JP2972551B2

JP2972551B2 - 環状光回路

Info

Publication number: JP2972551B2
Application number: JP7138294A
Authority: JP
Inventors: 孝蓮沼
Original assignee: HIKARI KOBO JUGEN
Current assignee: HIKARI KOBO JUGEN
Priority date: 1995-06-05
Filing date: 1995-06-05
Publication date: 1999-11-08
Anticipated expiration: 2014-11-08
Also published as: JPH08334533A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光変流器等に使用する環
状光回路に関するもので、変電所，発電所等における大
電流の検出測定に使用するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、高電圧、大電流測定には巻線
型の電磁誘導方式が用いられてきたが、現在は、無誘導
性、広帯域性、電気絶縁性などの優れた性能をもつファ
ラデー効果を利用した全く原理の異なる光学的手法によ
って、磁界の大きさから電流を測定する磁気光学効果応
用方式によるところの、光変流器による測定が行われて
いる。かかる光変流器として例えば、特公平２−５２８
２７号，特開昭５９−１０４２６４号，特開昭５９−５
７１７０号，特開昭６４−５３１６９号等に記載のもの
がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】先ず、特公平２−５２
８２７号『光変流器』に見るように周回する環状光回路
は、ファラデー効果をもつ硝材で一体型を成すため、被
測定導体が長尺の場合、端末から光変流器の中央部貫通
孔より順次長尺移動しながら通すか、切断しなければな
らず複雑な作業が必要で、実行上不向きというより不可
能に近く、新設の時に初めから設計装着しなければなら
ない。次に特開昭６０−１０４２６４号『光変流器』
は、上述の特公平２−５２８２７号『光変流器』の欠点
である移動切断を補うため、一体型の光変流器を２つに
分割して、被測定導体を挟み込むという至極常套技法を
用いたものであるが、光路合わせが難しく現場での再現
性がない。また、近年の機器の大容量化に伴い、導体径
が大きくなる傾向にあり、光変流器にもそれに見合った
大型化が要求されている。また、上記特公平２−５２８
２７号，特開昭５９−１０４２６４号，特開昭５９−５
７１７０号，特開昭６４−５３１６９号などに提案され
ている一体型周回積分型光変流器は、すべて軽量小型で
あるため歪みも極めて小さく、導体径が１５０mm以上の
大口径を必要とする大型のものとなると、素材を含めそ
の製法は極めて困難になる。また大型化につれて、素子
自体の自重などによる撓み, 歪みが発生したり、温度,
機械的な影響も受け易く測定精度を悪化させるため、と
ても安定した高性能は望めない。

【０００４】上記のように、従来の一体型構造の周回積
分型光変流器においては、いずれも導体貫通による測定
であるため、センサの着脱は導体の端末まで移動しなけ
ればならず、機器の保守，点検などの管理面に問題があ
り、さらに大型化による自己歪み、熱歪み、素材製造、
加工製作技術、高価格などを解決する有効な方法は、こ
れまでに提案されていない。以上のように従来の周回積
分型光変流器は、いずれも大型化製法、導体との着脱自
在性、高性能化を同時に満足させる技術的な課題が残さ
れていた。

【０００５】本発明の目的は、これらの問題に鑑みてな
されたもので、短時間に着脱自在で、サイズも被測定物
に合わせて、小型から大型まで製作可能であり、自己歪
みもなく、高精度な光回路を環状周回させることがで
き、しかも低価格な光変流器を提供でき、さらに保持器
の気密性を高めれば、密封された全環境型光変流器に発
展することができる環状光回路を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、新たな起点に立った着脱自在な環状光回路
を構築するもので、非磁性体よりなる複数個の互いに積
み重ねる偏平な保持器１，１・・・には被測定導体２を
貫通する中心孔３及び被測定導体２を側方よりその中心
孔３に案内するための溝孔４を設け、これらの保持器
１，１・・・には光反射鏡または反射プリズム５ａを有
する光路ファラデー素子５を環状光通路を形成するよう
に保持させてなる環状光回路である。また、上記複数個
の保持器１，１・・・は上記中心孔３の中心軸を中心と
して同心状に回動すべく係合させてなり、さらに、上記
保持器１，１・・・には４５度反射鏡または反射プリズ
ムを有する光路ファラデー素子５を対称で２つの平行す
る光路を形成するように配置し、上記保持器１，１・・
・を回動させて４５度反射鏡または反射プリズムが対向
したとき協働して井桁状の環状光路を形成するようにし
たものである。

