JP2959228B2 - 光変成器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はガス絶縁開閉装置、ガ
ス絶縁変圧器、配電盤など遮光性の容器に電気機器を絶
縁ガスとともに収納した装置の計器用光変成器に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】計器用変成器としては、計器用変流器,
計器用変圧器ともに鉄心に巻線を巻いた構成のものが現
在は主流である。しかし、最近、電流や電界を検出する
各種の光学センサが開発されてきたので、この光学セン
サを用いた計器用の光変成器が開発されるようになっ
た。この光変成器は、一部試作されて試用あるいは信頼
性試験がなされてはいるが、まだ本格的には実用化され
ていない。光変成器は現在のところ、まだ開発期にある
が、鉄心のように磁気飽和特性がないこと、光信号を処
理するので変電所内を光ランによってトータル的に制御
できることなどの利点があるために将来の計器用変成器
として有望視されている。

【０００３】図１０は公知の光変成器の構成例を示すブ
ロック図であり、遮光容器１内に絶縁ガスとともに収納
された電気機器の導体２が配されている。磁気光学セン
サ３は導体２を貫通させたファラデー素子４と、光を直
線偏光してファラデー素子４に入射させる偏光子５と、
ファラデー素子４からの出力光のうち偏光子５の直線偏
光角度より４５度ずれた成分を直線通過および反射させ
て出射させる検光子６とにより構成されている。偏光子
５には発光部７の発射光7Sが光ファイバケーブル7A、光
気密端子7Bを介して導光される。偏光子５を介してファ
ラデー素子４に入射した光10 (点線、矢印は進む方向)
は、ファラデー素子４内の各隅に配された図示されてい
ない反射面を介して直角に曲がる。光10は導体２を周回
したのちに、ファラデー素子４から検光子６に入り、２
つに分岐されて出射される。この分岐光6S, 6S1 はそれ
ぞれ光ファイバケーブル8A, 9Aおよび光気密端子8B, 9B
を介して光分岐器8C, 9Cに入る。分岐光6S, 6S1は光分
岐器8C, 9Cによってさらに２つに分岐され、それぞれ受
光部８, 80，９, 90に入り電気信号に変換される。受光
部８, 80，９, 90の出力信号8S, 80S, 9S, 90Sはそれぞ
れ出力部11, 110, 12, 120に入力され、導体２に流れる
電流Ｉに比例した計測用電気信号11S,110Sおよび系統の
保護用電気信号12S, 120S が出力される。

【０００４】磁界内における偏光面の回転現象、すなわ
ちファラデー効果を利用して電流測定できることはよく
知られている。ファラデー効果とは、磁界中に置かれた
鉛ガラスなどのファラデー素子を光が通過する際に、そ
の偏光面が角度θ＝Ｖ・Ｈ・Ｌ (ここで、Ｖ：ヴェルデ
定数、Ｈ：光の進行方向の磁界強度、Ｌ：光の行路長)
だけ回転する現象である。図１０において、導体２に電
流Ｉが流れるとその周囲にその電流Ｉに比例して増減す
る磁界が形成される。そのために、偏光子５によって一
方向に直線偏光された光10はファラデー素子４を周回す
る間にその偏光面が角度θだけ回転する。したがって、
導体２の電流Ｉは角度θに比例する。角度θだけ偏光面
が回転した光10は検光子６を通過すると、検光子６の通
過可能な方向だけの成分が透過光として出射される。導
体２に電流が流れていないときの透過光量 (直流分) に
対して、導体２に交流電流Ｉが流れたときにその直流分
に重畳する透過光量の変化分 (交流分) が角度θに比例
するので、この透過光量の変化分を求めることによって
電流Ｉの値を知ることができる。

【０００５】図１０の検光子６は入射光を直線通過させ
た光と、入射光を反射させて９０度に曲げて出射させた
光とに分岐させることができるもの (ビームスプリット
型)である。前者の分岐光6Sは光分岐器8Cに入り、後者
の分岐光6S1 は光分岐器9Cに入るように構成されてい
る。光分岐器8C, 9Cは、光を同位相でかつ等量に分岐さ
せる一般的なものである。したがって、出力信号8Sと80
S とは互いに同じ波形の信号であるとともに出力信号9S
と90S も互いに同じ波形の信号である。しかし、分岐光
6S1 は検光子６の内部で反射させたものなので、出力信
号9S, 90S は出力信号8S, 80S に対して位相が１８０度
ずれる。出力信号12S, 120S の位相を導体２の電流位相
に合わすために、出力部12, 120 には位相反転回路が内
蔵されている。

【０００６】電力用に使用される計器用変流器は、運転
中の定常的な商用周波数の電流の計測と、電力系統の事
故時に流れる大電流の計測との２つの役目を担ってい
る。前者はその計測値をメータに指示させたり、送電電
力を求めたりするための計測 (以下、定常時の計測と称
する) であり、後者はその計測値をリレーに送り遮断器
を制御するなど電気系統を保護するための計測 (以下、
保護時の計測と称する)である。計器用変流器は定常時
の計測、保護時の計測ともに所定の電流にてそれぞれ所
定の測定精度が要求される。定常時の計測と保護時の計
測とでは、計測される電流の値が桁違いに異なる。例え
ば、定格電流が２kA、定格短絡電流が３１．５kAの電気
機器の場合、その電流比が３１．５／２＝１５．７５と
なる。したがって、この場合に用いられる計器用変流器
としては１５．７５倍も広い範囲で所定の測定精度を保
証する必要がある。巻線型の計器用変流器の場合、鉄心
に磁気的飽和特性があるので、電気機器に定常時の計測
用と保護時の計測用との２台が配されていた。光変成器
の場合は、飽和現象がないので、図１０のように１台の
磁気光学センサ３によって電流Ｉを検出し、出力部より
定常時の計測のための出力信号11S, 110S （以下、計測
用電気信号と称する）および保護時の計測のための出力
信号12S, 120S （以下、保護用電気信号と称する）の２
種類の信号をそれぞれ所定のレベルで出力させること
が、本発明と同一の出願人によって出願されている（特
願平３−９４５２６）。

