JP2933147B2 - 電流・電圧センサー - Google Patents

電流・電圧センサー

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JP2933147B2
JP2933147B2 JP3226182A JP22618291A JP2933147B2 JP 2933147 B2 JP2933147 B2 JP 2933147B2 JP 3226182 A JP3226182 A JP 3226182A JP 22618291 A JP22618291 A JP 22618291A JP 2933147 B2 JP2933147 B2 JP 2933147B2
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英伸 浜田
弘幸 不動
和郎 戸田
亨 松田
庄一郎 西村
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Kansai Denryoku KK
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、配電線モニタリングセ
ンサーなど、交流配電線の電流と電圧を測定する電流・
電圧センサーに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の電流・電圧センサーは、図5に示
すように、電流計測用光電流センサー4と電圧計測用光
電圧センサー5の2個の光センサーを使用し、各光セン
サーの信号を光ファイバー12、光ファイバーケーブル
15を介して遠隔の光信号処理部10に伝送するもので
ある。図に示すように、電流計測用光電流センサー4の
原理は、配電線1の周囲に配置した高透磁率で軟磁性体
である珪素鋼コア2のギャップ中に前記配電線電流に比
例する磁界を集中させその磁界をファラデー効果応用光
磁界センサー4で光の信号に変換する。また、電圧計測
の原理は、配電線1の対地間電圧を分圧する補助分圧器
6の電圧をポッケルス効果応用光電圧センサー50で光
信号に変換する。そして、上記の各光信号は別々すなわ
ち往復4本の光ファイバー12及び四芯光ファイバーケ
ーブル15で光信号処理部10に伝送され、各光信号は
O/E変換及び演算処理される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の方法では、電流計測専用の光磁界センサー4と電圧
計測専用の光電圧センサー50の合計2個の光センサー
が必要である。現在光部品の価格は電気部品の価格に比
較して依然高価で、特に光電圧センサー50は光磁界セ
ンサー4の3倍以上の価格なので、前記光電圧センサー
50を使用する光電流・電圧センサーは、特性上メリッ
トがあっても、産業上、電気式電流・電圧センサーに置
き変わることは不可能である。
【0004】本発明は、このような従来のセンサーの課
題を考慮し、高性能を維持しながら高価な光関連部品の
個数を減らし、大幅なコストダウンができる光方式の電
流・電圧センサーを提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の電流・電圧センサーは、交流配電線の所
定の位置において前記交流配電線との相互インダクタン
スを有する導体線と、その導体線の両端に、前記交流配
電線の電圧に対応した電圧により前記導体線に流れる電
流を制御できる第1の装置と、前記相互インダクタンス
に起因する前記導体線に流れる電流を測定する第2の装
置とを備えた電流・電圧センサーである。
【0006】
【作用】上記のような光電流・電圧センサーを使用する
と、配電線の電流と電圧は一個の光磁界センサーで計測
できる。また、それに伴い、周辺の高価な光部品とO/
E変換器の個数が減るため、コスト面で大きなメリット
がある。
【0007】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
【0008】本発明の第1実施例を図1を参照しながら
説明する。本実施例は、図1に示すように紙面に垂直方
向に配置され被測定対象である交流配電線1の周囲に配
置した高透磁率で軟磁性体である珪素鋼コア2のギャッ
プ中に光磁界センサー4を設け、珪素鋼コア2中に発生
する磁界の変化を光磁界センサー4で光の光量変化に変
換し、光ファイバー12及び光ファイバーケーブル11
で伝送し、遠隔の光信号処理部10においてO/E変換
及び演算処理を行い、配電線1の電流と電圧に対応する
信号を復元するものである。
【0009】ここに用いられる珪素鋼コア2にはトロイ
ダルコイル3が設置され、コイル3の両端は配電線1の
対地間電圧を補助分圧器6と対地間浮遊容量7で分圧さ
れた分電圧で制御される電流変調器5に接続される。前
記電流変調器5は、FETにより構成され電流変調器5
を通過する電流は外部電圧と正負とも線形関係を有す
る。なお、前記電流変調器5は、特性向上をはかるため
FETの結合体をIC化及びモールド化してもよい。
