JP2000155137A - 光変成器及び光変換形計器用変圧器 - Google Patents

光変成器及び光変換形計器用変圧器

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JP2000155137A
JP2000155137A JP10330533A JP33053398A JP2000155137A JP 2000155137 A JP2000155137 A JP 2000155137A JP 10330533 A JP10330533 A JP 10330533A JP 33053398 A JP33053398 A JP 33053398A JP 2000155137 A JP2000155137 A JP 2000155137A
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optical
sensor
transformer
vibration
capacitor
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JP10330533A
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English (en)
Inventor
Akira Uchida
晃 内田
Tokio Yamagiwa
時生 山極
Masatomo Kobayashi
正朋 小林
Isamu Sone
曽根  勇
Yoshimasa Kubota
善征 久保田
Toshiji Shirokura
利治 白倉
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の課題は、従来技術の課題となっている
外部振動により生じる光変成器の出力ノイズを抑制し、
高精度で信頼性の高い光変成器を提供することにある。 【解決手段】電気光学素子,偏光子,検光子からなる光
電圧センサを制振用ダンパを介して電力用機器に取付け
ることにより達成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電力用機器の電圧を
測定する光変成器及び光変換形計器用変圧器に係り、例
えばガス絶縁開閉装置の電圧をポッケルス効果で測定す
るものに好適な光変成器及び光変換形計器用変圧器に関
する。
【0002】
【従来の技術】電気光学素子の電気光学効果(ポッケル
ス効果)を利用して電圧を測定する光電圧センサは、光
ファイバ伝送技術を利用する為、絶縁信頼性が高く電気
的ノイズを受けにくい測定系を構成できるので近年急速
に適用が拡大している。例えば特開平5−36551号公報に
その一例が示されている。
【0003】図4は従来技術による光変成器の一例を示
すものである。
【0004】該図に示すごとく、電力用課電部100
(導体部)の電圧V1をコンデンサC1(31),C2(3
2)により分圧し、この分圧電圧V2をコンデンサC31
(C32)を介して光電圧センサ6a(6b)に分圧印加
し、電圧を測定する方式のものである。光電圧センサ6
a(6b)からの出力は光ファイバ7a,7b(7c,7
d)を介して信号処理部8a(8b)に接続され、電気
信号に変換される。本構成では一つの分圧部に対し二つ
の出力信号を取出し二重化を図ったものである。
【0005】一方、光PDセンサに振動が加わると、ポ
ッケルス素子の光弾性効果によって光量効果が発生し、
また、光ファイバなどの光伝送系が振動すると光量変化
が発生する。信号処理回路では、光量変化の発生原因を
分離できずに処理するので、振動が光PDセンサに印加
すると、振動に比例した光PD出力が発生して、これが
計器用変圧器の振動ノイズになる。
【0006】このため、従来の光PDセンサでは、例え
ば特開平8−146047 号公報,特開平8−278330 号公報等
のように、光弾性効果の大きな要因であるポッケルス素
子を接着しないで、そのほかの光学部品と密着させて固
定させ、更に光センサ内部で光学部品をばねで押して固
定する方式を採用している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】このような電気光学素
子を用いた光変成器は、小形で過渡電圧波形も忠実に再
現できるという特徴を持っているが、電力用変成器とし
て高い精度と高信頼性を要求される用途に使用される場
合、電力用機器からの外部振動等の過酷な環境に対して
も充分な測定精度を有することが不可欠である。上記し
た従来技術では光電圧センサを電力機器に直接取付ける
構造であった為、外部振動を受けた場合、その振動が減
衰せず光電圧センサに伝達され、電気光学素子の光弾性
効果により出力ノイズが発生するという問題に対し配慮
されていなかった。
【0008】本発明の目的は、従来技術の課題となって
いる外部振動により生じる出力ノイズを抑制し、高精度
