JP2001050988A - 光電流センサを用いる電流測定方法およびその装置 - Google Patents
光電流センサを用いる電流測定方法およびその装置Info
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- JP2001050988A JP2001050988A JP11224821A JP22482199A JP2001050988A JP 2001050988 A JP2001050988 A JP 2001050988A JP 11224821 A JP11224821 A JP 11224821A JP 22482199 A JP22482199 A JP 22482199A JP 2001050988 A JP2001050988 A JP 2001050988A
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- Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】通電電流が大電流の領域においても保護対象と
する電力設備の流入及び流出する電流の差の正確な測定
が可能な光電流センサを用いる測定方法及び装置を提供
する。 【解決手段】第一の光電流センサ２は流入電流ｉ１を、
第二の光電流センサ３は流出電流ｉ２を測定するように
設置する。信号処理手段１は発光手段１２と受光手段１
６、交流信号検出手段１７、直流信号検出手段１８、除
算手段１９、電源周波数成分検出手段２０を備える。光
信号伝送手段４は発光手段１２と第一の光電流センサ２
の間、第一の光電流センサ２と第２の光電流センサ３の
間、第二の光電流センサ３と受光手段１６の間を直列に
接続する。光電流センサで測定した差電流の信号に含ま
れる電力設備の通電電流に対して２倍の周波数成分を、
通電電流と同じ周波数成分のみ取り出し、差電流ｉ１−
ｉ２に比例した出力を得る。
する電力設備の流入及び流出する電流の差の正確な測定
が可能な光電流センサを用いる測定方法及び装置を提供
する。 【解決手段】第一の光電流センサ２は流入電流ｉ１を、
第二の光電流センサ３は流出電流ｉ２を測定するように
設置する。信号処理手段１は発光手段１２と受光手段１
６、交流信号検出手段１７、直流信号検出手段１８、除
算手段１９、電源周波数成分検出手段２０を備える。光
信号伝送手段４は発光手段１２と第一の光電流センサ２
の間、第一の光電流センサ２と第２の光電流センサ３の
間、第二の光電流センサ３と受光手段１６の間を直列に
接続する。光電流センサで測定した差電流の信号に含ま
れる電力設備の通電電流に対して２倍の周波数成分を、
通電電流と同じ周波数成分のみ取り出し、差電流ｉ１−
ｉ２に比例した出力を得る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はファラデー効果を利
用して導体に流れる被測定電流の測定をする方法および
装置に関する。
用して導体に流れる被測定電流の測定をする方法および
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、電力系統における保護継電方式で
は、変流器で検出された機器導体の電流信号を、保護継
電装置に伝達し、保護継電装置で故障判定のための演算
と判定を行っている。この保護継電装置の低コスト化、
軽量化を目的として、従来の巻線型電流変成器による電
流測定方法に代えて、故障判定機能を有する光電流セン
サによる電流測定方法が提案され、既に特願平１０−３
６３９９４として出願されている。
は、変流器で検出された機器導体の電流信号を、保護継
電装置に伝達し、保護継電装置で故障判定のための演算
と判定を行っている。この保護継電装置の低コスト化、
軽量化を目的として、従来の巻線型電流変成器による電
流測定方法に代えて、故障判定機能を有する光電流セン
サによる電流測定方法が提案され、既に特願平１０−３
６３９９４として出願されている。
【０００３】光電流センサによる電流測定方法を実施す
る従来装置のブロック図を図５に示す。発光手段１２、
受光手段１６、交流信号検出手段１７、直流信号検出手
段１８、除算手段１９よりなる信号処理手段１と、偏光
手段１４、電流検出手段１１、強度変調手段１５よりな
る第一の光電流センサ２及び第一の光電流センサ２と同
様に構成される第二の光電流センサ３、光信号伝送手段
４により構成される。第一の光電流センサ２及び第二の
光電流センサ３は、電力系統の保護対象電力設備５に接
