JP3308688B2 - 光学式電流計測装置 - Google Patents

光学式電流計測装置

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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、ガス絶縁母線等の導体
通電電流を計測する電流計測装置に係り、特に光学式電
流計測装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の技術による光学式電流計測装置の
構成を図10に示した。GISまたはガス絶縁母線は、絶
縁性ガスを充填したタンク1と、絶縁スペーサ3で支持
された導体2により構成される。導体2を流れる電流検
出のため、鉛ガラスやファラデー効果のある光ファイバ
のようなファラデー素子4を、導体2の通電電流を取り
囲むように周回させて光路を形成する。図11では、ファ
ラデー効果のある光ファイバ4を保持材5、絶縁材6に
よりタンク1に固定し、タンク1を貫通する気密端子8
のタンク外に光電変換部9と演算出力部10を配置してい
る。光ファイバ4の端部は偏光子12、検光子13と接続し
て光の受け渡しを行っている。なお、光ファイバ4は複
数回巻いたものをまとめて、おさえ7で保持材5に支持
する。
【0003】次に、図12に示した光路図により、動作を
説明する。光電変換部9の発光ダイオード14から出射さ
れた光は、送・受光用の光ファイバ11で気密端子8を経
由し、タンク1内部に配置した偏光子12に入って直線偏
光にされる。この光が、光ファイバ4に入り、導体2の
通電電流が作る磁界によって偏光面が回転した光は、検
光子13に入射する。検光子13で直角2成分(X,Y成
分)のベクトル光に分光された光が、光量信号となって
再び光電変換部9に戻り、フォトダイオード15により電
気信号に変換した後、演算出力部10により演算を行って
電流値を求める。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
光学式電流計測装置では、ファラデー素子を導体2に近
接させてタンク1との間で絶縁材6による絶縁支持を行
うため、多相ガス絶縁母線に適用する場合、構造が複雑
になる欠点がある。また、ファラデー素子が導体2の発
熱の影響で誤差を生ずる危険性がある。
【0005】一方、ファラデー素子として光ファイバ4
を使用すると、熱や機械的応力により複屈折を発生しや
すい。この複屈折により偏光の乱れを生じ測定誤差を招
く問題がある。図11の従来の例では、ファラデー素子の
鉛ガラスを光ファイバ4に置き換えた構成であるため、
おさえ7により光ファイバ4に部分的に応力が掛って複
屈折を増す。また、この保持方法では、伝わってくる振
動・衝撃による応力の発生も回避できない。光ファイバ
4はコイル状に曲げると応力を生じる(直径に反比例)
程敏感なため、図11の構造では組立時の取扱いでも応力
が掛かる。また温度変化により、熱膨張・収縮にともな
う応力が掛かる。従って、これらの応力は複屈折を増し
測定の精度を低下させる。本発明は、上記のような従来
技術の問題点を解決するために提案されたもので、その
目的は測定精度を向上させた光学式電流計測装置の提供
にある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、絶縁ガスを封
入した管状タンク内に通電導体を配設して成るガス絶縁
機器の前記通電導体の通電電流を計測する光学式電流計
測装置において、前記管状タンク内に、内側に前記通電
導体を挿通させる開口を有し、外周囲が前記管状タンク
内壁に固着されて成る絶縁性板状部材を配設し、この板
状部材上に前記通電導体を周回させた光ファイバーを緩
衝材を介して固定させた環状部材を取り付け、この光フ
ァイバー両端部に所定の光学機器を取り付け、この光フ
ァイバー内を通光する光のファラデー効果に伴う偏光状