【０００７】図１０において、計測用電気信号11S, 110
S および保護用電気信号12S, 120Sはそれぞれ同じ波形
の信号である。このように、回路が２重化されているの
は装置の故障検出のためである。２個の計測用電気信号
11S, 110S 、２個の保護用電気信号12S, 120S がそれぞ
れいつも同じレベルにあるか否かが比較されながら運転
されていた。

【０００８】図１１は図１０の光変成器内の各部におけ
る出力波形例を示すタイムチャートである。横軸は時
間、縦軸は電気信号の場合に電流あるいは電圧、光信号
の場合に光量を示す。図１１の上から順番に導体２の電
流Ｉ、発光部７の発射光7S、検光子６の分岐光6S, 6S1
、出力部11, 110, 12, 120の出力信号11S, 110S, 12S,
120Sのそれぞれの波形が示されている。導体２に５０Hz
の交流電流Ｉが流れている場合に光量が時間に対して一
定な発射光7Sを偏光子５に入射させる。ファラデー効果
によって検光子６から直流分に交流分が重畳した分岐光
6S, 6S1 が出射される。この分岐光6S, 6S1 はそれぞれ
受光部８, 80, ９, 90によって電気信号に変換される。
さらに、その電気信号はそれぞれ出力部11, 110, 12, 1
20によって直流分が除去されるとともに所定の大きさの
電圧に変換され、計測用電気信号11S, 110S および保護
用電気信号12S, 120S が出力される。

【０００９】前述したように、分岐光6S, 6S1 はその交
流分が互いに１８０度ずれるので、出力部12, 120 が分
岐光6S1 の交流分を位相反転させている。したがって、
電気信号11S, 110S, 12S, 120Sすべては同位相の波形と
なっている。電気信号11S, 110S と12S, 120S との波高
値が異なるのは、定常時の計測と保護時の計測とで対象
とする電流の大きさが異なるためであり、出力部11, 11
0, 12, 120の内蔵増幅器によりその出力レベルを調整し
ている。

【００１０】図１２は公知の光変成器の異なる構成例を
示すブロック図であり、接地された金属性の遮光容器13
内に絶縁ガスとともに収納された電気機器の導体14が配
されている。導体14に対向して受電板15が配されてい
る。この受電板15と遮光容器13との間に電極16A, 16Bが
配され、この電極16A, 16Bはそれぞれ受電板15,遮光容
器13に導電接続されている。また、受電板15と遮光容器
13との間にはコンデンサ22が介装されている。電気光学
センサ21は電極16A と16B とに挟持されたポッケルス素
子17と、光を直線偏光してポッケルス素子17に入射させ
る偏光子18と、ポッケルス素子17からの出力光を受ける
１／４波長板20と、偏光子18の直線偏光角度より９０度
ずれた光の成分を直線通過および反射させて出射させる
検光子19 (ビームスプリット型) とにより構成される。
偏光子18には発光部23の発射光23Sが光ファイバケーブ
ル23A,光気密端子23B を介して導光される。ポッケルス
素子17を通過した光は１／４波長板20を介して検光子19
に入り、２つに分岐されて出射される。この分岐光19S,
19S1 はそれぞれ光ファイバケーブル24A, 25Aおよび光
気密端子24B, 25Bを介して光分岐器24C, 25Cに入る。分
岐光19S, 19S1 は光分岐器24C, 25Cによってさらに２つ
に分岐され、それぞれ受光部24, 240, 25, 250に入り電
気信号に変換される。受光部24, 240, 25, 250の出力信
号24S, 240S, 25S, 250Sはそれぞれ出力部26, 260, 27,
270に入力され、導体14の電圧Ｖに比例した計測用電気
信号26S, 260S および系統の保護用電気信号27S, 270S
が出力される。

【００１１】Ｂｉ₁₂ＧｅＯ₂₀単結晶などのポッケルス素
子に光を透過させるとともに電界を印加すると、そのポ
ッケルス素子の出射光端面においてポッケルス素子自体
のもつ２つの主軸方向の光の成分が電界に比例して位相
差δが生ずる。この現象はポッケルス効果と呼ばれ、そ
の位相差を求めることによって電界測定に使用できるこ
とが知られている。図１２において、導体14に交流電圧
Ｖが印加されると、受光板15には導体14と受光板15間の
浮遊容量22A とコンデンサ22の容量との分圧によって決
まる電圧Ｖ１が発生する。したがって、ポッケルス素子
17の両端にも電圧Ｖ１が印加され、ポッケルス素子17内
に電界が発生する。偏光子18の直線偏光の角度をポッケ
ルス素子17の２つの主軸 (互いに直角) 方向に対して４
５度ずれた位置に配すると、ポッケルス素子17内の２つ
の主軸方向の光の成分に位相差δが生ずる。この２つの
主軸方向の光の成分を１／４波長板20によって、互いに
位相を９０度ずらした後に検光子19を通過させると、検
光子19の通過可能な方向だけの成分が透過光として出射
される。導体14に電圧が印加されていないときの透過光
量 (直流分) に対して、導体14に交流電圧Ｖが印加され
たときにその直流分に重畳する透過光量の変化分 (交流
分) が位相差δに比例するので、この透過光量の変化分
を求めることによって電圧Ｖを知ることができる。な
お、図１２における出力部27, 270 には位相反転回路が
内蔵され、出力信号26S, 260S と出力信号27S, 270Sと
の位相を合わせてある。

