JP2618049B2 - 光計器用変圧器 - Google Patents
光計器用変圧器Info
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- JP2618049B2 JP2618049B2 JP1217474A JP21747489A JP2618049B2 JP 2618049 B2 JP2618049 B2 JP 2618049B2 JP 1217474 A JP1217474 A JP 1217474A JP 21747489 A JP21747489 A JP 21747489A JP 2618049 B2 JP2618049 B2 JP 2618049B2
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
- G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
- G01R15/24—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using light-modulating devices
Description
この発明は、変電所等の高電圧部の電圧を、光を利用
して測定する光計器用変圧器に関するものである。
して測定する光計器用変圧器に関するものである。
従来、この種の光計器用変圧器として、高電圧導体の
電圧を分圧し、その分圧電圧を電気光学素子に印加する
ものがある。例えば、第８図は、管状ガス絶縁電気機器
に適用された従来の光計器用変圧器を示し、管状の金属
容器１の中に線路導体である高電圧導体２が収容されて
おり、金属容器１と高電圧導体２の間に中間電極３が配
設されている。密封端子４は中間電極３の電位を金属容
器１の外部へ引き出すためのものである。主コンデンサ
５は高電圧導体２と中間電極３間の浮遊静電容量からな
っている。容量６は中間電極３と金属容器２間の浮遊静
電容量である。コンデンサ７は、中間電極３の分圧電圧
を適当な値に調整するため、浮遊静電容量６と並列に、
中間電極３と大地間に接続されている。金属容器１に
は、高電圧導体２と金属容器１間の絶縁性能を高めるた
めに、絶縁ガス８が封入されている。 光電圧センサ10には、リード線９により、中間電極３
と大地間の電圧が印加されている。光ファイバ11で光電
圧センサ10に接続された信号処理回路12は、光電圧セン
サ10へ光を送受信し、光電圧センサ10に印加された電圧
に比例して強度変調された光を必要な電気量等に変換す
る。 第９図は第８図のものの等価回路であり、コンデンサ
13は、浮遊静電容量６とコンデンサ７との合成静電容量
からなる分圧コンデンサである。 以上の構成により、高電圧導体２に電圧が印加される
と、中間電極３の電圧は主コンデンサ５と分圧コンデン
サ13との分圧により決定される値となり、この電圧が光
電圧センサ10に印加される。従って、光電圧センサ10に
は高電圧導体２の電圧に比例した電圧が印加される。ま
た、信号処理回路12は、光ファイバ11を介して光電圧セ
ンサ10へ光を送り、光電圧センサ10で変調された光を再
び光ファイバ11を介して受光している。このとき、光電
圧センサ10は印加されている電圧に比例して光を変調す
るので、信号処理回路12で光信号を処理することによ
り、高電圧導体２の電圧を計測することができる。 以上のような構成においては、光電圧センサ10または
光ファイバ11もしくは信号処理回路12に故障が生じた場
合、正確な出力が得られなくなり、信号処理回路12の出
力側に接続された継電器等を誤動作させる恐れがある。
そのため、第10図に示すように、光電圧センサ10a,10
b、光ファイバ11a,11bおよび信号処理回路12a,12bとし
て２重化した構成とする場合がある。第10図の構成にお
いては、光ファイバ11aまたは11bあるいは信号処理回路
12aまたは12bにおいて故障が生じた場合、２組の信号処
理回路からの出力に差が生じるため、電圧平衡継電器等
を用い、この出力差を利用して継電器の誤動作を防止す
ることができる。光電圧センサ10aまたは10bに断線故障