で信頼性の高い光変成器を提供するにある。
【0009】また、他の目的は、振動が発生する設置環
境に光PDセンサを据付けても振動ノイズは発生せず、
高精度な測定が可能な光変換形計器用変圧器を提供する
にある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的は電気光学素
子,偏光子,検光子からなる光電圧センサを制振用ダン
パを介して電力用機器に支持することにより達成され
る。
【0011】また、上記目的を達成するために、P偏光
とS偏光との差動演算結果を光PD出力とするセンサ構
造を及び処理回路方式を採用し、これと組合わせて光P
Dセンサを緩衝材で3方向から保持することを特徴とす
る。緩衝材で保持することで、光センサユニットに加わ
った応力を低減することができる。一方、緩衝材で保持
することで、光伝送系の振動が大きくなり、各偏光成分
の光量変化が大きくなる副作用があるが、この光量変化
は差動演算方式で低減することができる。また、設置環
境の振動条件に対応した緩衝材とするために、急峻な共
振特性を持つように防振設計を行い、振動応答倍率が1
以下になる周波数が、設置環境の主要な振動周波数より
十分に低くする。更に、ファイバ芯線で発生する光量変
化を最小にするために、ファイバ芯線が天地方向を向く
ように光センサユニットを収納箱に設置している。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、図示した実施例に基づいて
本発明を説明する。
【0013】図2は本発明の一実施例を示すもので、接
地タンク10内に中心導体2を配置したガス絶縁装置1
(以下GISと略す)の電圧変換器の例を示している。
【0014】該図の如く、GIS1の内部に絶縁物4に
より支持した電極3を配置し、中心導体2と電極3の間
で一次側のコンデンサC1(31)を形成し、密封端子5
を介してGIS1の外に引出し、二次側のコンデンサC
2(32)と接続する。基本的にはこの二つのコンデンサ
31,32によりGIS1の電圧V1 を分圧して低電圧
の分圧V2 を得る。この分圧された電圧V2をさらにコ
ンデンサC3a(33a)(C3b(33b))、及びコン
デンサCsa(34a)(Csb(34b))により分
圧し、コンデンサCsa(34a)(Csb(34
b))に並列に設けた光電圧センサ6a(6b:図示省
略)によりこの分圧V3 を測定する構成としている。
【0015】そして、本実施例では光電圧センサ6a
(6b)は制振用ダンパ40a(40b:図示省略)を介
して収納箱50に取付けられ、収納箱50は接地タンク
10に固定されている。
【0016】なお、従来と同様二重系として引き出す構
成としている。
【0017】図1は図2の要部詳細図を示すもので、該
図の如く、光電圧センサ6aは紡錘台形状の上下各2個
の制振用ダンパ40aにて収納箱50に一方向から支持
されている。
【0018】電力機器に発生した外部振動が接地タンク
10より収納箱50に加わった場合、その振動は制振用
ダンパ40aで減衰される為、光電圧センサ6aへは減
衰された小さな振動しか伝達されない。従って、電気光
学素子の光弾性効果により発生する光電圧センサ6aの
出力ノイズは振動の低減量に対応して減少する。
【0019】本実施例では光電圧センサ6aは一方向の
みから制振用ダンパ40aに支持されているが、外部振
動主成分方向と同方向に制振用ダンパ40a取付方向を
選定すれば振動減衰効果が高く、従って外部振動に対し
出力ノイズ特性の良好な光変成器を実現できる。
【0020】図3は本発明の他の実施例を示す要部詳細
図である。図1と異なる点は、図1では光電圧センサ6
aは一方向のみから制振用ダンパ40aで支持されてい
るのに対し、図3は光電圧センサ6aが、互いに直交す
る三方向とも制振用ダンパ40aで支持されている点で
ある(但し平面図のみ記載の為、制振用ダンパ40aは二
方向のみしか図示されていない)。制振用ダンパ40a
を三方向に設けることにより、任意の方向からの外部振
動に対しこれを同等に減衰させる為、外部振動に対する
光電圧センサ6aの出力ノイズ特性の方向依存性をなく
すことが可能となり、より高精度な光変成器を実現する
ことができる。
【0021】なお、外部振動が特定の二方向に大きい場
合には、制振用ダンパ40aも対応する二方向に設けれ
ば良い。
【0022】又、光変成器にて電圧を測定する電力用機
器は屋外で使用される場合、光変成器の環境温度範囲は
広くなる。その際、外部振動の減衰特性を広い温度範囲
で安定的に確保することが重要となる。従って、バネ特
性,減衰特性の温度依存性が少ないシリコンゲル材を制
振用ダンパ40aに用いることにより、光電圧センサが
小形で簡素な構造となり、かつ、年間を通じ高精度で安
定した光変成器を実現することができる。
【0023】次に、本発明の他の実施例について説明す
る。図5は光変換形計器用変圧器の全体構成を示すもの
である。