続される導体を周回するように設けられている。ここで
第一の光電流センサ２内の光の伝搬方向は保護対象電力
設備５への流入電流ｉ１によって発生する磁界方向と一
致するように設けられており、第二の光電流センサ３内
の光の伝搬方向は保護対象電力設備５からの流出電流ｉ
２によって発生する磁界と相反するように設けられてい
る。
る従来装置のブロック図を図５に示す。発光手段１２、
受光手段１６、交流信号検出手段１７、直流信号検出手
段１８、除算手段１９よりなる信号処理手段１と、偏光
手段１４、電流検出手段１１、強度変調手段１５よりな
る第一の光電流センサ２及び第一の光電流センサ２と同
様に構成される第二の光電流センサ３、光信号伝送手段
４により構成される。第一の光電流センサ２及び第二の
光電流センサ３は、電力系統の保護対象電力設備５に接
続される導体を周回するように設けられている。ここで
第一の光電流センサ２内の光の伝搬方向は保護対象電力
設備５への流入電流ｉ１によって発生する磁界方向と一
致するように設けられており、第二の光電流センサ３内
の光の伝搬方向は保護対象電力設備５からの流出電流ｉ
２によって発生する磁界と相反するように設けられてい
る。
【０００４】所定の波長の光を出射する発光手段１２か
ら出射された光Ｐ０は、第一の光電流センサ２に至る。
発光手段１２からの光Ｐ０は第一の光電流センサ２の偏
光手段１４によって直線偏光になり、この直線偏光を電
流検出手段１１に入射する。入射光は、流入電流ｉ１に
よって発生する磁界によるファラデー効果を受け、流入
電流ｉ１の大きさに比例して偏波面が角度θ１だけ回転
する。流入電流ｉ１と偏波面の回転角θ１の関係はベル
デ定数をＶとしたとき θ１＝Ｖｉ１ となる。第一の光電流センサ２の出射光Ｐ１は、偏波面
の回転角θ１を強度変調手段１５により強度に変調され
た光となる。ここで、流入電流ｉ１を正弦波交流信号と
すると、第一の光電流センサ２の出射光Ｐ１は以下の式
で表される。 Ｐ１＝(1/2)Ｐ０（１＋sin２θ１） ＝(1/2)Ｐ０｛１＋sin（２ＶＩ１sinωｔ）｝・・・・(１) ここでｉ１＝Ｉ１sinωｔ、Ｉ１は流入電流の波高値、
ω（＝２πｆ）は角周波数、ｆは流入電流の周波数であ
る。
ら出射された光Ｐ０は、第一の光電流センサ２に至る。
発光手段１２からの光Ｐ０は第一の光電流センサ２の偏
光手段１４によって直線偏光になり、この直線偏光を電
流検出手段１１に入射する。入射光は、流入電流ｉ１に
よって発生する磁界によるファラデー効果を受け、流入
電流ｉ１の大きさに比例して偏波面が角度θ１だけ回転
する。流入電流ｉ１と偏波面の回転角θ１の関係はベル
デ定数をＶとしたとき θ１＝Ｖｉ１ となる。第一の光電流センサ２の出射光Ｐ１は、偏波面
の回転角θ１を強度変調手段１５により強度に変調され
た光となる。ここで、流入電流ｉ１を正弦波交流信号と
すると、第一の光電流センサ２の出射光Ｐ１は以下の式
で表される。 Ｐ１＝(1/2)Ｐ０（１＋sin２θ１） ＝(1/2)Ｐ０｛１＋sin（２ＶＩ１sinωｔ）｝・・・・(１) ここでｉ１＝Ｉ１sinωｔ、Ｉ１は流入電流の波高値、
ω（＝２πｆ）は角周波数、ｆは流入電流の周波数であ
る。
【０００５】第一の光電流センサ２の出射光Ｐ１は、第
二の光電流センサ３に至る。第二の光電流センサ３は第
一の光電流センサ２と同様の構成から成る。Ｐ１は、流
出電流ｉ２（＝Ｉ２sinωｔ）によって発生する磁界に
よるファラデー効果を受け、流出電流ｉ２の大きさに比
例して偏波面が角度θ２だけ回転する。第二の光電流セ
ンサ３の出射光Ｐ２は以下の式で表される。 Ｐ２＝(1/2)Ｐ１（１−sin２θ２） ＝(１/４)Ｐ０（１＋sin２θ１）（１−sin２θ２）・・・・(２) Ｐ２は、受光手段１６に入射し、電気信号に変換された
後、交流信号検出手段１７、直流信号検出手段１８によ
り直流成分と交流成分に分離され、除算手段１９で交流
成分を直流成分で除する。これは光信号が伝送される際
の光量損失を補償するためである。この時除算手段１９
の出力Ｓは以下の式で表される。 Ｓ＝（Ｐ２の交流成分）／（Ｐ２の直流成分） ・・・・(３)
二の光電流センサ３に至る。第二の光電流センサ３は第
一の光電流センサ２と同様の構成から成る。Ｐ１は、流
出電流ｉ２（＝Ｉ２sinωｔ）によって発生する磁界に
よるファラデー効果を受け、流出電流ｉ２の大きさに比
例して偏波面が角度θ２だけ回転する。第二の光電流セ
ンサ３の出射光Ｐ２は以下の式で表される。 Ｐ２＝(1/2)Ｐ１（１−sin２θ２） ＝(１/４)Ｐ０（１＋sin２θ１）（１−sin２θ２）・・・・(２) Ｐ２は、受光手段１６に入射し、電気信号に変換された