が生じた場合も同様である。
電圧を分圧し、その分圧電圧を電気光学素子に印加する
ものがある。例えば、第８図は、管状ガス絶縁電気機器
に適用された従来の光計器用変圧器を示し、管状の金属
容器１の中に線路導体である高電圧導体２が収容されて
おり、金属容器１と高電圧導体２の間に中間電極３が配
設されている。密封端子４は中間電極３の電位を金属容
器１の外部へ引き出すためのものである。主コンデンサ
５は高電圧導体２と中間電極３間の浮遊静電容量からな
っている。容量６は中間電極３と金属容器２間の浮遊静
電容量である。コンデンサ７は、中間電極３の分圧電圧
を適当な値に調整するため、浮遊静電容量６と並列に、
中間電極３と大地間に接続されている。金属容器１に
は、高電圧導体２と金属容器１間の絶縁性能を高めるた
めに、絶縁ガス８が封入されている。 光電圧センサ10には、リード線９により、中間電極３
と大地間の電圧が印加されている。光ファイバ11で光電
圧センサ10に接続された信号処理回路12は、光電圧セン
サ10へ光を送受信し、光電圧センサ10に印加された電圧
に比例して強度変調された光を必要な電気量等に変換す
る。 第９図は第８図のものの等価回路であり、コンデンサ
13は、浮遊静電容量６とコンデンサ７との合成静電容量
からなる分圧コンデンサである。 以上の構成により、高電圧導体２に電圧が印加される
と、中間電極３の電圧は主コンデンサ５と分圧コンデン
サ13との分圧により決定される値となり、この電圧が光
電圧センサ10に印加される。従って、光電圧センサ10に
は高電圧導体２の電圧に比例した電圧が印加される。ま
た、信号処理回路12は、光ファイバ11を介して光電圧セ
ンサ10へ光を送り、光電圧センサ10で変調された光を再
び光ファイバ11を介して受光している。このとき、光電
圧センサ10は印加されている電圧に比例して光を変調す
るので、信号処理回路12で光信号を処理することによ
り、高電圧導体２の電圧を計測することができる。 以上のような構成においては、光電圧センサ10または
光ファイバ11もしくは信号処理回路12に故障が生じた場
合、正確な出力が得られなくなり、信号処理回路12の出
力側に接続された継電器等を誤動作させる恐れがある。
そのため、第10図に示すように、光電圧センサ10a,10
b、光ファイバ11a,11bおよび信号処理回路12a,12bとし
て２重化した構成とする場合がある。第10図の構成にお
いては、光ファイバ11aまたは11bあるいは信号処理回路
12aまたは12bにおいて故障が生じた場合、２組の信号処
理回路からの出力に差が生じるため、電圧平衡継電器等
を用い、この出力差を利用して継電器の誤動作を防止す
ることができる。光電圧センサ10aまたは10bに断線故障
が生じた場合も同様である。
以上、第10図の構成になる従来の光計器用変圧器で
は、光電圧センサ10a,10bは同一の分圧コンデンサ13と
並列に接続されているため、光電圧センサ10aまたは10b
の一方に短絡故障が生じた場合には、分圧コンデンサ13
の両端の電圧が零となり、信号処理回路12a,12bの出力
は両者共に電圧零に相当する出力となる。したがって、
出力差を利用して、継電器の誤動作の防止を行うことが
できないという問題点があった。 この発明は、上記問題点を解消するためになされたも
ので、光ファイバまたは信号処理回路に故障が生じた場
合や、光電圧センサに断線故障が生じた場合だけでな
く、光電圧センサに短絡故障が生じた場合においても、
継電器の誤動作防止を図り、２組以上の信号処理回路に
出力差が生じるようにした光計器用変圧器を得ることを
目的とする。
は、光電圧センサ10a,10bは同一の分圧コンデンサ13と
並列に接続されているため、光電圧センサ10aまたは10b
の一方に短絡故障が生じた場合には、分圧コンデンサ13
の両端の電圧が零となり、信号処理回路12a,12bの出力
は両者共に電圧零に相当する出力となる。したがって、
出力差を利用して、継電器の誤動作の防止を行うことが
できないという問題点があった。 この発明は、上記問題点を解消するためになされたも
ので、光ファイバまたは信号処理回路に故障が生じた場
合や、光電圧センサに断線故障が生じた場合だけでな