態に基づき前記通電電流を計測することを特徴とする。
【0007】
【作用】タンク内壁面に外周囲を固定した板状部材上に
光ファイバーを保護収納した環状部材を配置固定したこ
とにより、光ファイバーへの応力及び熱影響を回避する
ことが可能となり複屈折を抑え測定誤差の発生を解消す
ることが可能となる。
【0008】
【実施例】以下に本発明の実施例を詳細に説明する。図
1は、ファラデー素子に光ファイバ4を用いて、単相G
ISに光学式電流計測装置を構成した例を示す。光ファ
イバ4を取付ける保持材5は、タンク1に内接する絶縁
性の円板で、ガラスエポキシまたはスペーサに用いる樹
脂等を採用する。この実施例ではタンク1の段部に挿入
し、固定材17で固定する。保持材5には導体2が貫通す
る位置に、絶縁ガスの流通口を兼ねた開口を設ける。こ
の口径は、高圧課電部の導体2に対して絶縁を確保する
ためと、組立時に導体2の挿入を容易にするため、出来
るだけ大きなものとし、導体2の口径に対して好ましく
は2倍以上に選定する。次に、内部に光ファイバ4を収
納したリング16を、保持材5の開口に同心に配置して、
おさえ7で固定する。この際、リング16には緩衝材19を
介して光ファイバ4を配置しておく。光ファイバ4に
は、ファラデー効果のあるシングルモード光ファイバを
用い、検出感度に適合させた巻数を持つ束状のコイルを
採用している。
【0009】図1の光路構成を図2に示す。これは図12
の従来構成で述べた光路図と変わらない。次に、この実
施例がもたらす作用と効果について述べる。光ファイバ
4を納めたリング16を、導体2から離間して配置する事
により、光ファイバ4の巻き径を許容可能な最大値に設
定(単相では偏光子12等との配置、三相では各相のリン
グ16が接するまで)出来るから、光ファイバの曲率を和
らげて曲げ応力を低くする。光ファイバをよじって、曲
げ応力で生じた複屈折を消去する方法もあるが、最初か
ら応力を減らす構造を選択する事が有効である。また、
通電時に発熱源となる導体2から離せるため、光ファイ
バ4に影響する温度差を軽減して応力の発生を抑える。
光ファイバ4をリング16に納める時は、緩衝材19に例え
ば断熱材用の綿状グラスファイバ等を用いて、光ファイ
バ4の包み形状を整える。この緩衝構造は、リング16に
伝達した熱から光ファイバ4を遮蔽する作用と、光ファ
イバ4を柔らかく保持する事により、応力をかけないよ
うにする作用がある。振動・衝撃などによる光ファイバ
4への応力を遮断する効果も有るから、上記作用と共に
複屈折を抑え、測定誤差の発生問題を解決する。光ファ
イバ4の取扱い面で、機械的に丈夫な材質(ステンレス
材等)を用いたリング16が、応力に敏感な光ファイバ4
の保護環として働くため、組立作業等が容易になる。
【0010】この結果、応力により複屈折が増して精度
が低下するという問題を解決できる。図3に三相GIS
に適用した事例を示した。偏光子12、検光子13を保持材
5に配置した例であるが、図1のようにタンク1の壁面
に設置してリング16の口径を大にする方法もある。この
他、リング16を非金属とした構成、リング16周辺に電界
緩和のためシールドを付加した構成、保持材5を金属に
した構成、保持材5にガス抜き用窓口を設けた構成等、
多くのバリエーションが考えられる。
【0011】図4は、ファラデー素子に光ファイバ4を
用いて、単相GISに光学式電流計測装置を構成した例
を示す。光ファイバ4を取付ける保持材5は、タンク1
に内接する絶縁性の円板で、ガラスエポキシまたはスペ
ーサに用いる樹脂等を採用する。この実施例ではタンク
1の段部に挿入し、固定材17で固定する。保持材5には
導体2が貫通する位置に、絶縁ガラスの流通口を兼ねた
開口を設ける。この口径は、高圧課電部の導体2に対し
て絶縁を確保するためと、組立時に導体2の挿入を容易
にするため、出来るだけ大きなものとし、導体2の径に
対して好ましくは2倍以上に選定する。次に、保持材5
の側面に設けた溝部21内部に光ファイバ4を収納して、