【００１２】電力用に使用される計器用変圧器は、運転
中の定常的な商用周波数の電圧の計測と、落雷時に系統
に発生する過電圧の計測との２つの役目を担っている。
前者はその計測値をメータに指示させたり、送電電力を
求めたりするための計測 (定常時の計測) であり、後者
はその計測値をリレーに送り遮断器を制御するなど電気
系統を保護するための計測 (保護時の計測) である。計
器用変圧器は定常時の計測、保護時の計測ともに所定の
電圧にてそれぞれ所定の測定精度が要求される。定常時
の計測と保護時の計測とでは、計測される電圧の値が桁
違いに異なる。例えば、定格電圧が６６kA (交流実効
値) 、雷インパルス耐電圧が３５０kVの電気機器の場
合、その電流比が３５０／ (６６×１. ４１４２) ＝３
７. ５となり、計器用変圧器も広い範囲で所定の測定精
度が保証されねばならない。巻線型の計器用変流器の場
合も、前述の巻線型の計器用変流器と同様に鉄心に磁気
的飽和特性があるので、電気機器に定常時の計測用と保
護時の計測用との２台が配されていた。光変成器の場合
は、飽和現象がないので、図１２のように１台の電気光
学センサ21によって電圧Ｖを検出し、出力部より計測用
電気信号26S, 260S および保護用電気信号27S, 270S の
２種類の信号をそれぞれ所定のレベルで出力させること
が、本発明と同一の出願人によって出願されている（特
願平３−９４５２６）。

【００１３】図１２において、計測用電気信号26S, 260
S および保護用電気信号27S, 270Sはそれぞれ同じ波形
の信号である。このように、回路がそれぞれ２重化され
ているのは図１０の場合と同様に装置の故障検出のため
である。計測用電気信号26S,260S および保護用電気信
号27S, 270S がそれぞれいつも同じレベルにあるか否か
が比較されながら運転されていた。

【００１４】図１３は図１２の光変成器内の各部におけ
る出力波形例を示すタイムチャートである。横軸は時
間、縦軸は電気信号の場合に電圧、光信号の場合に光量
を示す。図１３の上から順番に導体14の電圧Ｖ、発光部
23の発射光23S 、検光子19の分岐光19S, 19S1 、出力部
26, 260, 27, 270の出力信号26S, 260S,27S, 270Sのそ
れぞれの波形が示されている。導体14に５０Hzの交流電
圧Ｖが印加されている場合に光量が時間に対して一定な
発射光23S を偏光子18に入射させる。ポッケルス効果に
よって検光子19から直流分に交流分が重畳した分岐光19
S, 19S1 が出射される。この分岐光19S, 19S1 はそれぞ
れ受光部24, 240,25, 250によって電気信号に変換され
る。さらに、その電気信号はそれぞれ出力部24, 240, 2
5, 250によって直流分が除去されるとともに所定の大き
さの電圧に変換され、計測用電気信号26S, 260S、保護
用電気信号27S, 270S が出力される。

【００１５】前述したように、分岐光19S, 19S1 はその
交流分が互いに１８０度ずれるので、出力部27が分岐光
19S1の交流分を位相反転させている。したがって、電気
信号26S, 260S, 27S, 270Sはすべては同位相の波形とな
っている。電気信号26S,260S と27S, 270S との波高値
が異なるのは、定常時の計測と保護時の計測とで対象と
する電圧の大きさが異なるためであり、出力部26, 27の
内蔵増幅器によりその出力レベルを調整している。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たような公知の光変成器の故障検出は電子回路の２重化
によって行われており、そのために受光部と出力部との
組が４組も必要であるという欠点があった。

【００１７】すなわち、光変成器の故障検出のために計
測用の電気信号および保護用電気信号をそれぞれ２個ず
つ出力させていた。したがって、受光部と出力部との組
が４組も設けられ、装置が高価になるばかりでなく、そ
の設置スペースも大きかった。また、装置の故障が検出
されてもその電子回路内の故障範囲を判定することがで
きなかった。

