を除去することができ、高精度の電流測定が可能とな
る。また、振動によりセンサーとファイバーとの相対位
置がずれた場合でも導体からみたファイバーの巻き数は
変化せず、常に正常な電圧を示す。

【００２４】本発明の請求項９は、請求項１記載の電流
計測装置において、センサーとなる光ファイバーにコネ
クターを取り付け、このコネクターを取り外すことによ
って導体への着脱を可能にしたことを特徴とする。

【００２５】請求項９によると、請求項１の作用に加え
て、センサーとなる光ファイバーにコネクターを取り付
け、センサーが２分割できるようにしたので、より太い
導体に対しても取り付けが可能となる。

【００２６】本発明の請求項１０は、請求項１記載の電
流計測装置において、センサーである光ファイバーの入
射端及び出射端或いは折り返し端を、近接して取り付け
るための固定部材を設けたことを特徴とする。

【００２７】請求項１０によると、請求項１の作用に加
えて、センサーである光ファイバーの入射端及び出射端
或いは折り返し端を近接して取り付けるための固定部材
を設けているので、柔軟性のある光ファイバーの両端を
常に近接して保持することができ、浮遊磁界の影響を除
去することができる。

【００２８】本発明の請求項１１は、光源と、この光源
からの光を直線偏光や円偏光等の所定の偏光状態にする
偏光素子と、電流により生じた磁束を導き，比透磁率が
１より大きい材料で電流の周りを取り巻いているコア
と、磁界の変化をファラデー効果を利用して光の偏光状
態の変化に変換するファラデー素子と、このファラデー
素子により生じた偏光状態の変化を光強度の変化に変換
する検光素子と、光強度の変化を電気信号に変換する検
出器と、この検出器より得られた電気信号より電流を計
算する信号処理ユニットよりなる電流計測装置におい
て、前記コアを２つ以上の部材から形成し、少なくとも
１つの部材を取り外すことによって電流路を切断するこ
となく被測定導体に取り付け可能としたことを特徴とす
る。

【００２９】請求項１１によると、電流の周りをとり巻
いてなるコアを２つ以上の部材から形成し、少なくとも
１つの部材を取り外すことによって、電流路を切断する
ことなく被測定導体に取り付けが可能であるので、光学
系は完全に保持したままで取り付けが可能なことから、
高精度の測定が可能となる。

【００３０】本発明の請求項１２は、光源と、この光源
からの光を直線偏光や円偏光等の所定の偏光状態にする
偏光素子と、電流により生じた磁束を導き，比透磁率が
１より大きい材料で電流の周りを取り巻いているコア
と、磁界の変化をファラデー効果を利用して光の偏光状
態の変化に変換するファラデー素子と、このファラデー
素子により生じた偏光状態の変化を光強度の変化に変換
する検光素子と、光強度の変化を電気信号に変換する検
出器と、この検出器より得られた電気信号より電流を計
算する信号処理ユニットよりなる電流計測装置におい
て、前記コアを導体の全周よりも短くし、この短くした
隙間から電流路を切断することなく被測定導体に取り付
け可能としたことを特徴とする電流計測装置。

【００３１】請求項１２によると、電流の周りをとり巻
いてなるコアを導体の全周よりも短くし、この短くした
隙間から電流路を切断することなく被測定導体に取り付
けが可能であるので、光学系は完全に保持したままで取
り付けが可能なことから、高精度の測定が可能となる。

【００３２】本発明の請求項１３は、請求項１２記載の
電流計測装置において、コアの配置を回転対称体状と
し、コアの切り欠き部分を２カ所以上設け、このうちの
少なくとも１カ所を導体へ挿入するための切り欠きと
し、さらに少なくとも前記１カ所にファラデー素子など
の光学素子を配置したことを特徴とする。

【００３３】請求項１３によると、コアの配置を回転対
称体状とし、コアの切欠き部分を２カ所以上設け、この
うちの少なくとも１カ所を導体へ挿入するための切り欠
きとし、この切欠き部分から電流路を切断することなく
被測定導体に取り付けが可能であるので、光学系は完全
に保持したままで取り付けが可能なことから、高精度の
測定が可能となる。

【００３４】本発明の請求項１４は、光源と、この光源
からの光を直線偏光や円偏光等の所定の偏光状態にする
偏光素子と、磁界の変化をファラデー効果を利用して光
の偏光状態の変化に変換するファラデー素子と、このフ
ァラデー素子により生じた偏光状態の変化を光強度の変
化に変換する検光素子と、光強度の変化を電気信号に変
換する検出器と、この検出器より得られた電気信号より
電流を計算する信号処理ユニットよりなる電流計測装置
において、前記ファラデー素子を２つ以上の部材から形
成し、さらにこの２つ以上の部材に光を導くための反射
光学系を設け、このうちの少なくとも１つの部材を取り
外すことによって電流路を切断することなく被測定導体
に取り付け可能としたことを特徴とする。