【０００７】

【作用】この保持器１，１・・を光センサとして被測定
導体２に装着するときは、互いの切り込み溝孔４が一致
するようにして被測定導体２に装着し、しかる後にいず
れか一方を回転して固定することによって、各保持器１
の光路は環状に形成され、環状光回路ができあがり、周
回積分型光センサとして測定可能な状態となる。また、
外すときは装着の逆順に操作して、当該センサを被測定
導体２より除去することができる。

【０００８】

【実施例】図１示のようにこの装置は相対的に回動する
分割保持器Ａと、分割保持器Ｂとよりなり、これら分割
保持器Ａと、分割保持器Ｂには非磁性体よりなる複数個
の互いに積み重ねる偏平な保持器１，１・・・を設け
る。これら保持器１，１・・・には被測定導体２を貫通
する中心孔３及び被測定導体２を側方よりその中心孔３
に案内するための溝孔４を設ける。したがって、分割保
持器Ａと分割保持器Ｂの保持器１は双板のＵ字型（馬蹄
型）保持器をなし、そのＵ型の溝孔４は、被測定導体２
が貫通するのに必要な大きさの空間を提供する。

【０００９】これらの保持器１，１・・・には光反射鏡
または反射プリズム５ａを有する光路ファラデー素子５
を環状光通路を形成するように保持させる。光路ファラ
デー素子５に於いて、ファラデー素子５−１，５−２，
５−３，５−４は夫々両端に４５度の光反射鏡または反
射プリズム５ａをもつ角柱で構成される。分割保持器Ａ
の保持器１にはファラデー素子５−１と５−３、分割保
持器Ｂの保持器１にはファラデー素子５−２と５−４と
が保持器１，１の中心孔３と溝孔４の中心を通る線に平
行かつ対称に掘られた溝８，８，８，８の中に固定され
る。したがってこの溝孔４の切り込み方向と平行して、
被測定導体径よりは長い２つの平行する光路を形成し、
４５度反射鏡または反射プリズム５ａを有するファラデ
ー素子５−１，５−２，５−３，５−４は対称に固定さ
れる。６，６は夫々分割保持器Ａ，分割保持器Ｂのカバ
ー板である。

【００１０】ファラデー素子５−１は偏光子５ｂ付ファ
ラデー素子、ファラデー素子５−４は検光子５ｃ付ファ
ラデー素子である。その偏光子５ｂと検光子５ｃと対抗
する位置に図４，５示のようにファイバーコリメータ１
０による光入射・出射部７ａ，７ｂを取り付ける。この
ファイバーコリメータ１０はレーザー光を光ファイバで
導き、ファラデー素子環状光回路内を平行光にして周回
させ、電流の大きさでファラデー回転した光を２つの偏
光成分に分離して、再び光ファイバーに取り込むための
レンズとコネクターで構成される。

【００１１】分割保持器Ａと分割保持器Ｂの対向面には
各ファラデー素子５−１，５−２，５−３，５−４の反
射鏡または反射プリズム５ａで４５度に反射した光路用
の孔９，９・・・があり、その間にファラデー素子同士
が接触しないよう空間ギャップを形成する。