後、交流信号検出手段１７、直流信号検出手段１８によ
り直流成分と交流成分に分離され、除算手段１９で交流
成分を直流成分で除する。これは光信号が伝送される際
の光量損失を補償するためである。この時除算手段１９
の出力Ｓは以下の式で表される。 Ｓ＝（Ｐ２の交流成分）／（Ｐ２の直流成分） ・・・・(３)
【０００６】ここで、流入電流ｉ１及び流出電流ｉ２が
大電流でない場合、 sin２θ１≒２θ１、sin２θ２≒２θ２ ・・・・(４) が成立し、（２）式は Ｐ２＝(１/４)Ｐ０（１＋２θ１−２θ２−４θ１θ２） となる。この時 １≫２θ２ １≫２θ１ も同時に成
立するので Ｐ２＝(１/４)Ｐ０（１＋２θ１−２θ２） ＝(１/４)Ｐ０｛１＋２Ｖ（Ｉ１−Ｉ２）sinωｔ｝・・・・(５) となる。（５）式より（３）式を計算すると、 Ｓ＝２Ｖ（Ｉ１−Ｉ２）sinωｔ ・・・・(６) となり、保護対象電力設備５の流入電流ｉ１＝（Ｉ１si
nωｔ）と流出電流ｉ２＝（Ｉ２sinωｔ）の差電流ｉ１
−ｉ２に比例した出力を得ることができる。
大電流でない場合、 sin２θ１≒２θ１、sin２θ２≒２θ２ ・・・・(４) が成立し、（２）式は Ｐ２＝(１/４)Ｐ０（１＋２θ１−２θ２−４θ１θ２） となる。この時 １≫２θ２ １≫２θ１ も同時に成
立するので Ｐ２＝(１/４)Ｐ０（１＋２θ１−２θ２） ＝(１/４)Ｐ０｛１＋２Ｖ（Ｉ１−Ｉ２）sinωｔ｝・・・・(５) となる。（５）式より（３）式を計算すると、 Ｓ＝２Ｖ（Ｉ１−Ｉ２）sinωｔ ・・・・(６) となり、保護対象電力設備５の流入電流ｉ１＝（Ｉ１si
nωｔ）と流出電流ｉ２＝（Ｉ２sinωｔ）の差電流ｉ１
−ｉ２に比例した出力を得ることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記に述べた
ような方式では、電力設備に流入および流出する電流が
大電流であった場合、（４）式が成立せず、（６）式の
ようには差電流に比例した出力を得ることができない。
本発明の目的とするところは、大電流領域においても差
電流を正確に測定できる光電流センサを用いる電流測定
方法および装置を提案することである。
ような方式では、電力設備に流入および流出する電流が
大電流であった場合、（４）式が成立せず、（６）式の
ようには差電流に比例した出力を得ることができない。
本発明の目的とするところは、大電流領域においても差
電流を正確に測定できる光電流センサを用いる電流測定
方法および装置を提案することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】そこで本発明では、電力
設備の流入電流により作られる磁界方向と一致するよう
に光信号を周回させてこの光信号の偏波面を回転させた
後、この光信号をさらに前記電力設備の流出電流が作る
磁界の方向と相反するように周回させて偏波面を回転さ
せて光信号を検出し、この光信号中の交流信号と直流成
分を分離して演算処理し前記電力設備の流入電流と流出
電流の差電流を測定する電流測定方法において、前記分
離した光信号中の交流成分より電源周波数の二倍の周波
数成分の信号を除去し、差電流信号を演算処理すること
を特徴とする。また、電力設備に接続された導体の外周
に設置され前記電力設備の流入電流と流出電流を個別に
測定する二台の周回積分型の光電流センサと、信号処理
手段をそれぞれ光ファイバで接続して設け、前記第一の
光電流センサ中の光の伝搬方向を電力設備の流入電流が
作る磁界の方向と一致するように、また第二の光電流セ
ンサ中の光の伝搬方向を電力設備の流出電流が作る磁界
の方向と相反するように設置して前記電力設備の流入電
流と流出電流の差電流を測定する電流測定装置におい
て、前記信号処理手段に電源周波数の二倍の周波数成分
の信号を除去するフィルタ回路を設けたことを特徴とす
る。
設備の流入電流により作られる磁界方向と一致するよう
に光信号を周回させてこの光信号の偏波面を回転させた
後、この光信号をさらに前記電力設備の流出電流が作る
磁界の方向と相反するように周回させて偏波面を回転さ
せて光信号を検出し、この光信号中の交流信号と直流成
分を分離して演算処理し前記電力設備の流入電流と流出
電流の差電流を測定する電流測定方法において、前記分
離した光信号中の交流成分より電源周波数の二倍の周波
数成分の信号を除去し、差電流信号を演算処理すること
を特徴とする。また、電力設備に接続された導体の外周
に設置され前記電力設備の流入電流と流出電流を個別に