【００３５】請求項１４によると、ファラデー素子を２
つ以上の部材から形成し、さらにこの２つ以上の部材に
光を導くための反射光学系を設け、このうちの少なくと
も１つの部材を取り外すことによって、電流路を切断す
ることなく被測定導体に取り付け可能としたので、ファ
ラデー素子の入出射面を平行に研磨することができ、フ
ァラデー素子の取り外し，取り付けによってファラデー
素子の位置が若干変化しても、光路は平行移動するだけ
であり、受信ファイバーに至る光量は変化しない。この
ことから、ファラデー素子の取り外しによる再現性低下
の心配のない高精度の測定が可能となる。

【００３６】本発明の請求項１５は、請求項１記載の電
流測定装置において、ファラデー素子の周りにコイルを
取り付け、このコイルに電流を通電することによって校
正を行えるようにしたことを特徴とする。

【００３７】請求項１５によると、請求項１の作用に加
えて、測定再現性を確保するためになされたものであ
り、ファラデー効果を利用した電流測定装置において、
ファラデー素子の周りにコイルを取り付け、このコイル
に電流を通電することによって、ファラデー素子にはコ
イルの巻き数に比例した磁界が印加され、扱いやすい電
流域で校正用の電流を通電し、校正を行うことが可能と
なる。

【００３８】本発明の請求項１６は、請求項１記載の電
流測定装置において、校正時の電流を通電させる校正用
導体を設け、この校正用導体の周りに光ファイバーを巻
き付けたことを特徴とする。

【００３９】請求項１６によると、請求項１の作用に加
えて、校正の時に電流を通電させるための校正用導体を
設け、この導体の周りに光ファイバーを巻き付けること
によって、校正用導体による磁界に対して光ファイバー
の巻き数倍のファラデー旋光が得られ、請求項１５同様
に扱いやすい電流域で校正用の電流を通電し、校正を行
うことが可能となる。

【００４０】本発明の請求項１７は、請求項１記載の電
流測定装置において、その電子回路部分にスイッチを設
け、このスイッチの設定によって電流計測装置の感度を
可変としたことを特徴とする。

【００４１】本発明の請求項１８は、請求項１記載の電
流測定装置において、その電子回路部分に可変抵抗器を
設け、この可変抵抗器を調節することによって電流計測
装置の感度を可変としたことを特徴とする。

【００４２】請求項１７及び請求項１８によると、請求
項１の作用に加えて、その電子回路部分にスイッチまた
は可変抵抗器を設け、フィールドでの相対校正の結果か
らこのスイッチまたは可変抵抗器を設定または調節する
ことによって電流測定装置の感度を可変とすることによ
って、常に同一の電流測定装置感度を維持できる。

【００４３】本発明の請求項１９は、請求項１記載の電
流計測装置において、センサーとなる光ファイバーを２
分割し、導体へ装着した後に分割部を融着により接続す
ることを特徴とする。

【００４４】請求項１９によると、請求項１の作用に加
えて、センサーとなる光ファイバーが２分割し、導体へ
装着した後に分割部を融着できるようにしたので、より
太い導体に対しても取り付けが可能となる。

【００４５】本発明の請求項２０は、請求項９または請
求項１９記載の電流計測装置において、被測定磁界また
は被測定電流によって誘起される磁界の影響を受ける位
置に配置されたファラデーセンサーである光ファイバー
と、光源と、この光源から発せられた光を２つに分離
し、この分離した光を前記光ファイバーにそれぞれ結合
する分離手段と、前記光ファイバーから出射した２つの
光を再結合する結合手段と、この結合した光を検出して
光電変換する検出手段とを備えた光学装置と、前記検出
手段によって得られた電気信号を処理して前記２つの光
の位相差を検出し、この位相差から電流を測定する信号
処理装置とを有する干渉型の光応用センサーであること
を特徴とする。

【００４６】請求項２０によると、センサーとなる光フ
ァイバーにコネクターを取り付け、センサーが２分割で
きるようにしたので、導体を取り外すことなく、電流計
測装置の着脱が可能であり、より太い導体に対しても取
り付けが可能となる。また、通常、このコネクター部分
での偏光の乱れや損失が、電流計測装置の誤差となって
しまうが、干渉型であるので、偏光の乱れ，損出の変化
の影響を極めて小さくでき、高精度の電流計測が可能で
ある。

【００４７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照して説明する。図１は本発明の第１実施例（請求項
１及び請求項５対応）である光応用の電流計測装置の構
成図である。