【００１２】保持器１の材料としては、図示のものはセ
ラミック材であるが、各ファラデー素子５と同程度の熱
膨張係数を有するアルミニウム、チタン材のような堅固
で加工性に優れた有機，無機材料等、他の非磁性体を用
いてもよい。ファラデー素子としては、ファラデー効果
のあるＢＫ７ガラス，鉛ガラス，ＦＲガラス，ＺｎＳ
ｅ，ＢＳＯ，ＢＧＯ，ＹＩＧ等を用いる。ファラデー素
子は同一の材質のものだけではなく、異なった硝材、結
晶の複合も任意に組み合わせることができる。

【００１３】次にこの装置の組付方法を説明する。図２
示のように分割保持器Ａと分割保持器ＢのＵ字型に一方
向に開放された溝孔４は、被測定導体２に貫通させ、被
測定導体２に対し直角方向に中心孔３まで挿し込む。

【００１４】次に図３示のように分割保持器Ａと分割保
持器Ｂを相対的に９０度回転させて、その対向面の孔
９，９・・・を合わせる。このとき光量が損失なく井桁
状に周回するようにあらかじめ角度、平行を調整してお
き、センサとして最良の位置を再現できるようにロック
機構を設定する。かくして分割保持器Ａと分割保持器Ｂ
をその調整された位置で固定すれば、被測定導体を破断
する事無く被測定導体を周回する井桁型の光電流センサ
が構成され、周回積分型光ＣＴセンサとして測定可能な
状態となる。

【００１５】これによって図６示のように偏光子５ｂを
通った光はファラデー素子の両端の反射鏡または反射プ
リズム５ａで全反射し、孔９，９・・・を通ってファラ
デー素子５−１，５−２，５−３，５−４を順次通り、
検光子５ｃで偏光面の回転角が測定され、被測定導体２
の電流が検出される。

【００１６】以上のように被測定導体２との着脱は、分
割保持器Ａと分割保持器Ｂを固定しているボルトや止め
具を緩め、いずれかを９０度回転させ、Ｕ字型溝孔を一
致させることで被測定導体を破断する事無く容易にでき
る。

【００１７】上記構成の周回積分型光電流センサ構造に
よれば、一体型構造の同一寸法のセンサに比べ、井桁型
であるため、ファラデー素子の体積は均一になり、不要
部分の贅肉がなくなるので、約２分の１の重量比になる
と共にファラデー素子の両端で全反射することによる偏
光面の位相のずれを相殺出来る。４個のファラデー素子
からなる各素子は、強固な保持器、収納ケースに単体で
固定され、反射面は封止することによってゴミ汚れの付
着に起因する光損失を防止できる。また各素子は互いに
隣接して接着されることがないので、熱歪み、機械的強
度の影響を受けることが極めて小さく、大型素子の製造
が可能になる。従って、周回積分型光電流センサ構造に
よる自己歪み、製作技術、高価格の問題などが一挙に解
決される。

【００１８】一方、井桁状環状光回路を分割嵌め合わせ
た構造であるために、如何なる長尺な導体であろうと、
設置取外しの際は導体の端末まで移動させる事なく、保
持器の止めネジあるいは止め金具を外して、収納ケース
を導体から直角方向に抜き取るだけの短時間で、被測定
導体を破断する事無く容易にセンサが自在に着脱でき
る。

【００１９】磁気光学効果の大きさは、素子の光路長と
磁界の強さに比例するため、実施例１の分割保持器Ａ，
Ｂを更に積層して周回回数を増加すれば、より高感度な
センサを形成することができる。

【００２０】図７，８はその本発明の他の実施例を示す
もので、４つの分割保持器Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを用いたもの
である。分割保持器Ｃ，Ｄも前記分割保持器Ａ，Ｂと同
様に磁気光学効果を備えたファラデー素子が平行対称に
組み込まれ、電流の流れる被測定導体２に、前記双板の
保持器を挿し込み、これらを図８に示すように相対的に
９０度捩ることによって前記ファラデー素子が井桁状に
なって、電流の大きさを測定する光応用による周回積分
型の光変流器となる。