【0010】さて、図2の上側の回路は第1実施例の構
成の等価回路で、配電線1の光電流・電圧センサーを取
付けた部分の自己インダクタンスをL1、トロイダルコイ
ル3の自己インダクタンスをL2とL’2、配電線1とト
ロイダルコイル3の相互インダクタンスをL12
L’12、配電線1の電流をI1、トロイダルコイルの電流
をI2、自己インダクタンスL1に対応する電圧をE1、自
己インダクタンスL2及びL'2に対応する電圧を各々E2
とE’2とする。図2の下側の回路は上記第1実施例の
等価回路を電気的に等価変換した等価回路で、この等価
回路を使用して珪素鋼コア2中に発生する磁界について
説明する。ここで、配電線1の電流をI1=I0×SIN
(2πft+AI)(ただし、f:周波数、AI:定数、
0:最大電流値)、対地間電圧の分電圧をV=V0×S
IN(2πft+AV)(ただし、f:周波数、AV:定
数、V0:最大分電圧値)とすると、前記分電圧で制御
される電流変調器5によりI2はI1とVの積に比例す
る。すなわち、I2=k×SIN(2πft+AI)×S
IN(2πft+AV)(ただし、kは比例定数)とな
り、更に変換してI2=k×{COS(2π2ft+A
I+AV)−COS(AI−AV)}となる。前式よりI
2はCOS(AI−AV)が定数であるため交流成分は周
波数2fの正弦波となるため、配電線1の電圧変化は2
倍の周波数の電流変化に変換される。従って、図2下側
の等価回路に示すように珪素鋼コア2中に発生する磁界
は相互インダクタンスL12及びL’12を流れる電流すな
わちI1+I2に比例する。
【0011】上記珪素鋼コア2中に発生した磁界変化は
コア2のギャップ中の光磁界センサー4により光量変化
に変換され、遠隔の光信号処理部10に送られた後、電
気信号に変換され、周波数fの配電線1の電流に対応す
る第1の信号と周波数2fの配電線1の電圧に対応する
第2の信号に周波数分離され、第1の信号と第2の信号
を用いた演算処理により配電線の電流と電圧に対応する
二つの信号を復元する。
【0012】なお、珪素鋼コア2は、複数カ所で分割さ
れてもよい。また、上記光電流・電圧センサーは樹脂等
で固定・一体化してもよい。更に、対地間の補助分圧器
6と並列あるいは直列にコンデンサーを挿入した構造も
可能である。
【0013】本発明の第2実施例を図3を参照しながら
説明する。本実施例は、図3に示すように紙面に垂直方
向に設置され被測定対象である交流配電線1の周囲に配
置した高透磁率で軟磁性体である珪素鋼コア2のギャッ
プ中に光磁界センサー4を設け、珪素鋼コア2中に発生
する磁界の変化を光磁界センサー4で光の光量変化に変
換し、光ファイバー12及び光ファイバーケーブル11
で伝送し、遠隔の光信号処理部10においてO/E変換
及び演算処理を行い配電線1の電流と電圧に対応する信
号を復元するものである。
【0014】ここに用いられる珪素鋼コア2にはトロイ
ダルコイル3が設置され、コイル3と直列に磁界発生用
コイル13が光磁界センサー4の結晶部124で接続さ
れ、接続後の両端は配電線1の対地間電圧を補助分圧器
6と対地間浮遊容量7で分圧された分電圧で制御される
電流変調器5に接続される。前記電流変調器5は、FE
Tにより構成され電流変調器5を通過する電流は外部電
圧と正負とも線形関係を有する。なお、前記電流変調器
5は、特性向上をはかるためFETの結合体をIC化及
びモールド化してもよい。
【0015】さて、図4の上図は第2実施例の構成に沿
って描いた等価回路で、配電線1の光電流・電圧センサ
ーを取付けた部分の自己インダクタンスをL1、トロイ
ダルコイル3の自己インダクタンスをL2、配電線1と
トロイダルコイル3の相互インダクタンスをL12、磁界
発生用コイル13の自己インダクタンスをL3、配電線
1の電流をI1、トロイダルコイル3及び磁界発生用コ
イル13の電流をI2、自己インダクタンスL1に対応す
る電圧をE1、自己インダクタンスL2に対応する電圧を
2とする。図4の下図は上記第2実施例の等価回路を
電気的に等価変換した等価回路で、この等価回路を使用
して珪素鋼コア2中に発生する磁界について説明する。
【0016】ここで、配電線1の電流をI1=I0×SI
N(2πft+AI)(ただし、f:周波数、AI:定
数、I0:最大電流値)、対地間電圧の分電圧をV=V0
×SIN(2πft+AV)(ただし、f:周波数、
V:定数、V0:最大分電圧値)とすると、前記分電圧
で制御される電流変調器5によりI2はI1とVの積に比
例する。すなわち、I2=k×SIN(2πft+AI
×SIN(2πft+A V)(ただし、kは比例定数)
となり、更に変換してI2=k×{COS(2π2ft
+AI+AV)−COS(AI−AV)}となる。前式より
2はCOS(AI−AV)が定数であるため交流成分は
周波数2fの正弦波となるため、配電線1の電圧変化は
2倍の周波数の電流変化に変換される。従って、図4下
図の等価回路に示すように珪素鋼コア2中に発生する磁
界は相互インダクタンスL12を流れる電流すなわちI1
+I2に比例する。
【0017】ところで、磁界発生用コイル13は図3に