【0024】該図の如く、光変換形計器用変圧器は、光
PDセンサ11とコンデンサCと抵抗Rからなる光セン
サユニット12,光センサユニット12を据付ける収納
箱13,GIS14の内部の分圧電極15と中心導体1
6とで構成するガス空間コンデンサC1 とGIS14の
外部のコンデンサC2 で構成する分圧部17,ポッケル
ス効果によって光量変化を測定する信号処理回路18,
信号処理回路18と光PDセンサ11との間を光伝送す
る光ファイバ19から概略構成されている。上述した光
センサユニット12の内部構造において、光PDセンサ
11,光PDセンサ11を3軸方向から保持する緩衝材
20,光PDセンサ11と光密封端子21a,21b,
21cと接続する光ファイバ芯線22a,22b,22
cを選別して図6に示す。
【0025】該図の如く、P偏光とS偏光の光ファイバ
芯線22b,22cは、2本が同じ振動を受けるように
中央部で結束している。光PDセンサ11は、光センサ
ユニット12の内部にセンサ内箱23を設けて、光PD
センサ11とセンサ内箱23との隙間に緩衝材20を挿
入している。
【0026】図7にセンサ内箱23を拡大して示す。該
図に示すごとく、緩衝材20は、両端にネジがついたシ
リコーン製インシュレータであり、センサ内箱23と光
PDセンサ11と緩衝材20はネジで固定されている。
また、光軸方向24には各1個、その他の面には各2個
のインシュレータを用いており、どの方向から振動が加
わっても防振機能が働くようになっている。
【0027】図8に本実施例の緩衝材の振動特性を示
す。該図の縦軸に示す振動応答倍率αは、外部から印加
した加速度が緩衝材内部の光センサにはα倍になって加
わることを示す。一般の緩衝材では、25で示すような
平坦な共振特性を持つ場合が多い。一般の緩衝材が示す
共振特性25は、防振構造の開発過程で測定した突起付
きゲルシート(シーゲル社)の振動特性である。本発明
による緩衝材の共振特性26では、急峻な共振特性を持
っており、図8の設計条件では、周波数30Hz以上の
外部振動が加わった時には防振構造として機能すること
が分かる。
【0028】緩衝材の共振特性は、光PDセンサ設置環
境の振動特性周波数から決定すべきであり、具体的には
インシュレータのバネ定数・粘性抵抗と使用本数,光P
Dセンサ重量から設計できる。いずれにしても、緩衝材
の振動応答倍率が1以下になる周波数が、光PDセンサ
設置位置における主要な振動周波数より低いことが、防
振構造として重要である。
【0029】また、本実施例では、ファイバ芯線で発生
する光量変化を最小にするために、図6で示した光セン
サユニットの光ファイバ芯線が天地方向を向くように光
センサを収納箱に設置している。
【0030】このような本実施例の構成とすることによ
り、緩衝材で保持することで光伝送系の振動が大きくな
って各偏光成分の光量変化が大きくなる副作用があって
も、差動演算方式で低減できる。また、設置環境の振動
条件に対応した緩衝材とするために、急峻な共振特性を
もつ防振設計を行うことができる。また、ファイバ芯線
が天地方向を向くように光センサユニットを収納箱に設
置することで、ファイバ芯線で発生する光量変化を最小
にすることができる。
【0031】
【発明の効果】以上説明した本発明によれば、外部振動
により生じる光変成器の出力ノイズを抑制でき、高精度
で信頼性の高い光変成器を提供できる。また、振動が発
生する設置環境に光PDセンサを据付けても振動ノイズ
は発生せず、高精度な測定が可能な光変換形計器用変圧
器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に採用される光センサの取付
け状態を示す要部構成図である。
【図2】本発明の光変成器の一実施例の概略を一部破断
して示す図である。
【図3】本発明の他の実施例に採用される光センサの取
付け状態を示す要部構成図である。
【図4】従来技術を示す等価回路及び構成図である。
【図5】GIS用の本発明の光変換形計器用変圧器の全
体構成を示す図である。
【図6】本発明に採用される光センサユニットの内部構
造を示す図である。
【図7】光センサユニット内部のセンサ内箱の構造を示
す図である。
【図8】本発明に採用される緩衝材の振動特性を示す周
波数の特性図である。
【符号の説明】
1,14…ガス絶縁装置(GIS)、2,16…中心導
体、3…電極、4…絶縁物、5…密封端子、6a,6b
…光電圧センサ、7a,7b…光ファイバケーブル、8
a,8b…信号処理部、10…接地タンク、11…光P
Dセンサ、12…光センサユニット、13,50…収納
箱、15…分圧電極、17…分圧部、18…信号処理回
路、19…光ファイバ、20…緩衝材、21…光密封端
子、22…ファイバ芯線、23…センサ内箱、31,3
2,33a,33b,34a,34b…コンデンサ、4