【００２１】６つの分割保持器Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ
を用いた場合には図９に示すような光路が形成される。

【００２２】以上のように、分割保持器Ａと分割保持器
Ｂの保持器には、４５度反射面をもつ光路が平行対称に
組み込まれ、いずれかを９０度に回転（図１ｂ）するこ
とによって、前記４５度反射鏡の光路は井桁状に直進，
反射して、光を周回させることができる。しかも分割嵌
め合わせ構造であるため、分割保持器Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ・
・の組合せを増加して積層していけば、任意の周回回数
を得ることができる。また、光が井桁に周回する光路に
は、光学的性質、つまり光が媒質を通過するときに与え
る吸収、散乱、屈折、偏光などの効果が得られる素材を
単一あるいは複合して組み込むことができる。一方中心
孔の中央空間部内には長尺な被測定物、破断することの
できない設備を容易に設置できるものである。

【００２３】図１０は本発明の更に他の実施例を示すも
ので、分割保持器Ａと分割保持器Ｂの対向面の一方には
中心孔３と同心の環状の突条３ａを、他方にはそれと嵌
合する環状の凹溝３ｂを設けたものである。これによっ
て分割保持器Ａと分割保持器Ｂは上記中心孔３の中心軸
を中心として同心状に互いに回動すべく係合し、その９
０度の相対的回転を容易かつ正確に行うことができるも
のである。

【００２４】以上説明したように、上記実施例にかかる
分割方式の周回積分型光電流センサによれば、被測定電
流導体との着脱が簡単になり、機器の保守点検、交換な
どの管理が極めて容易になり、既設の場所であっても設
置可能となり、その経費の低減効果、使用場所が拡大す
ることは非常に大きな改革になる。

【００２５】また、井桁に構成される各ファラデー素子
は各々が直線加工だけで済むため、歪みも極めて少な
く、長尺の材料が自由に使え、製作も簡単になり、それ
ら制約がなくなるため大口径導体になっても安価にな
る。

【００２６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、高精度に
光を周回する性能を損なうことなく、小型から大型のも
のまで製作可能で、しかも被測定導体を切断，更新する
ことなく被測定導体に外側から着脱自在に挟み込むこと
で何処にでも組付でき、保守，管理が容易となる利点を
有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の分解斜視図である。

【図２】その組立状態の斜視図である。

【図３】その組上た状態の斜視図である。

【図４】イ，ロはその実施例の分割保持器Ａと分割保持
器Ｂの平面図である。

【図５】その実施例の図４イ，ロの各５─５線断面図で
ある。

【図６】その光路の説明図である。

【図７】本発明の他の実施例の組立状態の斜視図であ
る。

【図８】その組上た状態の斜視図である。

【図９】その光路の説明図である。

【図１０】本発明の更に他の実施例の分解斜視図であ
る。

【符号の説明】

１保持器２被測定導体３中心孔４溝孔５ａ反射鏡または反射プリズム５ファラデー素子

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】非磁性体よりなる複数個の互いに積み重
ねる偏平な保持器（１，１・・・）には被測定導体
（２）を貫通する中心孔（３）及び被測定導体（２）を
側方よりその中心孔（３）に案内するための溝孔（４）
を設け、これらの保持器（１，１・・・）には光反射鏡
または反射プリズム（５ａ）を有する光路ファラデー素
子（５）を環状光通路を形成するように保持させてなる
環状光回路。
【請求項２】上記複数個の保持器（１，１・・・）は
上記中心孔（３）の中心軸を中心として同心状に回動す
べく係合させてなる請求項１記載の環状光回路。
【請求項３】上記保持器（１，１・・・）には４５度
反射鏡または反射プリズムを有する光路ファラデー素子
（５）を対称で２つの平行する光路を形成するように配
置し、上記保持器（１，１・・・）を回動させて４５度
反射鏡または反射プリズムが対向したとき協働して井桁
状の環状光路を形成するようにした請求項１記載の環状
光回路。