く、光電圧センサに短絡故障が生じた場合においても、
継電器の誤動作防止を図り、２組以上の信号処理回路に
出力差が生じるようにした光計器用変圧器を得ることを
目的とする。
この発明は、光電圧センサと直列に抵抗体等のインピ
ーダンスを接続した回路の少なくとも２個を分圧コンデ
ンサと並列に接続したものである。 〔作用〕 この発明においては、光電圧センサに短絡故障が生じ
た場合においても、抵抗体等のインピーダンスが光電圧
センサと直列に接続されているため、分圧コンデンサ両
端の電圧は零とならず、少なくとも２組の信号処理回路
に出力差が生じる。
ーダンスを接続した回路の少なくとも２個を分圧コンデ
ンサと並列に接続したものである。 〔作用〕 この発明においては、光電圧センサに短絡故障が生じ
た場合においても、抵抗体等のインピーダンスが光電圧
センサと直列に接続されているため、分圧コンデンサ両
端の電圧は零とならず、少なくとも２組の信号処理回路
に出力差が生じる。
第１図において、主コンデンサ５と直列に第１の分圧
コンデンサ14aが接続されている。また、主コンデンサ
５および第１の分圧コンデンサ14aと直列に第２の分圧
コンデンサ14bが接続されている。そして、第１の分圧
コンデンサ14aには光電圧センサ10aが、第２の分圧コン
デンサ14bには光電圧センサ10bが、それぞれ並列に接続
されている。 その他、第８図〜第10図におけると同一符号は同一な
いし相当部分を示している。 第２図は第１図のものの等価回路であり、通常、浮遊
静電容量６は部分圧コンデンサ14a,14bに比べ小さいた
め、ここでは省略している。 以下、第２図に基づいて動作を説明する。線路導体で
ある高電圧導体２に電圧E0が印加されたとき、光電圧セ
ンサ10aおよび10bの両端の電圧Ea,Ebはそれぞれ下式で
表される。 ここで、Zc1,Zc2,Zc3はそれぞれ主コンデンサ５、分
圧コンデンサ14a、分圧コンデンサ14bのインピーダン
ス、Za,Zbはそれぞれ光電圧センサ10a,10bの自己インピ
ーダンスである。 通常Za,Zb＞＞Zc2,Zc3なので、上式は次のように簡略
化される。 いま、光電圧センサ10aの両端の電圧が零となるよう
な短絡故障が発生すると、光電圧センサ10a,10bのそれ
ぞれの電圧Ea0,Eb0は次のようになる。 従って、信号処理回路12a,12bからは、それぞれEa0,E
b0に相当する出力が得られ、２組の信号処理回路12a,12
bの出力に差が生じることとなる。 また、分圧比をZc1:Zc2:Zc3＝3000:1:1のように設定
した光計器用変圧器においては、光電圧センサ10aの短
絡故障前後における光電圧センサ10b両端の電圧変化Eb0
／Ebは約0.03％と非常に小さいため、光電圧センサ10a
の故障時においても、光電圧センサ10b側の出力を利用
することにより、精度の高い計測も可能になるという利
点も併せもつことがわかる。 以上では、光電圧センサ10aが短絡故障を生じた場合
について述べたが、光電圧センサ10bあるいは分圧コン
デンサ14aまたは14bが短絡故障を生じた場合についても
同様に２組の信号処理回路の出力に差が生じることとな
る。 なお、この例では、分圧コンデンサが大地側に設置さ
れている場合について説明したが、第３図に示すよう
に、分圧コンデンサを高電圧導体側に設置した構成であ
ってもよく、上記に述べた例と同様の効果を奏する。 また、分圧コンデンサとこれに並列に接続される光電
圧センサを３組以上主コンデンサと直列に接続した構成
としたものにおいても同様の効果を奏する。 さらに、分圧コンデンサとしては、中間電極と金属容
器間の浮遊静電容量と、マイカあるいはセラミック等の
コンデンサ素子とから形成されたものが考えられる。 また、主コンデンサおよび分圧コンデンサとして、紙
あるいは紙とプラスチックフィルムからなるコンデンサ
素子を磁器碍管に収納し、油充填した構造のものが考え
られる。 光電圧センサは、電気光学効果を有する素子、偏光
子、1/4波長板または検光子等からなっている。 次に、この発明の一実施例を第４図に基づいて説明す
る。第４図において、光電圧センサ10a,10bとそれぞれ