【００１８】この発明の目的は、少なくとも出力部の組
を２組に減らして安価でかつコンパクトな装置にすると
ともに、故障が検出された際に電子回路内部の故障範囲
も判定できるようにすることにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明によれば、遮光容器内に絶縁ガスとともに
収納された電気機器の導体に流れる電流によって発生す
る磁界を受けファラデー効果により透過光量が変化する
磁気光学センサと、この磁気光学センサの透過光を受け
電気信号に変換して出力する受光部と、この受光部の出
力信号を受け前記電流の計測用電気信号および前記電気
機器のつながる系統の保護用電気信号をそれぞれ出力す
る出力部とにより構成されたものにおいて、前記計測用
電気信号を出力する出力部および前記保護用電気信号を
出力する出力部がそれぞれ１台ずつ設けられ、これらの
出力部の出力信号を受け、計測用電気信号と保護用電気
信号との大きさを比較することによって故障の有無を判
定し、故障と判定されたときに故障警報を出力する比較
部を備えたものとする。また、遮光容器内に絶縁ガスと
ともに収納された電気機器の導体にかかる電圧によって
導体周辺に発生する電界を受けポッケルス効果により透
過光量が変化する電気光学センサと、この電気光学セン
サの透過光を受け電気信号に変換して出力する受光部
と、この受光部の出力信号を受け前記電圧の計測用電気
信号および前記電気機器のつながる系統の保護用電気信
号をそれぞれ出力する出力部とにより構成されたものに
おいて、前記計測用電気信号を出力する出力部および前
記保護用電気信号を出力する出力部がそれぞれ１台ずつ
設けられ、これらの出力部の出力信号を受け、計測用電
気信号と保護用電気信号との大きさを比較することによ
って故障の有無を判定し、故障と判定されたときに故障
警報を出力する比較部を備えたものとする。さらに、上
記の構成において、磁気光学センサもしくは電気光学セ
ンサの透過光を受け電気信号に変換して出力する受光部
を２台設け、この２つの受光部の出力電気信号又は２つ
の出力部の回路内部からの電気信号を受け、この２つの
電気信号の大きさを比較することによって故障の有無を
判定し、故障と判定されたときに故障警報を出力するも
う一つの比較部を備えたものとする、又は、比較部が計
測用電気信号と保護用電気信号との大きさを比較すると
きに、保護用電気信号を増幅した信号と計測用電気信号
との差又は計測用電気信号を減衰させた信号と保護用電
気信号との差を求め、その差と計測用電気信号の大きさ
又は保護用電気信号の大きさとの比が所定の範囲から外
れたときに故障警報を出力するものとする。

【００２０】

【作用】この発明の構成によれば、電気機器の導体に流
れる電流の計測用電気信号を出力する出力部および電気
機器のつながる系統の保護用電気信号を出力する出力部
がそれぞれ１台ずつ設けられる。これらの出力部の出力
信号を受け、計測用電気信号と保護用電気信号との大き
さを比較することによって故障の有無を判定し、故障と
判定されたときに故障警報を出力する比較部を備える。
この構成によって、電気機器の導体電流を計測する光変
成器は出力部の組が２組備わるだけで、出力部の出力レ
ベルが異常となるような故障の検出が可能となる。

【００２１】また、電気機器の導体にかかる電圧の計測
用電気信号を出力する出力部および電気機器のつながる
系統の保護用電気信号を出力する出力部がそれぞれ１台
ずつ設けられる。これらの出力部の出力信号を受け、計
測用電気信号と保護用電気信号との大きさを比較するこ
とによって故障の有無を判定し、故障と判定されたとき
に故障警報を出力する比較部を備える。この構成によっ
て、電気機器の導体電流を計測する光変成器は出力部の
組が２組備わるだけで、出力部の出力レベルが異常とな
るような故障の検出が可能となる。

【００２２】また、かかる構成に加えて、磁気光学セン
サもしくは電気光学センサの透過光を受け電気信号に変
換して出力する受光部を２台設け、この２つの受光部の
出力電気信号又は２つの出力部の回路内部からの電気信
号を受け、この２つの電気信号の大きさを比較すること
によって故障の有無を判定し、故障と判定されたときに
故障警報を出力するもう一つの比較部を備えた。この構
成によって、電気信号を受けた点を境にして装置の故障
範囲を判定することができる。

【００２３】さらに、上記の構成において、比較部が計
測用電気信号と保護用電気信号との大きさを比較すると
きに、保護用電気信号を増幅した信号と計測用電気信号
との差又は計測用電気信号を減衰させた信号と保護用電
気信号との差を求め、その差と計測用電気信号の大きさ
又は保護用電気信号の大きさとの比が所定の範囲から外
れたときに故障警報を出力する。この構成によって、出
力部の出力信号の変動分をその出力信号に対する割合で
故障の有無を判定することができる。

【００２４】

【実施例】以下この発明を実施例に基づいて説明する。
図１はこの発明の実施例にかかる光変成器の構成を示す
ブロック図である。検光子６の分岐光6S, 6S1 はそれぞ
れ受光部８, ９に入り電気信号に変換される。受光部
８, ９の出力信号8S, 9Sはそれぞれ出力部28, 29に入力
され、導体２に流れる電流Ｉに比例した計測用電気信号
28S および系統の保護用電気信号29S が出力される。出
力部28, 29はそれぞれその入力側に設けられ受光部８，
９の出力電流を電圧に変換するＩ／Ｖ変換器32, 36と、
このＩ／Ｖ変換器32, 36の出力側に設けられたオートゲ
インコントローラ33, 37と、直流分を除去する濾波器3
4, 38と、増幅器35, 39とにより構成されている。出力
部28, 29の出力側および受光部８, ９の出力側には、そ
れぞれ比較部30, 31が接続されている。この比較部30,
31はそれぞれ計測用電気信号28S と系統の保護用電気信
号29S との大きさを後述の方法によって比較し故障の有
無を判定する。故障と判定されたときに比較部30,31 は
それぞれ故障警報30S, 31Sを出力する。その他の構成
は、図１０の公知の装置のそれと同じである。

【００２５】受光部８, ９の出力信号8S, 9Sは、前述し
たように直流分に交流分が重畳した波形になっている。
すなわち、この交流分は、導体２を流れる交流電流に比
例する成分であり、直流分は発光部７の発射光7Sの光量
に比例する成分である。発射光7Sの光量が変動すると、
それにつれて出力信号8S, 9Sの交流分が変動するので導
体２に流れる電流Ｉの測定値が変動する。それを避ける
ためにオートゲインコントローラ33, 37が介装されてい
る。オートゲインコントローラ33, 37は入力された波形
のうち、交流分のピーク値と直流分の値との比を常に一
定に保つとともに、直流分のレベルを一定値にして出力
するためのものである。これによって、発射光7Sの光量
が多少変動しても安定した電流Ｉの測定が可能となる。
濾波器34, 38によって交流分のみの電気信号とし、増幅
器35,39はそれぞれ定常時の電流計測、保護時の電流計
測に必要な大きさの信号に変換して計測用電気信号28S
、保護用電気信号29S を出力する。