【００４８】図において、光源１は光源ドライバー１４
でドライブされ、光源１からの光は送信ファイバー３で
光学ユニット１７まで導かれる。送信ファイバー端部は
フェルール１５で支持され、光学ユニット１７に取り付
けられている。送信ファイバー３からの光はレンズ１１
により平行光とされ、偏光子４で直線偏光される。この
光はビームスプリッター１６を透過してレンズ１１でセ
ンサーファイバー６へ入射される。センサーファイバー
６の出口には反射鏡１３がセットされ、光はこの反射鏡
１３で反射され、センサーファイバー６中を往復する。
センサーファイバー６中では導体５を流れる電流による
磁界によりファラデー旋光を受ける。このように光ファ
イバー６を往復で用いていることから、ファラデー旋光
角は２倍になる。

【００４９】一方、ファイバー６の捩れや捩れによる旋
光は光を往復させることでキャンセルされ、ファラデー
旋光のみを取り出すことができる。ファイバー６を出射
した光はレンズ１１で平行光となり、ビームスプリッタ
ー１６を反射した光は、検光子（Ｘ成分）２１の入射端
面で反射光と透過光に分かれる。透過光は検光子（Ｘ成
分）２１によってＸ成分の強度信号となって透過し、レ
ンズ１１で受信ファイバー８へと導かれる。また、反射
光は、検光子（Ｙ成分）２２を透過してＹ成分の強度信
号となって透過し、レンズ１１で受信ファイバー８へと
導かれる。このようにＸ，Ｙ成分の各々の反射光は受信
ファイバー８，８を経て検出器９，９へと導かれ、検出
器９，９で電気信号に変換される。信号処理回路（信号
処理ユニット）１０ではＸ，Ｙ成分の電気信号より電流
を計算して出力する。反射鏡１３は反射鏡取り付け具１
９に取り付けられ、この反射鏡取り付け具１９と光学ユ
ニット１７を近接した位置に配置して、共通のベース２
０に取り付けることによって、常に光ファイバーの入射
端と出射端を近接した位置に保持している。

【００５０】本実施例は上記のような配置構成とするこ
とによって、ファイバーの形状がいかに変ってもセンサ
ーファイバーのループは常に閉じられており、浮遊磁界
の影響のない電流測定が可能となる。また、光ファイバ
ー６は可撓性のあるチューブ１８の中に収納され、ファ
イバーを機械的に保護すると共にファイバーに小さい半
径の曲げが生じることを抑制し、曲げによる応力によっ
て発生する光弾性効果による偏光の乱れを防いでいる。

【００５１】また、本実施例はチューブ１８に限定され
るものではなく、光ファイバーを可撓性のある支持物で
保持することが特徴であり、本実施例の変形例（請求項
２及び請求項３対応）として例えば図２に示すような櫛
形３０の支持物の溝に光ファイバー６を収納し、その櫛
形の溝に嵌合する蓋３１を用いても本実施例と同様の効
果が得られる。

【００５２】また、チューブの代わりに、光ファイバー
を捻ったものを更にコーティングを施してそのまま固定
した光ファイバー（特願平５−３１３９１６号参照）を
用いた場合でも、本実施例と同様の効果がある。

【００５３】図３は本発明の第２実施例（請求項４対
応）の要部の斜視図である。図に示すように、本実施例
の電流計測装置に係わるフランジ２３は、その内部に光
学ユニット１７、反射鏡１３及びセンサーファイバー６
等を収納するガイド２３Ｇを設け、導体（図示せず）を
囲うように中央で２分割したフランジ２３Ａ，２３Ｂか
ら構成されており、このフランジ２３は光学ユニット１
７、反射鏡１３及びセンサーファイバー６等の電流測定
装置を機械的に保持し、保護する機能を有している。ま
た、分割されたフランジ２３Ａ，２３Ｂ同士を組合わせ
た場合、両フランジ２３Ａ，２３Ｂがずれないように分
割面に位置合わせ用のピン２４とその挿入穴（図示せ
ず）を設けている。導体（図示せず）への取り付け時
は、まず分割フランジ２３Ａ，２３Ｂを導体の両側に配
置した後、一方の分割フランジ２３Ａのピン２４を他方
の分割フランジ２３Ｂの挿入穴に挿入してフランジ２３
とし、次に送受信ファイバー３，８、光学ユニット１
７、センサーファイバー６及び反射鏡１３からなる光学
系をフランジ２３のガイド２３Ｇ内に配置する。

【００５４】上記したように、本実施例によると、導体
を取り外すことなく、電流計測装置を導体に装着でき
る。また、フランジ２３内にガイド２３Ｇを設けている
ことから、ファイバー６にキンクを生じることなく捻り
を加えることができ、低複屈折の光ファイバーコイルを
実現できる。この時、ファイバー６のガイド位置はフラ
ンジ２３の内周部に限定されるものではなく、フランジ
２３の外周部に設けてもよい。