測定する二台の周回積分型の光電流センサと、信号処理
手段をそれぞれ光ファイバで接続して設け、前記第一の
光電流センサ中の光の伝搬方向を電力設備の流入電流が
作る磁界の方向と一致するように、また第二の光電流セ
ンサ中の光の伝搬方向を電力設備の流出電流が作る磁界
の方向と相反するように設置して前記電力設備の流入電
流と流出電流の差電流を測定する電流測定装置におい
て、前記信号処理手段に電源周波数の二倍の周波数成分
の信号を除去するフィルタ回路を設けたことを特徴とす
る。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態について
添付図面を参照して説明する。図１は本発明の光電流セ
ンサによる電流測定方法を実施する装置のブロック図を
示す。尚、以下の説明では、上記従来の技術で参照した
図及び式において、同一もしくは相当する部分には同一
符号を付してその説明は省略する。
添付図面を参照して説明する。図１は本発明の光電流セ
ンサによる電流測定方法を実施する装置のブロック図を
示す。尚、以下の説明では、上記従来の技術で参照した
図及び式において、同一もしくは相当する部分には同一
符号を付してその説明は省略する。
【００１０】図１に示した本発明の実施の形態では、発
光手段１２、受光手段１６、交流信号検出手段１７、直
流信号検出手段１８、除算手段１９、電源周波数成分検
出手段２０よりなる信号処理手段１と、偏光手段１４、
電流検出手段１１、強度変調手段１５よりなる第一の光
電流センサ２及び第一の光電流センサ２と同様に構成さ
れる第二の光電流センサ３、により構成される。まず従
来の技術で述べたのと同様に、第一の光電流センサ２及
び第二の光電流センサ３に、流入電流ｉ１、流出電流ｉ
２が流れた場合を考える。この時（４）式が成立しない
ような大電流が流れた場合には、（２）式で示した第二
の光電流センサの出射光Ｐ２は Ｐ２＝(1/4)Ｐ０｛１＋sin(２ＶＩ１sinωｔ）｝×｛１−sin(２ＶＩ２sinωｔ ）｝ ・・・・(７) と表される。
光手段１２、受光手段１６、交流信号検出手段１７、直
流信号検出手段１８、除算手段１９、電源周波数成分検
出手段２０よりなる信号処理手段１と、偏光手段１４、
電流検出手段１１、強度変調手段１５よりなる第一の光
電流センサ２及び第一の光電流センサ２と同様に構成さ
れる第二の光電流センサ３、により構成される。まず従
来の技術で述べたのと同様に、第一の光電流センサ２及
び第二の光電流センサ３に、流入電流ｉ１、流出電流ｉ
２が流れた場合を考える。この時（４）式が成立しない
ような大電流が流れた場合には、（２）式で示した第二
の光電流センサの出射光Ｐ２は Ｐ２＝(1/4)Ｐ０｛１＋sin(２ＶＩ１sinωｔ）｝×｛１−sin(２ＶＩ２sinωｔ ）｝ ・・・・(７) と表される。
【００１１】ここで sin(２ＶＩｎsinωｔ）をフーリ
エ級数展開することにより周波数成分毎に分解すること
を試みると、以下の（８）式で表せる。
エ級数展開することにより周波数成分毎に分解すること
を試みると、以下の（８）式で表せる。
【００１２】
【数１】 ここでＪｋ(ａ)はｋ次のBessel関数である。
【００１３】（８）式の３次以降の項を微小であるとし
て無視すれば、（７）式は Ｐ２＝(1/4)Ｐ０｛１＋Ａ１sinωｔ｝｛１−Ａ２sinωｔ｝・・・・(９ａ) で表せる。ここで Ａ１=２Ｊ１(２ＶＩ１) ・・・・(９ｂ) Ａ２=２Ｊ１(２ＶＩ２) ・・・・(９ｃ) である。（９ａ）式を展開し、三角関数の公式 sin２
φ＝(1/2)｛１−cos２φ｝を用いると Ｐ２＝(1/4)Ｐ０｛１＋２(Ａ１−Ａ２)sinωｔ−４Ａ１Ａ２sin２ωｔ｝ ＝(1/4)Ｐ０ ｛１−２Ａ１Ａ２＋２(Ａ１−Ａ２)sinωｔ ＋２Ａ１Ａ２cos２ωｔ ｝ ・・・・(９ ｄ) となる。この時の除算手段１９の出力Ｓは（９ｄ）式よ
り（３）式で計算することで以下の様に求められる。 Ｓ＝ Ｂ１sinωｔ＋Ｂ２ cos２ωｔ ・・・・(１ ０ａ) ここで Ｂ１＝２(Ａ１−Ａ２）／（１−２Ａ１Ａ２）・・・・(１０ｂ) Ｂ２＝ ２Ａ１Ａ２／（１−２Ａ１Ａ２) ・・・・(１０ｃ) （１０ａ）式に示すように除算手段１９の出力Ｓは、第
一項に示された差電流ｉ １−ｉ２の周波数成分の他に、
第二項に示された通電電流の２倍の周波数成分の項から
成る。
て無視すれば、（７）式は Ｐ２＝(1/4)Ｐ０｛１＋Ａ１sinωｔ｝｛１−Ａ２sinωｔ｝・・・・(９ａ) で表せる。ここで Ａ１=２Ｊ１(２ＶＩ１) ・・・・(９ｂ) Ａ２=２Ｊ１(２ＶＩ２) ・・・・(９ｃ) である。（９ａ）式を展開し、三角関数の公式 sin２