保持材5の導体2貫通孔に同心に配置して、おさえ7で
封じる。図4のA部を拡大した図が図5である。なお、
溝部21には緩衝材19を介して光ファイバ4を配置してお
く。光ファイバ4には、ファラデー効果のあるシングル
モード光ファイバを用い、検出感度に適合させた巻数を
持つ束状のコイルを採用している。
【0012】図4の光路構成は図2と変わらない。次
に、この実施例がもたらす作用と効果について述べる。
光ファイバ4を納めた溝部21を、導体2から離して配置
する事により、光ファイバ4の巻き径を許容可能な最大
値に設定出来るから、光ファイバの曲率を和らげて曲げ
応力を低くする。また、通電時に発熱源となる導体2か
ら離せるため、光ファイバ4に影響する温度差を軽減し
て応力の発生を抑える。光ファイバ4を溝部21に納める
時は、緩衝材19に例えば断熱材用の綿状グラフスファイ
バ等を用いて、光ファイバ4の包み形状を整える。この
緩衝構造は、溝部21に達した熱から光ファイバ4を遮蔽
する作用と、光ファイバ4を柔らかく保持する事によ
り、応力をかけないようにする作用がある。振動・衝撃
などによる光ファイバ4への応力を遮断する効果も有る
から、上記作用と共に複屈折を抑え、測定誤差の発生問
題を解決する。また、ファイバ4をあらかじめ溝部21に
装着してから、保持材5をタンク1に組み込むため、応
力に敏感なファイバ4に直接触れないで組立作業が行え
る。
【0013】この結果、応力により複屈折が増して精度
が低下するという問題を解決できる。図6に三相GIS
に適用した事例を示した。偏光子12、検光子13を保持材
5に配置した例である。また図5のように溝部21を保持
材5の側面に設置した構成から、図7のように保持材5
の内径側(導体2寄り)に設置する構成もある。この
他、溝部21の断面形状を矩形、半円形にした構成等、多
くのバリエーションが考えられる。
【0014】図8は、ファラデー素子に光ファイバ4を
用いて、GIS用光学式電流計測装置を構成した例を示
す。光ファイバ4をタンク1に取付ける方法は、外径が
タンク1に内接する寸法とした保護リング16の内部に光
ファイバ4を収納し、保持材5によりタンク1の内壁に
配置固定する。この際、図9に示すように保護リング16
には緩衝材19を介して光ファイバ4を配置する。光ファ
イバ4には、ファラデー効果のあるシングルモード光フ
ァイバを用い、検出感度に適合させた巻数を持つ束状の
コイルを採用している。
【0015】図9の光路構成は図2の光路図と変わらな
い。次に、この実施例による緩衝構造がもたらす作用と
効果について述べる。光ファイバ4を保護リング16に納
める時は、図9に示すように、緩衝材19に例えば断熱材
用の綿状グラスファイバ等を用いて、光ファイバ4の包
み形状を整える。しかし、光ファイバ4は巻束の素線が
互いに触れたり、こすれると応力を発生する問題があ
り、素線間にも緩衝材19を入り込ませねば効果が低い。
そこで、図10に示した拡大図のように、細管状の緩衝材
19’を用いる。光ファイバ4を巻束に加工する前に、外
径2−3mm程度のチューブ形状に加工した緩衝材に光フ
ァイバ4を挿入した後、保護リング16の径に合わせて、
センサの感度に必要な回数を巻いて束にする。細管状の
緩衝材19’は、グラスファイバ等を用いた極細で綿状の
クッション材であって、これを作ること及びその中に直
径 0.3mm程度のシングルモード光ファイバを挿入する孔
を設ける事は製造上難しい。このため、細管状の緩衝材
19’を同心二重構造にして、固形層の光ファイバ挿入管
20を設け、この上に柔らかい緩衝層を形成する。光ファ
イバ挿入管20は内径が1mm以内の樹脂系等の材料を用
い、光ファイバ4を挿入しやすい滑らかな内面を得るこ
とにより、光ファイバ端が孔中心からチューブ外に突き
出さぬようなガイドチューブの役割を持たせる。
【0016】尚、光ファイバ挿入管20およびこの管外側
に細管状の緩衝材19’の層を形成させるために用いたバ