【００２６】図２は、図１における比較部30の内部構成
例を示すブロック図である。入力端30A, 30B側に配され
た差動増幅器30D と、この差動増幅器30D の出力信号30
DSを直流に変換する整流回路30E と、整流回路30E の出
力信号30ESを受ける比較器30F とにより構成されてい
る。入力端30A, 30Bはそれぞれ図１の増幅器35, 39の出
力側に接続される。差動増幅器30D の一方端には計測用
電気信号28S が直接入力され、その他方端には保護用電
気信号29S が増幅器30C を介して入力される。比較器30
F は整流回路30E の出力信号30ESの大きさとレベル設定
器30G によって設定された所定のレベルＬとを比較し、
所定のレベルＬより出力信号30ESの方が大きい場合に故
障警報30Sを出力する。

【００２７】図２において、増幅器30C は装置が正常な
場合の計測用電気信号28S と保護用電気信号29S との大
きさの比αと等しい増幅率を有している。例えば、計測
用電気信号28S は図１の導体２の定格電流が２ｋＡ時に
５Ｖ、保護用電気信号29S は導体２の定格短絡電流が３
１. ５ｋＡ時に５Ｖ出力されるのが正常であるとし、α
を３１.５／２＝１５. ７５としておく。この場合、導
体２に１. ５ｋＡの電流が流れていると、計測用電気信
号28S は３. ７５Ｖ、保護用電気信号29S は０. ２３８
となり、０. ２３８×１５. ７５＝３. ７５なので装置
が正常ならば図２の差動増幅器30D への入力電圧はとも
に３. ７５となり、差動増幅器30D の出力電圧は零とな
る。図１において、保護用電気信号側の受光部９又は出
力部29に何らかの故障が生じ、保護用電気信号29S が２
０％低下又は増大したとすると、差動増幅器30D から
０. ７５Ｖ (＝０. ２３８×１５.７５×０. ２) の電
圧が出力される。計測用の電気信号28S が定格電流の５
％のレベル以上変動したときに故障警報30S が出るよう
にした場合、レベル設定器30Ｇの設定レベルＬを０.２
５Ｖ (＝５×０. ０５) としておくことにより、比較器
30Ｆが上記の０. ７５Ｖと比較して故障警報30Sを出力
するようになる。図１における比較部31については後述
する。

【００２８】図３は図１における比較部30の異なる内部
構成例を示すブロック図である。図２の増幅器30C の代
わりに減衰器30J が入力端30A 側に介装されている。図
３において、減衰器30J は１／αの減衰率を有してい
る。したがって、図２の構成と同様に計測用電気信号28
S と保護用電気信号29S との大きさを比較することがで
き、故障と判定されたときに比較器30F が故障警報30S
を出力する。

【００２９】図４は図１の光変成器内の各部における出
力波形例を示すタイムチャートである。図４の上から保
護用電気信号29S までの波形は図１１のそれと同じであ
る。それ以下の波形は、図２の比較部内において差動増
幅器30D の出力信号30DS、整流回路30E の出力信号30E
S、レベル設定器30G の設定レベルＬ (点線) および故
障警報30S の出力である。図４において、出力信号30DS
は差動増幅器30D に入力された２つの信号間の差分であ
り、装置が正常な場合は極く小さなレベルにある。図４
は装置が正常な場合が示されてあり、装置に故障が生ず
ると差動増幅器30D の出力信号30DSが大きくなる。整流
回路30E の出力信号30ESの大きさが設定レベルＬを超え
ると、比較器30F が故障警報30S を出力するようにな
る。

【００３０】図５は図１における比較部30のさらに異な
る内部構成例を示すブロック図である。入力端70A, 70B
に入力された計測用電気信号28S 、保護用電気信号29S
をそれぞれ直流に変換する整流回路70C, 70Dと、この整
流回路70C, 70Dの出力信号70CS, 70DSを受けてその比を
求めて出力する割算回路70Eと、この割算回路70E の出
力信号70ESを受け、この出力信号がレベル設定器70G に
よって設定された範囲から外れたときに故障警報30S を
出力する比較器70F とにより構成されている。図５にお
いて、整流回路70C,70D の出力信号70CSと70DSとの比
は、装置に故障がないときはαとなる。レベル設定器70
G を例えばαの５％前後に設定すると，出力信号70ESが
1.05α〜0.95αの範囲から外れたときに比較器70F が故
障警報30S を出力する。

【００３１】図６は図１における比較部30のさらに異な
る内部構成例を示すブロック図である。入力端60A,60B
に入力された計測用電気信号28S,保護用電気信号29S を
それぞれ直流に変換する整流回路60C,60D と、この整流
回路60C,60D の出力信号を受けてその大きさをそれぞれ
ディジタル化して出力するＡ／Ｄ変換器60E,60F と、こ
のＡ／Ｄ変換器60E,60F の出力信号を受ける演算部60G
とにより構成されている。この演算部60G は例えば、マ
イクロプロセッサよりなり、Ａ／Ｄ変換器60E,60F の出
力信号を受けて両信号の比を求め、所定の範囲から外れ
たときに故障警報30S を出力する。演算部60G には、予
め前述のαおよび所定範囲の設定レベルが入力されてお
り、すべて計算によって処理される。図２，図３の比較
部が信号の差動方式によって計測用電気信号と保護用電
気信号との大きさを比較しているのに対し、図６の比較
器は信号の割算方式によってそれらの大きさを比較して
いる。