φ＝(1/2)｛１−cos２φ｝を用いると Ｐ２＝(1/4)Ｐ０｛１＋２(Ａ１−Ａ２)sinωｔ−４Ａ１Ａ２sin２ωｔ｝ ＝(1/4)Ｐ０ ｛１−２Ａ１Ａ２＋２(Ａ１−Ａ２)sinωｔ ＋２Ａ１Ａ２cos２ωｔ ｝ ・・・・(９ ｄ) となる。この時の除算手段１９の出力Ｓは（９ｄ）式よ
り（３）式で計算することで以下の様に求められる。 Ｓ＝ Ｂ１sinωｔ＋Ｂ２ cos２ωｔ ・・・・(１ ０ａ) ここで Ｂ１＝２(Ａ１−Ａ２）／（１−２Ａ１Ａ２）・・・・(１０ｂ) Ｂ２＝ ２Ａ１Ａ２／（１−２Ａ１Ａ２) ・・・・(１０ｃ) （１０ａ）式に示すように除算手段１９の出力Ｓは、第
一項に示された差電流ｉ １−ｉ２の周波数成分の他に、
第二項に示された通電電流の２倍の周波数成分の項から
成る。
【００１４】ここで（１０ｂ）式の差電流の周波数成分
の項Ｂ１を計算により評価することを試みる。本電流測
定方法において要求される測定電流を３３ｋＡ以下のケ
ースとする。このケースにおいて、波長１５５０ｎｍの
鉛ガラスファイバ型光電流センサのベルデ定数Ｖ＝３．
９３×１０−６[rad/A]を用いると、（１０ｂ）式は Ｂ１≒α（ｉ１−ｉ２）・・・・(１０ｄ) で表せる。計算の結果、αの誤差は通電電流が２４ｋＡ
で１％以下、通電電流が３３ｋＡ以下で２％以下であ
る。同様に、（１０ｃ）式の通電電流の２倍の周波数成
分の項Ｂ２を計算により評価することを試みる。通電電
流が３３ｋＡまでで、Ｂ２が最大となるのはｉ１＝ｉ２
の条件で、ｉ１＝３３ｋＡの場合でありこの時、Ｂ２は
６．２ｋＡ相当の大きさとなる。
の項Ｂ１を計算により評価することを試みる。本電流測
定方法において要求される測定電流を３３ｋＡ以下のケ
ースとする。このケースにおいて、波長１５５０ｎｍの
鉛ガラスファイバ型光電流センサのベルデ定数Ｖ＝３．
９３×１０−６[rad/A]を用いると、（１０ｂ）式は Ｂ１≒α（ｉ１−ｉ２）・・・・(１０ｄ) で表せる。計算の結果、αの誤差は通電電流が２４ｋＡ
で１％以下、通電電流が３３ｋＡ以下で２％以下であ
る。同様に、（１０ｃ）式の通電電流の２倍の周波数成
分の項Ｂ２を計算により評価することを試みる。通電電
流が３３ｋＡまでで、Ｂ２が最大となるのはｉ１＝ｉ２
の条件で、ｉ１＝３３ｋＡの場合でありこの時、Ｂ２は
６．２ｋＡ相当の大きさとなる。
【００１５】すなわち、（１０ａ）式は、通電電流３３
ｋＡ以下において、除算手段１９の出力Ｓの通電電流と
同じ周波数成分においては、保護対象電力設備５の流入
電流ｉ１と流出電流ｉ２の差電流ｉ１−ｉ２に比例した
出力であるが、通電電流の２倍の周波数成分が誤差成分
として発生していることを意味する。除算手段１９の出
力Ｓから、電源周波数成分検出手段２０により、２倍の
周波数成分を取り除いた信号により、電力設備への流入
電流ｉ１と流出電流ｉ２の差電流ｉ１−ｉ２に比例した
出力を得ることができる。
ｋＡ以下において、除算手段１９の出力Ｓの通電電流と
同じ周波数成分においては、保護対象電力設備５の流入
電流ｉ１と流出電流ｉ２の差電流ｉ１−ｉ２に比例した
出力であるが、通電電流の２倍の周波数成分が誤差成分
として発生していることを意味する。除算手段１９の出
力Ｓから、電源周波数成分検出手段２０により、２倍の
周波数成分を取り除いた信号により、電力設備への流入
電流ｉ１と流出電流ｉ２の差電流ｉ１−ｉ２に比例した
出力を得ることができる。
【００１６】図２には、本発明による実施の形態とし
て、光電流センサによる電流測定装置の説明図を示して
いる。この光電流センサによる電流測定装置は、光源３
２、光電変換器３６、ハイパスフィルタ３７、ローパス
フィルタ３８、割算器３９、フィルタ回路４０よりなる
電子回路部２１と、偏光子３４、ファラデー素子３１、
検光子３５よりなる第一の光電流センサ２２及び第一の
光電流センサ２２と同様に構成される第二の光電流セン
サ２３と、光ファイバ伝送路２４とにより構成される。
このように構成された電流測定装置においては、上記図
１を用いて示した第一の実施の形態と同様に、第一の光
電流センサ２２及び第二の光電流センサ２３を、電力系
統の保護対象電力設備２５に接続される導体を周回する
ように設け、第一の光電流センサ２２内の光の伝搬方向
は保護対象電力設備２５への流入電流ｉ １によって発生
する磁界方向と一致するように設けられており、第二の
光電流センサ２３内の光の伝搬方向は保護対象電力設備
２５からの流出電流ｉ２によって発生する磁界と相反す