0a…制振用ダンパ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 正朋 茨城県日立市国分町一丁目1番1号 株式 会社日立製作所国分工場内 (72)発明者 曽根 勇 茨城県日立市大みか町七丁目2番1号 株 式会社日立製作所電力・電機開発本部内 (72)発明者 久保田 善征 茨城県日立市大みか町七丁目2番1号 株 式会社日立製作所電力・電機開発本部内 (72)発明者 白倉 利治 茨城県日立市大みか町七丁目2番1号 株 式会社日立製作所電力・電機開発本部内 Fターム(参考) 2G025 AA07 AB07 AB11 5E081 AA02 AA19 CC01 CC07 GG01 GG05

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電気光学素子,偏光子、及び検光子からな
    る光電圧センサの電気光学素子を用いて電力用機器の電
    圧を計測する光変成器において、 前記光電圧センサを制振用タンパを介して電力用機器に
    支持したことを特徴とする光変成器。
  2. 【請求項2】前記制振用タンパを互いに直交する2方
    向、又は3方向に支持したことを特徴とする請求項1記
    載の光変成器。
  3. 【請求項3】前記制振用タンパとしてシリコンゲル材を
    使用したことを特徴とする請求項1、又は2記載の光変
    成器。
  4. 【請求項4】光PDセンサ,コンデンサ,抵抗からなる
    光センサユニットと、該光センサユニットを複数個据付
    した収納箱と、電気機器内部のガス空間コンデンサと電
    気機器外部のコンデンサで構成する分圧部と、分圧した
    母線電圧を前記光PDセンサに印加してポッケルス効果
    による光量変化を測定する信号処理回路と、該信号処理
    回路と光PDセンサとの間を光伝送する光ファイバとを
    備えた光変換形計器用変圧器において、 前記光PDセンサは、前記光センサユニット内で緩衝材
    を介して3軸方向から保持されていることを特徴とする
    光変換形計器用変圧器。
  5. 【請求項5】前記信号処理回路は、P偏光出力とS偏光
    出力の変調度を各々求め、その後、両者の差動演算を光
    変換形計器用変圧器の出力とすることを特徴とする請求
    項4記載の光変換形計器用変圧器。
  6. 【請求項6】光PDセンサ,コンデンサ,抵抗からなる
    光センサユニットと、該光センサユニットを複数個据付
    した収納箱と、電気機器内部のガス空間コンデンサと電
    気機器外部のコンデンサで構成する分圧部と、分圧した
    母線電圧を前記光PDセンサに印加してポッケルス効果
    による光量変化を測定する信号処理回路と、該信号処理
    回路と光PDセンサとの間を光伝送する光ファイバとを
    備えた光変換形計器用変圧器において、 前記光PDセンサは、前記光センサユニット内で緩衝材
    を介して3軸方向から保持されていると共に、該緩衝材
    の振動応答倍率が1以下になる周波数が、光センサ設置
    位置における主要な振動周波数より低いことを特徴とす
    る光変換形計器用変圧器。
  7. 【請求項7】光PDセンサ,コンデンサ,抵抗からなる
    光センサユニットと、該光センサユニットを複数個据付
    した収納箱と、電気機器内部のガス空間コンデンサと電
    気機器外部のコンデンサで構成する分圧部と、分圧した
    母線電圧を前記光PDセンサに印加してポッケルス効果
    による光量変化を測定する信号処理回路と、該信号処理
    回路と光PDセンサとの間を光伝送する光ファイバとを
    備えた光変換形計器用変圧器において、 前記光センサユニットの内部では、光PDセンサと光セ
    ンサユニット密封端子との光伝送にファイバ芯線を用
    い、かつ、該光ファイバ芯線が天地方向を向くように前
    記光センサユニットを収納箱に設置したことを特徴とす
    る光変換形計器用変圧器。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017000554A (ja) * 2015-06-12 2017-01-05 オムロンヘルスケア株式会社 電動歯ブラシ
US10765323B2 (en) 2015-06-12 2020-09-08 Colgate-Palmolive Company Electric toothbrush, brush unit, and method for operating an electric toothbrush

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017000554A (ja) * 2015-06-12 2017-01-05 オムロンヘルスケア株式会社 電動歯ブラシ
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