【００３２】図７は図１における比較部30のさらに異な
る内部構成例を示すブロック図である。入力端71A,71B
側に配された差動増幅器71D と、この差動増幅器71D の
出力信号を直流に変換する整流回路71F と、整流回路71
F の出力信号71FSおよび入力端71A 側に接続された整流
回路71E の出力信号71ESを受け出力信号71ESと71FSとの
比を求めて出力する割算回路71Gと、割算回路71G の出
力信号71GSを受ける比較器71H とにより構成されてい
る。差動増幅器71D の一方端には計測用電気信号28S が
直接入力され、その他方端には保護用電気信号29が増幅
器71C を介して入力される。比較器71H は割算回路71G
の出力信号71GSの大きさΔとレベル設定器71J によって
設定された所定のレベルδとを比較し、所定のレベルδ
よりΔの方が大きいときに故障警報30S を出力する。ま
た、増幅器71C は装置が正常のときの計測用電気信号28
S と保護用電気信号29S との大きさの比αと等しい増幅
率を有している。

【００３３】図７において計測用電気信号28S は図１の
導体２の定格電流が２kA時に５Ｖ、保護用電気信号29S
は導体２の定格電流が31.5kA時に５Ｖそれぞれ出力され
るのが正常であるとし、αを31.5/2＝17.75 としてお
く。いま、上記の所定のレベルδを0.05、すなわち５％
とする。その場合、割算回路71G の出力信号71GSの大き
さΔは0.05を境として故障有無の判定を受ける。Δが0.
05とは、導体２に２kA, １kAの電流が流れているとき、
それぞれΔ＝100 Ａ，50Ａに相当する。一方、図１の比
較部30として、前述の図２の構成のものが用いられ、所
定のレベルＬとして導体２の定格電流が２kAの５％、す
なわちＬ＝100 Ａが設定されたとする。この場合、導体
２に流れる電流が１kAの場合でも、比較器30F は100 Ａ
以上に相当する信号が整流回路30E から入力されない限
り故障警報30S を出力しい。すなわち、定格電流の1/2
しか電流が流れていないときは電流に10％以上の装置の
異常による変動( 以下、異常変動と称する) が生じない
と故障警報30S が出力されないことになる。このような
要因は、図２の構成が２つの信号の差だけによって故障
の有無が判定されているためである。導体２に流れる電
流の大小によってその異常変動の割合が変わる。図７の
ように２つの信号の比を求めることによって、電流の大
小にかかわりなく、その異常変動の割合によって故障警
報30S が出力されるようになる。

【００３４】図８は図１における比較部30のさらに異な
る内部構成例を示すブロック図である。図７と異なる構
成は、整流回路71E,71F が入力端71A,71B 側に配されて
いるだけである。計測用電気信号28S および保護用電気
信号29S を初段で直流電圧に変換している。その他の機
能は図８のそれと全く同じであるので、詳細な説明は省
く。

【００３５】なお、図７，図８において、増幅器71C の
代りに減衰器を計測用電気信号28S側の配線に介装して
もよい。その理由は図３で説明されたことと同様であ
る。また、図７，図８において、割算回路71G に入力さ
さる信号として、計測用電気信号28S 側の信号71ESの代
りに保護用電気信号29S 側の信号としてもよい。

【００３６】図１に戻り、比較部31について次に説明す
る。比較部31は機能的には比較部30と同じであり、入力
された２つの電気信号の大きさを比較し、所定の範囲か
ら外れたときに故障警報31S を出力するものである。図
１の場合は受光部８, ９の出力信号8S, 9Sを入力してい
る。この場合の比較部31の内部構成例としては、図２，
図３，図７，図８において増幅器30C,減衰器30J を除去
したものでよい。装置が正常な場合は、出力信号8S, 9S
はそのレベルが同じであるので(ただし, 位相は１８０
度異なる) 、比較器は故障警報31Sを出力しないが、装
置故障の場合には前述の動作原理によって故障警報31S
が出力される。また、比較部31の内部構成を図５又は図
６の構成としてもよい。その場合には演算部にはα＝１
を予め入力しておき前述と同様に計算処理することによ
って故障警報31S の出力の有無が決定される。また、比
較部は必ずしも受光部８, ９の出力側に接続さずに、Ｉ
／Ｖ変換器32, 36の出力側、オートゲインコントローラ
33, 37、又は濾波器34, 38の出力側に接続してもよい。
その場合には、比較部の内部構成は図２, 図３, 図５な
いし図８とすることができる。ただし、図２, 図３，図
７，図８の増幅器の増幅率または減衰器の減衰率はそれ
ぞれ装置が正常な場合の両者の信号の大きさの比又はそ
の逆数としておく。また、図５，図６の演算部にもそれ
ぞれに対応したα値を入力しておく。上述のように、比
較部30を出力部28, 29の出力側に配するとともに、もう
一つの比較部31を受光部８, ９の出力側又は出力部28,
29の内部回路の途中に配することによって、装置に故障
が生じた場合にどこの範囲の電子回路が故障したのかを
直ちに知ることができる。