るように設けられることにより、割算器３９からの出力
は、通電電流と同じ周波数成分においては、保護対象電
力設備２５の流入電流ｉ１と流出電流ｉ２の差電流ｉ１
−ｉ２に比例した出力であり、さらに通電電流の２倍の
周波数成分が誤差成分として重畳している。２倍の周波
数成分のみ除去する手段としては、フィルタ回路４０が
よく知られており、容易に構成することができる。よっ
てこの光電流センサを用いる電流測定装置において、誤
差成分となる通電電流の２倍の周波数成分を取り除くフ
ィルタ回路を設けることにより、保護対象となる電力設
備の流入電流と流出電流の差電流を正確に求めることが
できる。
て、光電流センサによる電流測定装置の説明図を示して
いる。この光電流センサによる電流測定装置は、光源３
２、光電変換器３６、ハイパスフィルタ３７、ローパス
フィルタ３８、割算器３９、フィルタ回路４０よりなる
電子回路部２１と、偏光子３４、ファラデー素子３１、
検光子３５よりなる第一の光電流センサ２２及び第一の
光電流センサ２２と同様に構成される第二の光電流セン
サ２３と、光ファイバ伝送路２４とにより構成される。
このように構成された電流測定装置においては、上記図
１を用いて示した第一の実施の形態と同様に、第一の光
電流センサ２２及び第二の光電流センサ２３を、電力系
統の保護対象電力設備２５に接続される導体を周回する
ように設け、第一の光電流センサ２２内の光の伝搬方向
は保護対象電力設備２５への流入電流ｉ １によって発生
する磁界方向と一致するように設けられており、第二の
光電流センサ２３内の光の伝搬方向は保護対象電力設備
２５からの流出電流ｉ２によって発生する磁界と相反す
るように設けられることにより、割算器３９からの出力
は、通電電流と同じ周波数成分においては、保護対象電
力設備２５の流入電流ｉ１と流出電流ｉ２の差電流ｉ１
−ｉ２に比例した出力であり、さらに通電電流の２倍の
周波数成分が誤差成分として重畳している。２倍の周波
数成分のみ除去する手段としては、フィルタ回路４０が
よく知られており、容易に構成することができる。よっ
てこの光電流センサを用いる電流測定装置において、誤
差成分となる通電電流の２倍の周波数成分を取り除くフ
ィルタ回路を設けることにより、保護対象となる電力設
備の流入電流と流出電流の差電流を正確に求めることが
できる。
【００１７】図３及び図４は上記実施例において、光源
波長８４０ｎｍの鉛ガラスファイバ型光電流センサを２
台用いて、本実施例に従って差電流を測定したときの鉛
ガラスファイバ型光電流センサの出力波形である。これ
までの説明では光源波長１５５０ｎｍとして説明してき
た。それにもかかわらず光源波長８４０ｎｍで実験を行
った理由は、そのほうが２倍の周波数成分の発生量が多
いため、実験上原理を確認しやすいと考えたことによ
る。図３に差電流０Ａ(ｉ１−ｉ２＝0A、ｉ１＝2000A）
の時の出力波形と周波数特性を示す。また図４に差電流
100A（ｉ１−ｉ２＝100A、ｉ１＝2000A）の時の出力波
形と周波数特性を示す。差電流０Ａ時の光電流センサの
出力は50Hz成分は2.8A相当、100Hz成分は76.3Ａ相当で
あった。差電流100Ａ時の光電流センサの出力は50Hz成
分は100.9Ａ相当、100Hz成分は78.7Ａ相当であった。50
Hz成分の誤差の要因としては２台の光電流センサの感度
のバラツキ、電子回路部のベースノイズが考えられる。
100Hz成分の誤差は、（１０ｃ）式により求められる計
算値に対して１％以下であり、上記実施例で説明した結
果とよく一致していることを確認した。
波長８４０ｎｍの鉛ガラスファイバ型光電流センサを２
台用いて、本実施例に従って差電流を測定したときの鉛
ガラスファイバ型光電流センサの出力波形である。これ
までの説明では光源波長１５５０ｎｍとして説明してき
た。それにもかかわらず光源波長８４０ｎｍで実験を行
った理由は、そのほうが２倍の周波数成分の発生量が多
いため、実験上原理を確認しやすいと考えたことによ
る。図３に差電流０Ａ(ｉ１−ｉ２＝0A、ｉ１＝2000A）
の時の出力波形と周波数特性を示す。また図４に差電流
100A（ｉ１−ｉ２＝100A、ｉ１＝2000A）の時の出力波
形と周波数特性を示す。差電流０Ａ時の光電流センサの
出力は50Hz成分は2.8A相当、100Hz成分は76.3Ａ相当で
あった。差電流100Ａ時の光電流センサの出力は50Hz成
分は100.9Ａ相当、100Hz成分は78.7Ａ相当であった。50
Hz成分の誤差の要因としては２台の光電流センサの感度
のバラツキ、電子回路部のベースノイズが考えられる。