インダー等は、加熱焼成または化学処理であとかたも無
く除去出来る素材を選ぶ。この結果、光ファイバ4の素
線周囲にはふわふわな細管状の緩衝材19’の層筒部のみ
が残り、保護リング16内の光ファイバ4は総て柔らかい
緩衝構造の中に収納する事ができる。
【0017】光ファイバ4は緩衝材19により、硬い保護
リング16との間に緩衝構造を作るため、保護リング16に
達した熱から光ファイバ4は遮蔽されるとともに、柔軟
に保持され、応力の影響を回避しうる。振動・衝撃など
による光ファイバ4への応力を遮断する効果も有るか
ら、上記作用と共に複屈折を抑え、測定誤差の発生問題
を解決する。光ファイバ4の取扱い面で、機械的に丈夫
な材質(ステンレス材等)を用いた保護リング16が、応
力に敏感な光ファイバ4の保護環として働くため、組立
作業等が容易になる。
【0018】この結果、応力により複屈折が増して精度
が低下するという問題を解決できる。この緩衝構造は、
前述の実施例にも応用できる。保護リング16を円板形状
の保持材5上に配置すれば単相用に、導体2が3本にな
れば三相用の構成も可能である。このように、ファラデ
ー効果の有るシングルモード光ファイバを扱う他の光学
式計測装置に適用できる事は明らかである。
【0019】
【発明の効果】以上の構成により精度を向上させた光学
式電流計測を行うことが可能な測定装置を提供すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の光学式電流計測装置の構成
例解図
【図2】図1の光学素子間の光路構成図
【図3】本発明の他の実施例に係る構成例解図
【図4】本発明の他の実施例に係る構成例解図
【図5】図4のA部詳細図
【図6】本発明の他の実施例に係る構成例解図
【図7】本発明の他の実施例に係る要部詳細図
【図8】本発明の他の実施例に係る構成例解図
【図9】図8の要部詳細図
【図10】図9の要部詳細図
【図11】従来の光学式電流計測装置の構成例解図
【図12】図11の光学素子の光路構成図
【符号の説明】
1…タンク 2…導体 3…絶縁スペーサ 4…光ファイバ 5…保持材 6…絶縁材 7…おさえ 8…気密端子 9…光電変換部 10…演算出力部 11…光ファイバ 12…偏光子 13…検光子 14…発光ダイオード 15…フォトダイオード 16…リング 17…固定材 18…偏光子・検光子ユニット 19…緩衝材 19’…細管状の緩衝材 20…光ファイバ挿入管 21…溝部 30…集光レンズ 31…光コネクタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01R 15/24 G01R 19/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 絶縁ガスを封入した管状タンク内に通電
    導体を配設して成るガス絶縁機器の前記通電導体の通電
    電流を計測する光学式電流計測装置において、前記管状
    タンク内に、内側に前記通電導体を挿通させる開口を有
    し、外周囲が前記管状タンク内壁に固着されて成る絶縁
    性板状部材を配設し、この板状部材上に前記通電導体を
    周回させた光ファイバーを緩衝材を介して固定させた環
    状部材を取り付け、この光ファイバー両端部に所定の光
    学機器を取り付け、この光ファイバー内を通光する光の
    ファラデー効果に伴う偏光状態に基づき前記通電電流を
    計測することを特徴とする光学式電流計測装置。
  2. 【請求項2】 前記通電導体が複数本配設されるガス絶
    縁機器において、前記板状部材に前記複数の通電導体を
    挿通させる複数の開口を設けるとともに、各通電導体を
    周回させた光ファイバ−を緩衝材を介して固定させた環
    状部材を取付けて成る請求項1記載の光学式電流計測装
    置。
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