JP2002168901A - ケーブル線路における事故区間標定システム - Google Patents

ケーブル線路における事故区間標定システム

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JP2002168901A
JP2002168901A JP2000369963A JP2000369963A JP2002168901A JP 2002168901 A JP2002168901 A JP 2002168901A JP 2000369963 A JP2000369963 A JP 2000369963A JP 2000369963 A JP2000369963 A JP 2000369963A JP 2002168901 A JP2002168901 A JP 2002168901A
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Japan
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optical fiber
conductor
linearly polarized
polarized light
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Keiichi Ouchi
啓一 大内
Kenichiro Soma
謙一郎 杣
Masayuki Yamaguchi
正幸 山口
Koichi Sato
晃一 佐藤
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Hitachi Cable Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 Y分岐接続部の構造を損なうこと無く電流セ
ンサを内蔵して各相の導体電流を検出することができる
事故区間標定システムを提供する。 【解決手段】 Y分岐接続部2内のケーブル線路の導体
の外周を周回するように電流センサ3の光ファイバを配
置し、光ファイバ内に直線偏波光を通過させたとき、導
体電流の磁界で回転する直線偏波光のファラデー回転角
を測定することによって導体電流を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、Y分岐接続部を有
するケーブル線路における事故区間標定システムに関
し、特に、Y分岐接続部の構造を損なうこと無く電流セ
ンサを内蔵して各相の導体電流を検出することができる
事故区間標定システムに関する。
【0002】
【従来の技術】従来の事故区間標定方法としては、例え
ば、各相のケーブル線路の複数個所に電流センサを取り
付け、事故時に流れる商用周波の導体電流を3相合成し
零相電流として検出した上で、複数箇所における零相電
流の位相あるいは絶対値を比較し、位相差が180度程
度変化する区間あるいは電流値が大きく変化する区間に
事故点があるものと標定するものが知られている。導体
電流の測定は、一般に、絶縁接続部あるいは終端接続部
の絶縁筒部分に、変流器(CT)や光磁界センサを取り
付けて行われている。これにより、どの相で地絡が発生
しても導体電流を検出でき、事故区間を標定することが
できる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の事故区
間標定方法によると、周囲からの誘導等の影響を除くた
め、磁性体コア材を必要とすることから、その寸法上、
電流センサをY分岐接続部の二口側の絶縁筒部に取り付
けることが非常に困難となる。このため、電流センサを
Y分岐接続部の二口側に取り付ける場合は、Y分岐接続
部の構造を変更しなければならなくなる。
【0004】従って、本発明の目的は、Y分岐接続部の
構造を損なうこと無く電流センサを内蔵して各相の導体
電流を検出することができる事故区間標定システムを提
供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、Y分岐接続部によって接続された3相のケ
ーブル線路において検出した導体電流を合成して零相化
し、その位相あるいは電流値の分布から事故区間を標定
する事故区間標定システムにおいて、前記Y分岐接続部
内の前記ケーブル線路の導体の外周を周回するように光
路を形成し、前記光路内に直線偏波光を通過させたと
き、前記導体電流の磁界で回転する前記直線偏波光のフ
ァラデー回転角を測定することによって前記導体電流を
検出する電流検出手段を備えたことを特徴とする事故区
間標定システムを提供する。導体の外周を周回するよう
に形成された光路内に直線偏波光を通過させると、導体
電流値に比例して直線偏波光の偏波面が回転するので、
偏波面の回転角(ファラデー回転角)を測定することに
よって導体電流を検出することができる。
【0006】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施の形態に係
る事故区間標定システムを示す。この事故区間標定シス
テムは、マンホール10内の電力ケーブル1の各相U,
V,WのY分岐接続部2(2U,2V,2W)に電流セ
ンサ3(3A,3B,3C)を設け、各電流センサ3
A,3B,3Cに光ケーブル線路5により複数の光学箱
4(4A,4B,4C)を介して親局11を接続したも
のである。
【0007】親局11は、直線偏波光を光ケーブル線路
5および光学箱4A,4B,4Cを介して電流センサ3
A,3B,3Cに送信し、電流センサ3A,3B,3C
で電力ケーブル1の導体に流れる電流に比例した偏波の
回転を受け、電流センサ3A,3B,3Cから戻ってき
た光を受光し、その光を信号処理して電流波形に変換す