直列に抵抗体15a,15bが接続されている。 その他、第９図、第10図と同一符号は同一ないし相当
部分である。 以下、動作について説明する。光電圧センサ10aの両
端の電圧が零となるような短絡故障が発生すると、信号
処理回路12aより送られてきた光は光電圧センサ10aにお
いて、ほとんど変調されずに再び信号処理回路12aへ戻
る。そのため、信号処理回路12aは印加電圧零に相当す
る出力を生じることになる。 一方、そのとき、分圧コンデンサ13両端の電圧E2は、
抵抗体15aが接続されているため零とはならず、主コン
デンサ５の静電容量をC1、分圧コンデンサ13の静電容量
をC2、抵抗体15aの抵抗値をRa、高電圧導体２の電圧をE
0、角周波数をωとすると、下式で表される電圧とな
る。 そして、光電圧センサ10bに印加される電圧E20は、光
電圧センサ10bの自己インピーダンス分をZb0、抵抗体15
bの抵抗値をRbとすると下式となる。 従って、信号処理回路12bからは印加電圧E20に相当す
る出力を得ることができるため、信号処理回路12aとの
間に出力差を生じさせることができる。なお、信号処理
回路12aと12bの間に生じる出力の差は抵抗体15a,15bの
抵抗値Ra,Rbを選定することにより、適当な値に設定す
ることができる。 以上では、光電圧センサ10aが短絡故障を生じた場合
について説明したが、光電圧センサ10bが短絡故障を生
じた場合も同様に、２組の信号処理回路の出力に差が生
じることとなる。 なお、上記実施例では光電圧センサと直列に低抗体を
接続したものを示したが、低抗体の替わりにコンデンサ
やインダクタ、あるいはこれらを組み合わせたインピー
ダンスであってもよく、上記実施例と同様の効果を奏す
る。第５図はその例で16a,16bはコンデンサ、インダク
タ、または低抗体やコンデンサやインダクタを組み合わ
せたインピーダンスである。 また、第６図のように、分圧コンデンサ13が高電圧側
に設けられている場合においても、光電圧センサ10a,10
bと直列にそれぞれインピーダンス16a,16bを接続し、こ
れら２組を分圧コンデンサ13と並列に接続することによ
り、同様の効果を奏する。 さらに、第７図に示すように、３組以上の光電圧セン
サ10a,10b,10cとそれに直列に接続されるインピーダン
ス16a,16b,16cを備えた構成としたものにおいても同様
の効果を奏する。
コンデンサ14aが接続されている。また、主コンデンサ
５および第１の分圧コンデンサ14aと直列に第２の分圧
コンデンサ14bが接続されている。そして、第１の分圧
コンデンサ14aには光電圧センサ10aが、第２の分圧コン
デンサ14bには光電圧センサ10bが、それぞれ並列に接続
されている。 その他、第８図〜第10図におけると同一符号は同一な
いし相当部分を示している。 第２図は第１図のものの等価回路であり、通常、浮遊
静電容量６は部分圧コンデンサ14a,14bに比べ小さいた
め、ここでは省略している。 以下、第２図に基づいて動作を説明する。線路導体で
ある高電圧導体２に電圧E0が印加されたとき、光電圧セ
ンサ10aおよび10bの両端の電圧Ea,Ebはそれぞれ下式で
表される。 ここで、Zc1,Zc2,Zc3はそれぞれ主コンデンサ５、分
圧コンデンサ14a、分圧コンデンサ14bのインピーダン
ス、Za,Zbはそれぞれ光電圧センサ10a,10bの自己インピ
ーダンスである。 通常Za,Zb＞＞Zc2,Zc3なので、上式は次のように簡略
化される。 いま、光電圧センサ10aの両端の電圧が零となるよう
な短絡故障が発生すると、光電圧センサ10a,10bのそれ
ぞれの電圧Ea0,Eb0は次のようになる。 従って、信号処理回路12a,12bからは、それぞれEa0,E
b0に相当する出力が得られ、２組の信号処理回路12a,12
bの出力に差が生じることとなる。 また、分圧比をZc1:Zc2:Zc3＝3000:1:1のように設定
した光計器用変圧器においては、光電圧センサ10aの短
絡故障前後における光電圧センサ10b両端の電圧変化Eb0
／Ebは約0.03％と非常に小さいため、光電圧センサ10a
の故障時においても、光電圧センサ10b側の出力を利用