【００３７】図９はこの発明の異なる実施例にかかる光
変成器の構成を示すブロック図である。検光子19の分岐
光19S, 19S1 はそれぞれ受光部24, 25に入り電気信号に
変換される。受光部24, 25の出力信号24S, 25Sはそれぞ
れ出力部40, 41に入力され、導体14にかかる電圧Ｖに比
例した計測用電気信号40S および系統の保護用電気信号
41S が出力される。出力部40, 41はそれぞれその入力側
に設けられ受光部の出力電流を電圧に変換するＩ／Ｖ変
換器44, 48と、このＩ／Ｖ変換器44, 48の出力側に設け
られたオートゲインコントローラ45, 49と、直流分を除
去する濾波器46, 50と、増幅器47, 51とにより構成され
ている。出力部40, 41の出力側および受光部24, 25の出
力側には、それぞれ比較部42, 43が接続されている。こ
の比較部42, 43はそれぞれ計測用電気信号40S と系統の
保護用電気信号41S との大きさを比較し、故障の有無を
判定する。故障と判定されたときに、比較部42,43 は故
障警報42S,43S を出力する。その他の構成は図12の公知
のそれと同じである。受光部24, 25の出力信号24S, 25S
は、前述したように直流分に交流分が重畳した波形にな
っている。すなわち、この交流分は、導体14にかかる交
流電圧に比例する成分であり、直流分は発光部23の光23
S の光量に比例する成分である。発射光23S の光量が変
動すると、それにつれて出力信号24S, 25Sの交流分が変
動するので導体14にかかる電圧Ｖの測定値が変動する。
それを避けるためにオートゲインコントローラ45, 46が
介装されている。オートゲインコントローラ45, 46、濾
波器34, 38、および増幅器35, 39は図１において構成さ
れたものと同じものである。

【００３８】また、比較部42, 43の内部構成も図２, 図
３, 図５ないし図８と同様のもので構成することができ
る。すなわち、図２, 図３, 図５ないし図８において入
力端に入力される計測用電気信号28S 、保護用電気信号
29S をそれぞれ40S, 41Sに代え、出力端側の故障警報30
S を42S に代えることによって、図１において説明した
内容と全く同じようにして装置の故障検出が可能にな
る。また、図９の光変成器内の各部における出力波形も
図４のタイムチャートと同様である。図４において、導
体電流Ｉを導体電圧Ｖとすることにより、以下各部に対
応する波形は全く同様になる。図９の比較部42として例
えば、図２の構成が用いられた場合を想定する。計測用
電気信号40S は導体14の定格電圧が６６kV (交流実効
値) 時に５Ｖ、保護用電気信号41S は導体14の雷インパ
ルス耐電圧が３５０kV時に５Ｖそれぞれ出力されるのが
正常であるとすると、前述のαを３７. ５｛＝３５０／
(６６×１. ４１４２) ｝とすることによって出力部4
0, 41の出力信号の大きさが所定の範囲から外れたとき
に故障警報42S が出力される。

【００３９】図９において、比較部43を受光部24, 25の
出力側に接続せずに、出力部40, 41の回路内部に接続さ
せてもよいことは図１で説明したことと同様である。比
較部を出力部40, 41の出力側に配するとともに、もう一
つの比較部を受光部24, 25の出力側又は出力部40, 41の
内部回路の途中に配することによて、装置に故障が生じ
た場合にどこの範囲の電子回路が故障したのかを直ちに
知ることができる。

【００４０】

【発明の効果】この発明は前述のように、電気機器の導
体に流れる電流の計測用電気信号を出力する出力部およ
び保護用電気信号を出力する出力部がそれぞれ１台づつ
設けられる。これらの出力信号の大きさを比較すること
によって故障の有無を判定し、故障と判定されたときに
故障警報を出力する比較部を備える。この構成によっ
て、少なくとも出力部が２組備わるだけで故障検出が可
能となり、従来の装置ではそれが４組必要であったのと
比べると、安価でかつコンパクトな装置を提供すること
ができる。

【００４１】また、この発明は、電気機器の導体にかか
る電圧の計測用電気信号を出力する出力部および保護用
電気信号を出力する出力部がそれぞれ１台づつ設けられ
る。この構成によって、少なくとも出力部が２組備わる
だけで故障検出が可能となり、従来の装置ではそれが４
組必要であったのと比べると、安価でかつコンパクトな
装置を提供することができる。

【００４２】かかる構成に加えて、２つの受光部の出力
電気信号又は２つの出力部の回路内部からの電気信号を
受け、この２つの電気信号の大きさを比較することによ
って、故障の有無を判定し、故障と判定されたときに故
障警報を出力するもう１つの比較部を備えた。この構成
によって、電気信号を受けた点を境にして装置の故障範
囲を判定することができる。

【００４３】さらに、かかる構成において、比較部が保
護用電気信号を増幅した信号と計測用電気信号との差又
はを計測用電気信号を減衰させた信号と保護用電気信号
との差を求め、その差と計測用電気信号の大きさ又は保
護用電気信号の大きさとの比が所定の範囲から外れたと
きに故障警報を出力するようにした。この構成によっ
て、出力部の出力信号の変動分をその出力信号に対する
割合で故障の有無を判定することができる。電気機器の
導体電流又は電圧が大幅に変化しても常に同じ割合でそ
の異常変動を監視することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例にかかる光変成器の構成を
示すブロック図