る3つの光送受信処理部6(6U,6V,6W)と、光
送受信処理部6U,6V,6Wによって変換された電流
波形から事故区間を標定する事故区間標定部7とを備え
る。
【0008】図2は、一組の電流センサ3、光学箱4お
よび光送受信処理部6を示す。電流センサ3は、電力ケ
ーブル1の被測定電流(導体電流)が流れている導体1
aの外周に周回設置された、例えば、鉛ガラスファィバ
からなるファラデー素子としての光ファイバ3aと、こ
の光ファイバ3aの他端に、例えば、蒸着により形成さ
れた誘電体多層膜からなる反射ミラー3bとから構成さ
れている。
【0009】光学箱4は、同一光軸上に配置された第1
および第2の集光レンズ40a,40bと、第1の集光
レンズ40aと第2の集光レンズ40bとの間に配置さ
れたハーフミラー41と、ハーフミラー41で反射され
た光の光軸上に配置された例えば、偏光ビームスプリッ
タ、ウォラストン・プリズム等の偏光プリズム42と、
偏光プリズム42の出力側に設けられた第3および第4
の集光レンズ40c,40dとを備え、光源60からの
出射光が偏光子60aによって直線偏波光に整形され、
単一モード光ファイバ50および集光レンズ40aを介
してハーフミラー41に入射し、偏光プリズム42の出
射端側は、マルチモード光ファイバ51a,51bによ
って偏光プリズム42からの出射光が光電変換素子61
a,61bに入射するようになっている。
【0010】光送受信処理部6は、例えば、半導体レー
ザの如き光源60と、光源60からの光を直線偏波光に
整形する偏光子60aと、偏光プリズム42からの出射
光を電気信号に変換する第1および第2の光電変換素子
61a,61bと、光電変換素子61a,61bから送
出される電気信号を処理して電流波形に変換する信号処
理回路62とを備える。
【0011】事故区間標定部7は、各光送受信処理部6
U,6V,6Wからの電流波形を加算して零相電流を求
め、零相電流が得られた場合は、電力ケーブル1に地絡
事故が発生していないことになるので、事故区間の標定
を行わない。零相電流が得られなくなった場合は、電力
ケーブル1に地絡事故が発生したことになるので、事故
区間標定部7は、電流波形の大小、位相を比較し、事故
区間を標定する。
【0012】次に、このシステムの動作を説明する。親
局11の各光送受信処理部6U,6V,6Wの光源60
から出射される光は、偏光子60aによって直線偏波光
に整形され、その直線偏波光は、光ケーブル線路5の単
一モード光ファイバ50により、その偏波状態を維持し
た状態で、光学箱4A,4B,4C内の第1の集光レン
ズ40a、ハーフミラー41および第2の集光レンズ4
0bを介してY分岐接続部2U,2V,2Wに設けられ
た電流センサ3A,3B,3Cの光ファイバ3aに入射
する。光ファイバ3aに入射した直線偏波光は、導体1
aの外周を回って反射ミラー3bで反射し、その反射光
は、第2の集光レンズ40bを介して再びハーフミラー
41に入射する。光ファイバ3aに入射した直線偏波光
は、導体1aの外周を回って戻る間に、導体1aを流れ
る電流(導体電流)によって形成される磁界の作用によ
り、その偏波面が回転する。
【0013】光ファイバ3aからの反射光は、ハーフミ
ラー41で反射し、偏光プリズム42によって偏波面が
直交する2成分に分けられる。一方の反射光は、第3の
集光レンズ40cおよびマルチモード光ファイバ51a
を介して第1の光電変換素子61aに入射し、この素子
61aにて電気信号に変換されて信号処理回路62に出
力される。他方の反射光は、第4の集光レンズ40dお
よびマルチモード光ファイバ51bを介して第2の光電
変換素子61bに入射し、この素子61bにて電気信号
に変換されて信号処理回路62に出力される。
【0014】偏光プリズム42によって分離される直交
2成分E1,E2は、ファラデー回転角をθとすると、 E1=E0・cosθ E2=E0・sinθ と表され、光電変換素子61a,61bで検出される光
の強度I1,I2は、 I1=I0・cosθ I2=I0・sinθ となる。光電変換素子61a,61bの出力信号を受け
た信号処理回路62は、次の式よりファラデー回転角θ
を演算する。 θ=tan-1√I2/I1 そして、このファラデー回転角θから電流波形を求め、
事故区間標定部7に出力する。
【0015】事故区間標定部7は、各光送受信処理部6
U,6V,6Wからの電流波形を加算して零相電流を求
め、零相電流が得られた場合は、事故区間の標定を行わ
ず、零相電流が得られなくなった場合は、電流波形の大
小、位相を比較し、事故区間を標定を行う。
【0016】図3は、事故時の零相電流の一例を示す。
ここでは、Y分岐接続部2を中心として系統構成を簡略
し、Y分岐接続部2に発電所(変電所)A,Bの2個
所、および需要家1個所が接続されている場合を示す。
電力ケーブル1に流れる導体電流を零相合成することに
より、その流れはここで示したように簡略化して考える
ことができる。同図に示すように、電力ケーブル1のY
分岐接続部2より需要家側において事故が発生した場合
(×印で示す。)、事故時の電流iA,iBはそれぞれの
発電所A,Bからケーブル導体を通して事故点8に供給
される。この場合、第1の電流センサ3Aで検出された
電流iAの位相と第2の電流センサ3Bで検出された電
流iBの位相がほぼ同相であり、第1の電流センサ3A
で検出された電流波形と第3の電流センサ3Cで検出さ
れた電流波形とを加算したものが第2の電流センサ3B
で検出された電流波形とほぼ等しくなる。従って、これ
らの関係から、事故区間は、Y分岐接続部2と需要家と
の間であると標定することができる。
【0017】本実施の形態によれば、導体1aの外周を