100Hz成分の誤差は、（１０ｃ）式により求められる計
算値に対して１％以下であり、上記実施例で説明した結
果とよく一致していることを確認した。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による光電
流センサによる電流測定方法および装置によれば大電流
領域においても、保護対象とする電力設備に流入および
流出する電流の差電流を正確に測定できる。
流センサによる電流測定方法および装置によれば大電流
領域においても、保護対象とする電力設備に流入および
流出する電流の差電流を正確に測定できる。
【図１】本発明による実施の形態を示し、光電流センサ
を用いる電流測定方法を実施する装置のブロック図であ
る。
を用いる電流測定方法を実施する装置のブロック図であ
る。
【図２】本発明による他の実施の形態を示し、光電流セ
ンサを用いる電流測定装置の説明図である。
ンサを用いる電流測定装置の説明図である。
【図３】本実施例に従って差電流を測定したときの光電
流センサの出力波形の一例である。
流センサの出力波形の一例である。
【図４】本実施例に従って差電流を測定したときの光電
流センサの出力波形の一例である。
流センサの出力波形の一例である。
【図５】光電流センサを用いる電流測定方法を実施する
従来装置のブロック図である。
従来装置のブロック図である。
１ 信号処理手段 ２ 第一の光電流センサ ３ 第二の光電流センサ ４ 光信号伝送手段 ５ 保護対象電力設備 １１ 電流検出手段 １２ 発光手段 １４ 偏光手段 １５ 強度変調手段 １６ 受光手段 １７ 交流信号検出手段 １８ 直流信号検出手段 １９ 除算手段 ２０ 電源周波数成分検出手段 ２１ 電子回路部 ２２ 第一の光電流センサ ２３ 第二の光電流センサ ２４ 光ファイバ伝送路 ２５ 保護対象電力設備 ３１ ファラデー素子 ３２ 光源 ３４ 偏光子 ３５ 検光子 ３６ 光電変換器 ３７ ハイパスフィルタ ３８ ローパスフィルタ ３９ 割算器 ４０ フィルタ回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岨 知宏 愛知県西春日井郡西枇杷島町芳野町３丁目 １番地 株式会社高岳製作所技術開発セン ター内 (72)発明者 千田 善文 宮城県黒川郡大衡村桔梗平１番地 株式会 社高岳製作所仙台事業所内 (72)発明者 小林 保則 東京都千代田区神田神保町１丁目50番地 株式会社高岳製作所電力営業部内 (72)発明者 黒澤 潔 神奈川県横浜市鶴見区江ヶ崎町４番１号 東京電力株式会社電力技術研究所内 (72)発明者 山下 和徳 神奈川県横浜市鶴見区江ヶ崎町４番１号 東京電力株式会社電力技術研究所内 (72)発明者 大河原 健治 東京都千代田区内幸町１丁目１番３号 東 京電力株式会社工務部内 Ｆターム(参考） 2G025 AA00 AA12 AB10 AC07
Claims (2)
- 【請求項１】電力設備の流入電流により作られる磁界方
向と一致するように光信号を周回させてこの光信号の偏
波面を回転させた後、この光信号をさらに前記電力設備
の流出電流が作る磁界の方向と相反するように周回させ
て偏波面を回転させて光信号を検出し、この光信号中の
交流信号と直流成分を分離して演算処理し前記電力設備
の流入電流と流出電流の差電流を測定する電流測定方法
において、前記分離した光信号中の交流成分より電源周
波数の二倍の周波数成分の信号を除去し、差電流信号を
演算処理することを特徴とする光電流センサを用いる電
流測定方法。 - 【請求項２】電力設備に接続された導体の外周に設置さ
れ前記電力設備の流入電流と流出電流を個別に測定する
二台の周回積分型の光電流センサと、信号処理手段をそ
れぞれ光ファイバで接続して設け、前記第一の光電流セ
ンサ中の光の伝搬方向を電力設備の流入電流が作る磁界
の方向と一致するように、また第二の光電流センサ中の
光の伝搬方向を電力設備の流出電流が作る磁界の方向と
相反するように設置して前記電力設備の流入電流と流出
電流の差電流を測定する電流測定装置において、前記信
号処理手段に電源周波数の二倍の周波数成分の信号を除
去するフィルタ回路を設けたことを特徴とする光電流セ