【図２】図１における比較部の内部構成例を示すブロッ
ク図

【図３】図１における比較部の異なる内部構成例を示す
ブロック図

【図４】図１における光変成器内の各部における出力波
形を示すタイムチャート

【図５】図１における比較部のさらに異なる内部構成例
を示すブロック図

【図６】図１における比較部のさらに異なる内部構成例
を示すブロック図

【図７】図１における比較部のさらに異なる内部構成例
を示すブロック図

【図８】図１における比較部のさらに異なる内部構成例
を示すブロック図

【図９】この発明のさらに異なる実施例にかかる光変成
器の構成を示すブロック図

【図１０】従来の光変成器の構成を示すブロック図

【図１１】図１０における光変成器内の各部における出
力波形を示すタイムチャート

【図１２】従来の光変成器の異なる構成を示すブロック
図

【図１３】図１２における光変成器内の各部における出
力波形を示すタイムチャート

【符号の説明】

１ 遮光容器 １３ 遮光容器 ２ 導体 １４ 導体 ３ 磁気光学センサ ２１ 電気光学センサ ４ ファラデー素子 １７ ポッケルス素子 ５ 偏光子 １８ 偏光子 ６ 検光子 １９ 検光子 ２０ １／４波長板 １０ 光 ６Ｓ 分岐光 ６Ｓ１ 分岐光 １９Ｓ 分岐光 １９Ｓ１ 分岐光 １５ 受電板 ２２ コンデンサ ２２Ａ 浮遊容量 １６Ａ 電極 １６Ｂ 電極 ７ 発光部 ２３ 発光部 ８ 受光部 ９ 受光部 ２４ 受光部 ２５ 受光部 ２８ 出力部 ２９ 出力部 ４０ 出力部 ４１ 出力部 ３０ 比較部 ３１ 比較部 ４２ 比較部 ４３ 比較部 ３２ Ｉ／Ｖ変換器 ３６ Ｉ／Ｖ変換器 ４４ Ｉ／Ｖ変換器 ４８ Ｉ／Ｖ変換器 ３３ オートゲインコントローラ ３７ オートゲインコントローラ ４５ オートゲインコントローラ ４９ オートゲインコントローラ ３４ 濾波器 ３８ 濾波器 ４６ 濾波器 ５０ 濾波器 ３５ 増幅器 ３９ 増幅器 ４７ 増幅器 ５１ 増幅器 ３０Ｃ 増幅器 ７１Ｃ 増幅器 ３０Ｊ 減衰器 ３０Ｄ 差動増幅器 ７１Ｄ 差動増幅器 ７１Ｇ 割算回路 ３０Ｅ 整流回路 ６０Ｃ 整流回路 ７１Ｅ 整流回路 ７１Ｆ 整流回路 ３０Ｆ 比較器 ７１Ｈ 比較器 ３０Ｇ レベル設定器 ７０Ｇ レベル設定器 ７１Ｊ レベル設定器 ６０Ｅ Ａ／Ｄ変換器 ６０Ｆ Ａ／Ｄ変換器 ６０Ｇ 演算部

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】遮光容器内に絶縁ガスとともに収納された
   電気機器の導体に流れる電流によって発生する磁界を受
   けファラデー効果により透過光量が変化する磁気光学セ
   ンサと、この磁気光学センサの透過光を受け電気信号に
   変換して出力する受光部と、この受光部の出力信号を受
   け前記電流の計測用電気信号および前記電気機器のつな
   がる系統の保護用電気信号をそれぞれ出力する出力部と
   により構成されたものにおいて、前記計測用電気信号を
   出力する出力部および前記保護用電気信号を出力する出
   力部がそれぞれ１台ずつ設けられ、これらの出力部の出
   力信号を受け、計測用電気信号と保護用電気信号との大
   きさを比較することによって故障の有無を判定し、故障
   と判定されたときに故障警報を出力する比較部を備えた
   ことを特徴とする光変成器。
2. 【請求項２】遮光容器内に絶縁ガスとともに収納された
   電気機器の導体にかかる電圧によって導体周辺に発生す
   る電界を受けポッケルス効果により透過光量が変化する
   電気光学センサと、この電気光学センサの透過光を受け
   電気信号に変換して出力する受光部と、この受光部の出
   力信号を受け前記電圧の計測用電気信号および前記電気
   機器のつながる系統の保護用電気信号をそれぞれ出力す
   る出力部とにより構成されたものにおいて、前記計測用
   電気信号を出力する出力部および前記保護用電気信号を
   出力する出力部がそれぞれ１台ずつ設けられ、これらの
   出力部の出力信号を受け、計測用電気信号と保護用電気
   信号との大きさを比較することによって故障の有無を判
   定し、故障と判定されたときに故障警報を出力する比較
   部を備えたことを特徴とする光変成器。
3. 【請求項３】請求項１記載のものにおいて、磁気光学セ
   ンサの透過光を受け電気信号に変換して出力する受光部
   を２台設け、この２つの受光部の出力電気信号又は２つ
   の出力部の回路内部からの電気信号を受け、この２つの
   電気信号の大きさを比較することによって故障の有無を
   判定し、故障と判定されたときに故障警報を出力するも
   う一つの比較部を備えたことを特徴とする光変成器。
4. 【請求項４】請求項２記載のものにおいて、電気光学セ
   ンサの透過光を受け電気信号に変換して出力する受光部
   を２台設け、この２つの受光部の出力電気信号又は２つ
   の出力部の回路内部からの電気信号を受け、この２つの
   電気信号の大きさを比較することによって故障の有無を
   判定し、故障と判定されたときに故障警報を出力するも
   う一つの比較部を備えたことを特徴とする光変成器。
5. 【請求項５】請求項１又は２記載のものにおいて、比較
   部が計測用電気信号と保護用電気信号との大きさを比較
   するときに、保護用電気信号を増幅した信号と計測用電
   気信号との差又は計測用電気信号を減衰させた信号と保
   護用電気信号との差を求め、その差と計測用電気信号の
   大きさ又は保護用電気信号の大きさとの比が所定の範囲
   から外れたときに故障警報を出力することを特徴とする
   光変成器。