【００５５】図４は本発明の第３実施例（請求項６対
応）の一部を断面で示した側面図である。図に示すよう
に、本実施例は図１及び図２で説明した電流計測装置２
５の取り付け位置を、碍子２７の付け根とした場合であ
る。

【００５６】図は、電流計測装置２５をガス遮断器２６
に取り付けた場合を示しているが、ガス遮断器２６のガ
スを保持するタンクは、一般的に鉄やアルミニウム等の
金属で製造され、このタンク部分には導体に流れる電流
との相互誘導によって電流が誘起され、通電電流とは逆
方向の電流が流れる。この電流の大きさ及びその経路
は、タンク形状や材質に依存するが、その振る舞いは複
雑である。このことから、このタンク電流による磁束の
影響を受けるところに電流計測装置を配置すると、誤差
を生じることとなる。

【００５７】一方、碍子上部は高圧、タンク部は接地電
位となっているため、碍子上部とタンク部には電界が加
わっている。したがって、この碍子の上部に金属や誘電
率の高い材料、例えば電流計測装置を設置すると、絶縁
性の低下を引き起こす。そのため、碍子を支えているタ
ンクのフランジ２８に電流計測装置２５を取り付けるた
めの支え２９を取り付け、この支え２９の上に電流計測
装置２５を取り付けると、ほぼ接地電位の位置に電流計
測装置２５を取り付けることができることから、絶縁性
低下の心配がない。また、この位置は、光ファイバール
ープあるいはファラデーセンサーの内側にタンク電流が
流れない位置であり、タンク電流の影響も受けない。し
たがって、絶縁及び精度を両立した光電流計測装置を設
置することができる。

【００５８】図５は本発明の第４実施例（請求項７及び
請求項１０対応）の構成図であり、電流計測装置のセン
サーファイバーの取り付け時の各部品の配置構造を示し
ている。

【００５９】図に示すように、本実施例では光源１が光
源ドライバー１４でドライブされると、光源１からの光
は送信ファイバー３で導かれ光学ユニット１７入る。光
学ユニット１７では送信ファイバー３からの光は平行光
とされ、さらに偏光子で円偏光にされ、センサーファイ
バー６をとおり、反射鏡１３で反射される。反射された
光は光学ユニット１７でＸ，Ｙの２成分の光に分離され
る。分離された光はそれぞれ受信ファイバー８，８を経
て検出器９，９へ導かれ、検出器９，９で電気信号へ変
換され、信号処理回路１０に入力される。信号処理回路
１０ではＸ，Ｙ成分の電気信号より電流を計算して出力
する。

【００６０】ところで、本実施例は、他の導体からの磁
界の影響を除去するためのものである。一般的に近接す
る導体は被測定導体に対し平行して配置されている場合
が多い。この場合、被測定導体に直交する方向の磁界が
電流測定装置に加わることとなる。そこで、本実施例の
センサーファイバー６を導体周りに取り付ける時に、そ
の入射端面及び出射端面を導体５の直径方向にずらして
取り付けている。センサーファイバー６の入射端，反射
端はその取り付け機構を考えると、完全に一致させるこ
とは不可能である。この場合、導体５から見たファイバ
ーの巻き数が、この不一致分だけずれることとなり、電
流計測装置の感度が巻き数に比例することから誤差を生
じる。しかし、このように、導体の直径方向にずらせ
ば、導体から見たファイバー巻き数は完全に整数とな
り、誤差を生じることなく電流計測装置を取り付けるこ
とが可能である。

【００６１】図６は本発明の第５実施例（請求項８及び
請求項９対応）の斜視図である。図に示すように、本実
施例では光源１が光源ドライバー１４でドライブされる
と、光源１からの光は送信ファイバー３で導かれ光学ユ
ニット１７入る。光学ユニット１７では送信ファイバー
３からの光は平行光とされ、さらに偏光子で円偏光にさ
れ、センサーファイバー６をとおり、反射鏡１３で反射
される。反射された光は光学ユニット１７でＸ，Ｙの２
成分の光に分離される。分離された光はそれぞれ受信フ
ァイバー８，８を経て検出器９，９へ導かれ、検出器
９，９で電気信号へ変換され、信号処理回路１０に入力
される。信号処理回路１０ではＸ，Ｙ成分の電気信号よ
り電流を計算して出力する。

【００６２】ところで本実施例では、センサーファイバ
ー６を導体周りに取り付ける時、その入射端面及び出射
端面を導体の軸方向にずらして取り付けている。また、
ガス絶縁導体のガスを密閉しているタンク３２部分を利
用してセンサーファイバー６を取り付けると共に、この
タンクの下部に、光学ユニット１７及び反射鏡１３を取
り付けるための座４２を設け、この座４２を導体５の軸
方向にタンク３２に取り付けている。