ンサを用いる電流測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22482199A JP3439390B2 (ja) | 1999-08-09 | 1999-08-09 | 光電流センサを用いる電流測定方法およびその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22482199A JP3439390B2 (ja) | 1999-08-09 | 1999-08-09 | 光電流センサを用いる電流測定方法およびその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001050988A true JP2001050988A (ja) | 2001-02-23 |
| JP3439390B2 JP3439390B2 (ja) | 2003-08-25 |
Family
ID=16819736
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22482199A Expired - Fee Related JP3439390B2 (ja) | 1999-08-09 | 1999-08-09 | 光電流センサを用いる電流測定方法およびその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3439390B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003069754A1 (fr) * | 2002-02-18 | 2003-08-21 | Takaoka Electric Mfg. Co., Ltd. | Appareil de relais protecteur comprenant un detecteur de courant photoelectrique |
| JP2004304915A (ja) * | 2003-03-31 | 2004-10-28 | Tm T & D Kk | 差動保護リレーシステム |
| JP2005140519A (ja) * | 2003-11-04 | 2005-06-02 | Mitsubishi Electric Corp | 保護継電装置 |
| JP2007312552A (ja) * | 2006-05-19 | 2007-11-29 | Toshiba Corp | 電流差動保護システム |
| WO2021147163A1 (zh) * | 2020-01-20 | 2021-07-29 | 山东大学 | 一种基于磁光测量元件的相差保护方法及系统 |
-
1999
- 1999-08-09 JP JP22482199A patent/JP3439390B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003069754A1 (fr) * | 2002-02-18 | 2003-08-21 | Takaoka Electric Mfg. Co., Ltd. | Appareil de relais protecteur comprenant un detecteur de courant photoelectrique |
| JPWO2003069754A1 (ja) * | 2002-02-18 | 2005-06-09 | 株式会社高岳製作所 | 光電流センサを用いる保護継電装置 |
| CN100399660C (zh) * | 2002-02-18 | 2008-07-02 | 株式会社高岳制作所 | 使用光电流传感器的保护继电装置 |
| JP2004304915A (ja) * | 2003-03-31 | 2004-10-28 | Tm T & D Kk | 差動保護リレーシステム |
| JP2005140519A (ja) * | 2003-11-04 | 2005-06-02 | Mitsubishi Electric Corp | 保護継電装置 |
| JP2007312552A (ja) * | 2006-05-19 | 2007-11-29 | Toshiba Corp | 電流差動保護システム |
| JP4543007B2 (ja) * | 2006-05-19 | 2010-09-15 | 株式会社東芝 | 電流差動保護システム |
| WO2021147163A1 (zh) * | 2020-01-20 | 2021-07-29 | 山东大学 | 一种基于磁光测量元件的相差保护方法及系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3439390B2 (ja) | 2003-08-25 |
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