することにより、精度の高い計測も可能になるという利
点も併せもつことがわかる。 以上では、光電圧センサ10aが短絡故障を生じた場合
について述べたが、光電圧センサ10bあるいは分圧コン
デンサ14aまたは14bが短絡故障を生じた場合についても
同様に２組の信号処理回路の出力に差が生じることとな
る。 なお、この例では、分圧コンデンサが大地側に設置さ
れている場合について説明したが、第３図に示すよう
に、分圧コンデンサを高電圧導体側に設置した構成であ
ってもよく、上記に述べた例と同様の効果を奏する。 また、分圧コンデンサとこれに並列に接続される光電
圧センサを３組以上主コンデンサと直列に接続した構成
としたものにおいても同様の効果を奏する。 さらに、分圧コンデンサとしては、中間電極と金属容
器間の浮遊静電容量と、マイカあるいはセラミック等の
コンデンサ素子とから形成されたものが考えられる。 また、主コンデンサおよび分圧コンデンサとして、紙
あるいは紙とプラスチックフィルムからなるコンデンサ
素子を磁器碍管に収納し、油充填した構造のものが考え
られる。 光電圧センサは、電気光学効果を有する素子、偏光
子、1/4波長板または検光子等からなっている。 次に、この発明の一実施例を第４図に基づいて説明す
る。第４図において、光電圧センサ10a,10bとそれぞれ
直列に抵抗体15a,15bが接続されている。 その他、第９図、第10図と同一符号は同一ないし相当
部分である。 以下、動作について説明する。光電圧センサ10aの両
端の電圧が零となるような短絡故障が発生すると、信号
処理回路12aより送られてきた光は光電圧センサ10aにお
いて、ほとんど変調されずに再び信号処理回路12aへ戻
る。そのため、信号処理回路12aは印加電圧零に相当す
る出力を生じることになる。 一方、そのとき、分圧コンデンサ13両端の電圧E2は、
抵抗体15aが接続されているため零とはならず、主コン
デンサ５の静電容量をC1、分圧コンデンサ13の静電容量
をC2、抵抗体15aの抵抗値をRa、高電圧導体２の電圧をE
0、角周波数をωとすると、下式で表される電圧とな
る。 そして、光電圧センサ10bに印加される電圧E20は、光
電圧センサ10bの自己インピーダンス分をZb0、抵抗体15
bの抵抗値をRbとすると下式となる。 従って、信号処理回路12bからは印加電圧E20に相当す
る出力を得ることができるため、信号処理回路12aとの
間に出力差を生じさせることができる。なお、信号処理
回路12aと12bの間に生じる出力の差は抵抗体15a,15bの
抵抗値Ra,Rbを選定することにより、適当な値に設定す
ることができる。 以上では、光電圧センサ10aが短絡故障を生じた場合
について説明したが、光電圧センサ10bが短絡故障を生
じた場合も同様に、２組の信号処理回路の出力に差が生
じることとなる。 なお、上記実施例では光電圧センサと直列に低抗体を
接続したものを示したが、低抗体の替わりにコンデンサ
やインダクタ、あるいはこれらを組み合わせたインピー
ダンスであってもよく、上記実施例と同様の効果を奏す
る。第５図はその例で16a,16bはコンデンサ、インダク
タ、または低抗体やコンデンサやインダクタを組み合わ
せたインピーダンスである。 また、第６図のように、分圧コンデンサ13が高電圧側
に設けられている場合においても、光電圧センサ10a,10
bと直列にそれぞれインピーダンス16a,16bを接続し、こ
れら２組を分圧コンデンサ13と並列に接続することによ
り、同様の効果を奏する。 さらに、第７図に示すように、３組以上の光電圧セン
サ10a,10b,10cとそれに直列に接続されるインピーダン
ス16a,16b,16cを備えた構成としたものにおいても同様
の効果を奏する。
以上のように、この発明によれば、光電圧センサと直
列に低抗体等のインピーダンスを接続した回路を少なく
とも２個、分圧コンデンサと並列に接続したことによ
り、信号処理回路または信号処理回路に接続される光フ
ァイバに故障が生じた場合だけでなく、光電圧センサに
断線故障や短絡故障が生じた場合においても２組以上の
信号処理回路の出力に差が生じ、これを利用して継電器
の誤動作防止を図ることができる。 また、２次短絡時の分圧コンデンサ間の電圧低下を防