【００６３】上記したように、本実施例の電流計測装置
はセンサーファイバーの入射端および反射端が導体の軸
方向に一致して配置されているので、下記のような利点
がある。まず、第１に、図５の第４実施例と同様にファ
イバーの入射端及び反射端の位置が完全に一致しないこ
とによる誤差を防止できる。

【００６４】第２に、他の導体からの磁界の影響を除去
することができる。一般的に近接する導体は被測定導体
に対し平行して配置されている場合が多い。この場合、
被測定導体に直交する方向の磁界が電流計測装置に加わ
ることとなる。入射端及び反射端を導体の軸方向にずら
して配置したことによって、導体に直交する磁界の影響
を除去することができるので、高精度の電流測定を行う
ことができる。

【００６５】第３に、導体とタンクは、電磁力や近くに
設置された機器の動作による振動を受け、導体及びセン
サーファイバーとの相対位置が変化することとなる。こ
の時、図７（Ａ）に示すように、導体から見た見かけ上
のファイバーの巻き数が変化することとなり誤差を生じ
る。しかし、本発明による電流計測装置においては、図
７（Ｂ）に示すように、見かけ上の巻き数は常に一定で
あり誤差を生じない。

【００６６】図８は本発明の第６実施例（請求項９、請
求項１９及び請求項２０対応）の構成図であり、干渉型
の電流計測装置に適用した例である。図に示すように、
本実施例の電流計測装置は、偏光子４と、５は導体、フ
ァイバー６と、検出器９と、ＳＬＤ３３と、ファイバー
３４と、ファイバーカップラー３５と、位相変調子３６
と、λ／４板３７と、信号処理装置３８と、コネクター
３９とから構成されている。なお、５は被測定対象とな
る導体である。

【００６７】本実施例が適用される干渉型の電流計測装
置は、複屈折の影響の少ない高精度の電流計測を実現す
る手段として注目されている。その構成及び作用につい
ては、特願平５−３３３１９６号に詳細に記入されてい
るので、ここではその説明は省略する。

【００６８】本実施例が適用する干渉型の電流計測装置
では、センサーファイバー６が完全に平ループ化できる
が、導体５に取り付ける場合、ループの中に導体を通す
必要があるため、導体の取り外しは不可欠である。しか
し、図に示すようにファイバー６の一カ所にコネクター
３９を取り付けておけば、このコネクター３９を取り外
すことによって、導体５を取り外すことなく、電流計測
装置の着脱が可能である。通常、このコネクター３９部
分での偏光の乱れや損失が、電流計測装置の誤差となっ
てしまうが、干渉型を用いると、偏光の乱れ，損出の変
化の影響を極めて小さくでき、高精度の電流計測が可能
である。また、光ファイバー６の接続手段はコネクター
３９に限定されるものではなく、例えば、融着によって
も同等の効果を得ることが可能である。

【００６９】図９は本発明の第７実施例（請求項１１及
び請求項１４対応）の構成図である。図に示すように、
光源１が光源ドライバー１４でドライブされると、光源
１からの光は送信ファイバー３で導かれレンズ１１に入
る。この送信ファイバー３の端部はフェレール１５で支
持され、座４２に取り付けられている。レンズ１１では
送信ファイバー３からの光は平行光とされ、さらに偏光
子４で直線偏光にされる。この光は９０°折り返しミラ
ー４０で折り返して、ファラデー素子１２へ入射する。
ファラデー素子１２内でファラデー旋光を受けた光は、
９０°折り返しミラー４０で折り返され、偏光ビームス
プリッター４６でＸ，Ｙの２成分の光に分離される。分
離された光はそれぞれレンズ１１，１１で受信ファイバ
ー８，８へ導かれる。Ｘ，Ｙ成分の各々の光は受信ファ
イバー８，８を経て検出器９，９へ導かれ、検出器９，
９で電気信号へ変換され、信号処理回路１０に入力され
る。信号処理回路１０ではＸ，Ｙ成分の電気信号より電
流を計算して出力する。

【００７０】本実施例では、導体５の周りには鉄心４１
を配置し、導体５の通電電流による磁束を導いている。
鉄心４１は３つの部材、すなわち鉄心ａ４３，鉄心ｂ４
４，鉄心ｃ４５から構成されている。このうち、鉄心ｂ
４４は取り外しが可能であり、この鉄心ｂ４４を取り外
すことによって導体５への着脱を可能としている。この
ように、着脱のために取り外す部材は鉄心ｂ４４のみで
あり、他の部材は取り付けたままで着脱が可能である。
着脱により誤差の生じやすい光学部品は動かす必要がな
いため誤差が生じにくい電流計測が可能である。