周回するように形成された光ファイバ3a内に直線偏波
光を通過させてファラデー回転角を測定するようにした
ので、Y分岐接続部2の構造を殆ど変更せずに導体電流
を確実に検出できるようになり、常時の通電電流の検出
や事故時導体電流の検出による事故区間標定への応用が
可能となる。また、直線偏波光を光ファイバ3a内で往
復させているので、光ファイバ3aの曲線の捻れに起因
する偏波面の回転が相殺されるため、精度の高い電流測
定が可能となり、さらに、ファラデー回転角が2倍にな
るので、変調度が向上し、感度を向上させることができ
る。
【0018】
【実施例】図4は、本発明の実施例に係る電流センサ3
のY分岐接続部2への内蔵例を示す。電力ケーブル1の
一口側と二口側をY分岐接続するY型ユニット20は、
プレモールド絶縁体21A,21B,21Cをスプリン
グ22A,22B,22Cにより圧縮するプレハブ型構
造で絶縁され、保護ケース23内に収容されている。ま
た、Y型ユニット20は、二口側の第1および第2の絶
縁筒部20a,20bと、一口側の第3の絶縁筒部20
cに周囲に電流センサ3の光ファイバ3a,3b,3c
を周回配置し、それらの光入射側を光コネクタ24によ
って接続している。
【0019】このような構成とすることにより、電流セ
ンサ3の光ファイバ3aの直径は数mmであるため、Y
分岐接続部2自体の構造寸法を変更すること無く、電流
センサ3を内蔵させることが可能となる。また、Y分岐
接続部2に接続される電力ケーブル1の導体に流れる電
流を正確に検出することが可能となり、Y分岐接続部2
を境界点とする事故区間の標定システムを構築すること
が可能となる。
【0020】なお、光送受信処理部をマンホール内に設
置し、信号処理回路の出力を光ファイバを経由して親局
に送った上で事故区間を標定する構成でもよい。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の事故区間
標定方法によれば、導体の外周を周回するように形成さ
れた光路内に直線偏波光を通過させてファラデー回転角
を測定するようにしたので、Y分岐接続部の構造を損な
うこと無く電流センサを内蔵して各相の導体電流を検出
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る事故区間標定システ
ムを示す図である。
【図2】本発明の実施の形態における一組の電流セン
サ、光学箱および光送受信処理部を示す図である。
【図3】事故時電流の流れに関する説明図である。
【図4】本発明の実施例に係る電流センサのY分岐接続
部への内蔵例を示す図である。
【符号の説明】
1 電力ケーブル 1a 導体 2A,2B,2C Y分岐接続部 3A,3B,3C 電流センサ 3a 光ファイバ 3b 反射ミラー 4A,4B,4C 光学箱 5 光ケーブル線路 6U,6V,6W 光送受信処理部 7 事故区間標定部 8 事故点 10 マンホール 11 親局 20 Y型ユニット 20a,20b,20c 第3の絶縁筒部 21A,21B,21C プレモールド絶縁体 22A,22B,22C スプリング 23 保護ケース 24 光コネクタ 40a,40b,40c,40d 集光レンズ 41 ハーフミラー 42 偏光プリズム 50 単一モード光ファイバ 51a,51b マルチモード光ファイバ 60 光源 60a 偏光子 61a,61b 光電変換素子 62 信号処理回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山口 正幸 茨城県日立市日高町5丁目1番1号 日立 電線株式会社総合技術研究所内 (72)発明者 佐藤 晃一 茨城県日立市日高町5丁目1番1号 日立 電線株式会社総合技術研究所内 Fターム(参考) 2G033 AA02 AB02 AC02 AD21 AF01 AF03 AG13 AG14 2G059 AA03 AA05 BB08 EE02 EE05 EE17 GG01 GG04 JJ11 JJ12 JJ13 JJ17 JJ18 JJ19 JJ22 KK01 NN01 2H050 AB18Z AD06

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Y分岐接続部によって接続された3相のケ
    ーブル線路において検出した導体電流を合成して零相化
    し、その位相あるいは電流値の分布から事故区間を標定
    する事故区間標定システムにおいて、 前記Y分岐接続部内の前記ケーブル線路の導体の外周を
    周回するように光路を形成し、前記光路内に直線偏波光
    を通過させたとき、前記導体電流の磁界で回転する前記
    直線偏波光のファラデー回転角を測定することによって
    前記導体電流を検出する電流検出手段を備えたことを特
    徴とする事故区間標定システム。
  2. 【請求項2】前記電流検出手段は、前記直線偏波光を出
    射する光出射手段と、前記導体の外周を周回するように
    設けられ、前記直線偏波光を一端側から導入する光ファ
    イバと、前記光ファイバの他端側に設けられ、前記光フ
    ァイバの前記一端側から導入された前記直線偏波光を反
    射する反射ミラーと、前記反射ミラーで反射した前記直
    線偏波光を前記光ファイバの前記一端側から受光して電
    気信号に変換する光電変換部とを備えたことを特徴とす
    る請求項1記載の事故区間標定システム。
  3. 【請求項3】前記光ファイバは、鉛ガラス光ファイバで
    あることを特徴とする請求項1記載の事故区間標定シス
    テム。
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