ぐ手段がインピーダンス、低抗体を接続するだけという
非常に簡単な構成で実現できる。
列に低抗体等のインピーダンスを接続した回路を少なく
とも２個、分圧コンデンサと並列に接続したことによ
り、信号処理回路または信号処理回路に接続される光フ
ァイバに故障が生じた場合だけでなく、光電圧センサに
断線故障や短絡故障が生じた場合においても２組以上の
信号処理回路の出力に差が生じ、これを利用して継電器
の誤動作防止を図ることができる。 また、２次短絡時の分圧コンデンサ間の電圧低下を防
ぐ手段がインピーダンス、低抗体を接続するだけという
非常に簡単な構成で実現できる。
【図面の簡単な説明】 第１図は光計器用変圧器の結線図、第２図は第１図のも
のの等価回路結線図、第３図は他の例の結線図、第４図
はこの発明の一実施例の結線図、第５図〜第７図はそれ
ぞれ他の実施例の結線図、第８図は従来の光計器用変圧
器の結線図、第９図は第８図のものの等価回路結線図、
第10図は従来の他の光計器用変圧器の結線図である。 ２……高電圧導体（線路導体）、５……主コンデンサ、
10a,10b,10c……光電圧センサ、13……分圧コンデン
サ、14a,14b……第１、第２の分圧コンデンサ、15a,15b
……低抗体、16a,16b,16c……インピーダンス。 なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
のの等価回路結線図、第３図は他の例の結線図、第４図
はこの発明の一実施例の結線図、第５図〜第７図はそれ
ぞれ他の実施例の結線図、第８図は従来の光計器用変圧
器の結線図、第９図は第８図のものの等価回路結線図、
第10図は従来の他の光計器用変圧器の結線図である。 ２……高電圧導体（線路導体）、５……主コンデンサ、
10a,10b,10c……光電圧センサ、13……分圧コンデン
サ、14a,14b……第１、第２の分圧コンデンサ、15a,15b
……低抗体、16a,16b,16c……インピーダンス。 なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
Claims (1)
- 【請求項１】線路導体と大地との間に主コンデンサと分
圧コンデンサを直列に接続し、電圧に応じて光を変調す
る光電圧センサと抵抗体およびインピーダンスのいずれ
かとを直列に接続してなる回路の少なくとも２個を前記
分圧コンデンサと並列に接続してなる光計器用変圧器。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1217474A JP2618049B2 (ja) | 1989-08-25 | 1989-08-25 | 光計器用変圧器 |
| EP90116119A EP0414236B1 (en) | 1989-08-25 | 1990-08-22 | Optical transformer |
| DE69019891T DE69019891T2 (de) | 1989-08-25 | 1990-08-22 | Optischer Transformator. |
| US07/571,978 US5059910A (en) | 1989-08-25 | 1990-08-24 | Optical transformer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1217474A JP2618049B2 (ja) | 1989-08-25 | 1989-08-25 | 光計器用変圧器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0382108A JPH0382108A (ja) | 1991-04-08 |
| JP2618049B2 true JP2618049B2 (ja) | 1997-06-11 |
Family
ID=16704804
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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