【００７１】図１０は第７実施例の変形例（請求項１２
及び請求項１３対応）である。図に示すように、本変形
例は鉄心４３，４４の切り欠き部を導体５の点対称の位
置に２カ所設けている。一方の切り欠き部は導体５を通
す穴とし、もう一方の切り欠き部には光学部品、すなわ
ち偏光子４、レンズ１１、ファラデー素子１２、フェル
ール１５、偏光ビームスプリッター４６を配置してい
る。このように、鉄心４３，４４を回転対称位置に配置
することによって、導体５との相対位置の変化や他相電
流や浮遊磁界からの影響を極めて小さくすることがで
き、高精度の電流計測が可能となる。

【００７２】なお、鉄心の配置は、本変形例に限定され
るものではなく、例えば図１１（Ａ）または同図（Ｂ）
に示すように、座４２に取り付けた鉄心４１を導体５の
回転対称位置に配置すれば本変形例と同等の効果が得ら
れる。

【００７３】図１２は本発明の第８実施例（請求項１５
対応）である電流計測装置の校正装置の構成図であり、
校正部分以外の構成は図１と同一であるので、同一部分
には同一符号を付してその説明は省略する。

【００７４】図に示すように、本実施例は光ファイバー
を用いた電流センサーのセンサーファイバー６の周りに
校正用巻線４９が取り付けられており、校正用巻線４９
は電源４８に接続されている。この校正用巻線４９に流
れる電流は電流計５０によって測定される。このよう
に、校正用巻線４９を別に設けたことにより導体に電流
を通電する前に、電流計測装置の校正が可能であり、校
正作業の簡便化がはかれる。例えば、送電線や変電所に
用いるような大電流を測定する必要がある場合、校正時
に被測定電流を正確に測定すること自体が困難である
が、このように校正用巻線を用いれば、比較的小さな電
流で校正が可能となり、校正の精度向上を図ることがで
きる。

【００７５】図１３は第８実施例の変形例（請求項１６
対応）である。図に示すように、本変形例は、光ファイ
バー６を校正用導体５１に巻き付けている構成が図１２
の第８実施例と異なる点であり、その他の構成は同一で
あるので、同一部分には同一符号を付してその説明は省
略する。

【００７６】本実施例も第８実施例と同様、導体に電流
を通電する前に、電流計測装置の校正が可能であり、校
正作業の簡便化がはかれる。したがって扱いやすい電流
レベルでの校正作業が可能であり、精度のよい校正が可
能となる。

【００７７】図１４は本発明の第９実施例（請求項１７
対応）の構成図であり、図１２の電流計測装置校正時の
信号処理回路の調整方法を説明するための図である。図
に示すように、本実施例では信号処理回路は、プリント
基板５２に実装され、受信ファイバー８，８によって伝
送されたＸ，Ｙ成分の光強度信号を受光器９，９で電気
信号に変換し、電子回路で電流値を演算し、光リンク送
信器５３から光リンクファイバー５４を通して必要な機
器に電流信号を送信する役目をしている。このとき、プ
リント基板上に電流計測装置の感度を調整するためのデ
ィップスイッチ５５を設けておき、校正試験の結果から
ディップスイッチ５５を設定し、電流計測装置の感度を
標準器の感度に一致させる。

【００７８】このように、本実施例によると、ディップ
スイッチ５５の設定により簡便に校正が可能であり、電
流計測装置の取り付け再現性による誤差の補正を短時間
で行うことができる。ディップスイッチ５５による感度
の調整方法は、信号処理にマイコンを用いて、このディ
ップスイッチ５５の信号をマイコンに読み取らせるか、
或いは、マルチプライイングＤＡＣのデジタル入力部に
このディップスイッチ５５の信号を入力し、調整を行う
など様々な方法が考えられる。

【００７９】更に、微妙な調整が必要な場合には、図１
５に示すような変形例（請求項１８対応）が考えられ
る。すなわち、この場合は可変抵抗器５６を使用する
か、或いは可変抵抗器とディップスイッチの併用などが
考えられる。なお、１０は信号処理回路、５７は固定抵
抗器、５８はオペアンブ、５９は増幅器である。

【００８０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の電流計測
装置（請求項１乃至請求項２０対応）によれば、被測定
電流の流れる導体を取り外すことなく電流計測装置を挿
入できる、また振動や浮遊磁場、偏心などの影響がな
く、さらに現場での校正作業が容易となる等の特徴があ
るので、高精度の電流計測ができるという優れた効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の構成図。