示す光磁界センサー結晶部14に直接巻き付けるため、
光磁界センサー4が実際に感じる磁界は、上記珪素鋼コ
ア2中に発生した第1の磁界と磁界発生用コイル13に
より発生する第2の磁界を加算した第3の磁界となる
が、第2の磁界はI2に比例するため第1実施例と比較
して周波数2fの成分が相対的に大きく感じられる。そ
して、前記第3の磁界変化は光磁界センサー4により光
量変化に変換され、遠隔の光信号処理部10に送られた
後、電気信号に変換され、周波数fの配電線の電流に対
応する第1の信号と周波数2fの配電線の電圧に対応す
る第2の信号に周波数分離され、第1の信号と第2の信
号を用いた演算処理により配電線の電流と電圧に対応す
る二つの信号を復元する。
【0018】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、高性能を維持しながら高価な光関連部品の個数を大
幅に減らすことが出来、光方式の電流・電圧センサーの
コストダウンが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一実施例における電流・電圧センサ
ーの構成図である。
【図2】本発明の第一実施例における電流・電圧センサ
ーの等価回路である。
【図3】本発明の第二実施例における電流・電圧センサ
ーの構成図である。
【図4】本発明の第二実施例における電流・電圧センサ
ーの等価回路である。
【図5】従来の電流・電圧センサーの構成図である。
【符号の説明】
1 交流配電線 2 珪素鋼コア 3 トロイダルコイル 4 光磁界センサー 5 電流変調器 6 補助分圧器 7 浮遊容量 8 大地 9 電柱 10 光信号処理部 11 二芯光ファイバーケーブル 12 光ファイバー 13 磁界発生用コイル 14 光磁界センサー結晶部 15 四芯光ファイバーケーブル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 戸田 和郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 松田 亨 大阪府大阪市北区中之島3丁目3番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 西村 庄一郎 大阪府大阪市北区中之島3丁目3番22号 関西電力株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01R 15/24 G01R 15/06

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 交流配電線の所定の位置において前記交
    流配電線との相互インダクタンスを有する導体線と、そ
    の導体線の両端に、前記交流配電線の電圧に対応した電
    圧により前記導体線に流れる電流を制御できる第1の装
    置と、前記相互インダクタンスに起因する前記導体線に
    流れる電流を測定する第2の装置とを備えたことを特徴
    とする電流・電圧センサー。
  2. 【請求項2】 第2の装置は、前記導体線に流れる電流
    の変化を磁界の変化に変換し、その磁界変化を測定する
    ことを特徴とする請求項1の電流・電圧センサー。
  3. 【請求項3】 第1の装置は、前記交流配電線の電圧に
    対応する電圧を、その交流電圧の周波数と異なる周波数
    の交流信号に変換することを特徴とする請求項1の電流
    ・電圧センサー。
  4. 【請求項4】 交流配電線の電流変化に対応する信号
    を、前記交流配電線の電圧変化に対応する信号で強度変
    調することを特徴とする請求項1の電流・電圧センサ
    ー。
  5. 【請求項5】 第2の装置は、交流配電線の電流変化に
    よる信号と前記交流配電線の電圧変化による信号を加算
    した信号を測定し、前記信号を周波数の違いによって分
    離して前記交流電流信号と前記交流電圧信号を復調する
    ことを特徴とする請求項1の電流・電圧センサー。
  6. 【請求項6】 交流配電線の所定の位置に配置された補
    助コアと、その補助コアに巻かれたコイルの両端に接続
    され、前記交流配電線の電圧に対応する電圧により前記
    コイルを流れる電流を制御できる電流変調手段とを備
    え、前記補助コアのコアギャップ中において、前記交流
    配電線に流れる電流を第1の周波数の磁界信号に変換
    し、また、その交流配電線の電圧を前記コイルに流れる
    電流に対応して、第2の周波数の磁界信号に変換し、両
    者の磁界信号を光磁界センサーで光信号に変換し、光フ
    ァイバーを介して、光信号処理手段において、前記第
    1、第2の周波数により各信号を分離した後、各々電流
    信号と電圧信号に応じた2つの電気信号に変換すること
    を特徴とする電流・電圧センサー。
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