【図２】図１の光ファイバー支持物の他の構成図。

【図３】本発明の第２実施例の要部の斜視図。

【図４】本発明の第３実施例の一部を断面で示した側面
図。

【図５】本発明の第４実施例の構成図。

【図６】本発明の第５実施例の斜視図。

【図７】本発明におけるファイバー巻き数を説明するた
めの図。

【図８】本発明の第６実施例の構成図。

【図９】本発明の第７実施例の構成図。

【図１０】図９の変形例の構成図。

【図１１】図９の他の変形例の構成図。

【図１２】本発明の第８実施例の構成図。

【図１３】図１２の変形例の構成図。

【図１４】本発明の第９実施例の構成図。

【図１５】図１４の変形例の構成図。

【図１６】従来の電流計測装置の構成図。

【図１７】従来の電流計測装置の光学部の模式図。

【図１８】図１７の光路を示す図。

【符号の説明】

１…光源、２…安定化電源、３…送信ファイバー、４…
偏光子、５…導体、６…センサーファイバー、７…検光
子、８…受信ファイバー、９…検出器、１０…信号処理
回路、１１…レンズ、１２…ファラデー素子、１３…反
射鏡、１４…光源ドライバー、１５…フェルール、１６
…ビームスプリッター、１７…光学ユニット、１８…チ
ューブ、１９…反射鏡取り付け具、２０…ベース、２
１，２２…検光子、２３…ファイバー収納フランジ、２
４…位置合せピン、２５…電流計測装置、２６…遮断
器、２７…碍子、２８…タンクフランジ、２９…支え、
３０…ファイバー支持物、３１…蓋、３２…タンク、３
３…ＳＬＤ、３４…ファイバー、３５…ファイバーカッ
プラー、３６…位相変調子、３７…λ／４板、３８…信
号処理装置、３９…コネクター、４０…９０°折り返し
ミラー、４１…鉄心、４２…座、４３…鉄心ａ、４４…
鉄心ｂ、４５…鉄心ｃ、４６…偏光ビームスプリッタ
ー、４７…光学部品部、４８…電源、４９…校正巻線、
５０…電流計、５１…校正導体、５２…プリント基板、
５３…光リンク送信器、５４…光リンクファイバー、５
５…ディップスイッチ、５６…可変抵抗器、５７…固定
抵抗器、５８…オペアンブ、５９…増幅器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者寺井清寿神奈川県川崎市川崎区浮島町２番１号株式会社東芝浜川崎工場内 (72)発明者生田栄東京都世田谷区奥沢３−２−181号東芝変電機器テクノロジー株式会社内Ｆターム(参考） 2G025 AA00 AA03 AA05 AA06 AA11 AB10 AB13 AC06 2G035 AA27 AB08 AD18 AD35 AD37 AD38 AD43

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光ファイバーのファラデー効果を利用し
た電流計測装置において、電流路を切断することなく被
測定導体に取り付けが可能としたことを特徴とする電流
計測装置。
【請求項２】請求項１記載の電流計測装置において、
前記光ファイバーを可撓性のある支持物に収納したこと
を特徴とする電流計測装置。
【請求項３】請求項１記載の電流計測装置において、
捻った光ファイバーの上に更にコーティングを施すこと
によって当該捻った光ファイバーをそのまま固定したこ
とを特徴とする電流計測装置。
【請求項４】請求項１記載の電流計測装置において、
光ファイバーを分割可能な支持物に収納し、この支持物
が導体の周りに配置したことを特徴とする電流計測装
置。
【請求項５】請求項１記載の電流測定装置において、
光源と、この光源からの光を直線偏光や円偏光等の所定
の偏光状態にする偏光素子と、電流により生じた磁界の
変化を磁気光学効果を利用して光の偏光状態の変化に変
換する光ファイバーと、この光ファイバーにより生じた
偏光状態の変化を光強度の変化に変換する検光素子と、
この検光素子の光強度の変化を電気信号に変換する検出
器と、この検出器より得られた電気信号より電流を計算
する信号処理ユニットと、光ファイバーの一端に光を折
り返すための反射手段を設け、前記光ファイバー中を往
復光路として用いたことを特徴とする電流計測装置。
【請求項６】請求項１記載の電流計測装置において、
この電流計測装置をガス絶縁電力機器の碍子の付け根に
取り付けたことを特徴とする電流計測装置。
【請求項７】請求項１記載の電流計測装置において、
光ファイバーの入射端及び出射端を、導体の直径方向に
ずらして配置したことを特徴とする電流計測装置。
【請求項８】請求項１記載の電流計測装置において、
光ファイバーの入射端及び出射端を、導体の軸方向にず
らして配置したことを特徴とする電流計測装置。
【請求項９】請求項１記載の電流計測装置において、
センサーとなる光ファイバーにコネクターを取り付け、
このコネクターを取り外すことによって導体への着脱を
可能にしたことを特徴とする電流計測装置。
【請求項１０】請求項１記載の電流計測装置におい
て、センサーである光ファイバーの入射端及び出射端或
いは折り返し端を、近接して取り付けるための固定部材
を設けたことを特徴とする電流計測装置。
【請求項１１】光源と、この光源からの光を直線偏光
や円偏光等の所定の偏光状態にする偏光素子と、電流に
より生じた磁束を導き，比透磁率が１より大きい材料で
電流の周りを取り巻いているコアと、磁界の変化をファ
ラデー効果を利用して光の偏光状態の変化に変換するフ
ァラデー素子と、このファラデー素子により生じた偏光
状態の変化を光強度の変化に変換する検光素子と、光強
度の変化を電気信号に変換する検出器と、この検出器よ
り得られた電気信号より電流を計算する信号処理ユニッ
トよりなる電流計測装置において、前記コアを２つ以上
の部材から形成し、少なくとも１つの部材を取り外すこ
とによって電流路を切断することなく被測定導体に取り
付け可能としたことを特徴とする電流計測装置。
【請求項１２】光源と、この光源からの光を直線偏光
や円偏光等の所定の偏光状態にする偏光素子と、電流に
より生じた磁束を導き，比透磁率が１より大きい材料で
電流の周りを取り巻いているコアと、磁界の変化をファ
ラデー効果を利用して光の偏光状態の変化に変換するフ
ァラデー素子と、このファラデー素子により生じた偏光
状態の変化を光強度の変化に変換する検光素子と、光強
度の変化を電気信号に変換する検出器と、この検出器よ
り得られた電気信号より電流を計算する信号処理ユニッ
トよりなる電流計測装置において、前記コアを導体の全
周よりも短くし、この短くした隙間から電流路を切断す
ることなく被測定導体に取り付け可能としたことを特徴
とする電流計測装置。
【請求項１３】請求項１２記載の電流計測装置におい
て、コアの配置を回転対称体状とし、コアの切り欠き部
分を２カ所以上設け、このうちの少なくとも１カ所を導
体へ挿入するための切り欠きとし、さらに少なくとも前
記１カ所にファラデー素子などの光学素子を配置したこ
とを特徴とする電流計測装置。
【請求項１４】光源と、この光源からの光を直線偏光
や円偏光等の所定の偏光状態にする偏光素子と、磁界の
変化をファラデー効果を利用して光の偏光状態の変化に
変換するファラデー素子と、このファラデー素子により
生じた偏光状態の変化を光強度の変化に変換する検光素
子と、光強度の変化を電気信号に変換する検出器と、こ
の検出器より得られた電気信号より電流を計算する信号
処理ユニットよりなる電流計測装置において、前記ファ
ラデー素子を２つ以上の部材から形成し、さらにこの２
つ以上の部材に光を導くための反射光学系を設け、この
うちの少なくとも１つの部材を取り外すことによって電
流路を切断することなく被測定導体に取り付け可能とし
たことを特徴とする電流計測装置。
【請求項１５】請求項１記載の電流計測装置におい
て、ファラデー素子の周りにコイルを取り付け、このコ
イルに電流を通電することによって校正を行えるように
したことを特徴とする電流計測装置。
【請求項１６】請求項１記載の電流計測装置におい
て、校正時の電流を通電させる校正用導体を設け、この
校正用導体の周りに光ファイバーを巻き付けたことを特
徴とする電流計測装置。
【請求項１７】請求項１記載の電流計測装置におい
て、その電子回路部分にスイッチを設け、このスイッチ
の設定によって電流計測装置の感度を可変としたことを
特徴とする電流計測装置。
【請求項１８】請求項１記載の電流計測装置におい
て、その電子回路部分に可変抵抗器を設け、この可変抵
抗器を調節することによって電流計測装置の感度を可変
としたことを特徴とする電流計測装置。
【請求項１９】請求項１記載の電流計測装置におい
て、センサーとなる光ファイバーを２分割し、導体へ装
着した後に分割部を融着により接続することを特徴とす
る電流計測装置。
【請求項２０】請求項９または請求項１９記載の電流
計測装置において、被測定磁界または被測定電流によっ
て誘起される磁界の影響を受ける位置に配置されたファ
ラデーセンサーである光ファイバーと、光源と、この光
源から発せられた光を２つに分離し、この分離した光を
前記光ファイバーにそれぞれ結合する分離手段と、前記
光ファイバーから出射した２つの光を再結合する結合手
段と、この結合した光を検出して光電変換する検出手段
とを備えた光学装置と、前記検出手段によって得られた
電気信号を処理して前記２つの光の位相差を検出し、こ
の位相差から電流を測定する信号処理装置とを有する干
渉型の光応用センサーであることを特徴とする電流計測
装置。