JP3423047B2 - 分布型温度センサおよびこれを用いた電力ケーブルの地絡検知器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数本の電力ケーブル
の地絡発生地点を検知するのに好適に用いられる分布型
温度センサおよびこれを用いた電力ケーブルの地絡検知
器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電力ケーブルにおいて、絶縁
破壊による地絡（スパーク）事故が発生したどうかは、
電力ケーブルに流れている電流を監視することによって
判別されている。しかしながらこの方法では、電力ケー
ブル内のどの地点で地絡が発生したかは不明である。地
絡発生地点を検知できるようにすることによって、電力
ケーブルの復旧などを迅速に行うことができるようにな
るため、最近では、地絡発生に伴う電力ケーブル内の温
度上昇を分布型温度センサを用いて捕え、地絡発生地点
を検知するシステムの開発が進められている。

【０００３】光ファイバに高出力パルス光を入射させる
と、光ファイバ内でラマン散乱が生じ、周波数が一定の
値だけ減少したストークス光と、周波数が同じ値だけ増
加した反ストークス光とが観測される。分布型温度セン
サは、この反ストークス光の温度依存性が大きいことを
利用して、ストークス光と反ストークス光の比をとるこ
とによって、光ファイバの長さ方向の温度分布を測定す
るものである。

【０００４】図４は従来から知られている分布型温度セ
ンサを用いた電力ケーブルの地絡検知器の基本構成例を
示した概略構成図である。この例の地絡検知器では、電
力ケーブル１０１内に、温度分布測定用光ファイバ１０
２ａからなるファイバ検知部１０２が、電力ケーブル１
０１の長さ方向に、螺旋状に設けられている。そしてセ
ンサ本体１０４では、光源１０５からの出射光が光分波
器１０７を介してファイバ検知部１０２へ導かれ、該フ
ァイバ検知部１０２から出射される後方ラマン散乱のス
トークス信号光および反ストークス信号光が光分波器１
０７で分離されてそれぞれ受光素子１０９，１１０へ入
射される。受光素子１０９，１１０に入射された２つの
信号光は、それぞれ電気信号に変換されて出力され、さ
らに増幅器１１３，１１４でそれぞれ増幅された後、デ
ジタルアベレージャ１２０へ送られる。そしてデジタル
アベレージャ１２０で平均化処理が行われ、ノイズが低
減化された後、データがコンピュータ１２１へ送られ温
度分布に変換されるようになっている。またデジタルア
ベレージャ１２０から光源１０５へトリガとして信号が
送られるように構成されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この例
の地絡検知器は、１本の温度分布測定用光ファイバ１０
２ａを用いて１つの温度センサを構成したもので、１本
の電力ケーブル１０１内に、温度分布測定用光ファイバ
１０２ａを１本しか設けることができず、温度の測定が
密に行われないという不満があった。また温度測定を密
に行うために、例えば、電力ケーブル１０１内で、温度
分布測定用光ファイバ１０２ａを１往復させて、見かけ
上、２本の温度分布測定用光ファイバ１０２ａを設けた
状態とする、あるいは２往復させて、見かけ上、４本の
温度分布測定用光ファイバ１０２ａを設けた状態とする
こともできる。しかしながら、温度分布測定用光ファイ
バ１０２ａの測定可能距離は測定の条件等によって決ま
り、電力ケーブル１０１内で温度分布測定用光ファイバ
１０２ａを往復させると、測定できる電力ケーブル１０
１の距離が短くなってしまうという欠点があった。

【０００６】そこで図５に示すような、複数本の温度分
布測定用光ファイバ１０２ａ，１０２ａ…を用いて地絡
検知器を構成したものが提案された。この例の地絡検知
器が上記図４に示した例と異なる点は、ファイバ検知部
１０２が、複数本の温度分布測定用光ファイバ１０２
ａ，１０２ａ…と、光分波器１０７に接続される接続部
１０２ｃと、上記接続部１０２ｃと上記複数本の温度分
布測定用光ファイバ１０２ａ，１０２ａ…のうちの１本
とを選択的に接続させる１×Ｎ光路切替器１０２ｂとか
らなる点である。このように構成することにより、１つ
の分布型温度センサで複数本の温度分布測定用光ファイ
バ１０２ａ，１０２ａ…の温度分布を測定できる。した
がって、これら複数本の温度分布測定用光ファイバ１０
２ａ，１０２ａ…をそれぞれ電力ケーブル１０１内に設
けることにより、１つの分布型温度センサで複数本の電
力ケーブル１０１の地絡検知を行うことができる。しか
しながら、１本の電力ケーブル１０１内に温度分布測定
用光ファイバ１０２ａを１本しか設けることができな
い、そして電力ケーブル１０１内で温度分布測定用光フ
ァイバ１０２ａを往復させると、測定できる電力ケーブ
ル１０１の距離が短くなってしまうという問題は依然と
して解決できないものであった。

【０００７】さらに提案された図６に示す地絡検知器の
例は、光路切替器１０２ｂを用いずに、光分岐器１０６
を用いて光源１０５から出射される光を２つに分岐し、
ファイバ検知部として、温度分布測定用光ファイバ１０
２ａ，１０３ａをそれぞれ用いてなる第１のファイバ検
知部１０２および第２のファイバ検知部１０３を設けた
ものである。

【０００８】この図６の例では、光分岐器１０６で２つ
に分岐された一方の光が、第１の光分波器１０７を介し
て第１のファイバ検知部１０２へ導かれ、該ファイバ検
知部１０２から出射される後方ラマン散乱のストークス
信号光および反ストークス信号光が第１の光分波器１０
７で分離されてそれぞれ受光素子１０９，１１０へ入射
される。受光素子１０９，１１０に入射された２つの信
号光は、それぞれ電気信号に変換されて出力され、さら
に増幅器１１３，１１４でそれぞれ増幅された後、電気
スイッチ１１７，１１８へそれぞれ送られるように構成
されている。また、光分岐器１０６で２つに分岐された
他方の光は、第２の光分波器１０８を介して第２のファ
イバ検知部１０３へ導かれ、該ファイバ検知部１０３か
ら出射される後方ラマン散乱のストークス信号光および
反ストークス信号光が第１の光分波器１０８で分離され
てそれぞれ受光素子１１１，１１２へ入射される。受光
素子１１１，１１２に入射された２つの信号光は、それ
ぞれ電気信号に変換されて出力され、さらに増幅器１１
５，１１６でそれぞれ増幅された後、電気スイッチ１１
７，１１８へそれぞれ送られるように構成されている。

【０００９】そして、２つの電気スイッチ１１７，１１
８では、第１のファイバ検知部１０２から得られたスト
ークス電気信号および反ストークス電気信号をデジタル
アベレージャ１２０へ出力する第１の系統と、第２のフ
ァイバ検知部１０３から得られたストークス電気信号お
よび反ストークス電気信号をデジタルアベレージャ１２
０へ出力する第２の系統とを、コンピュータ１２１から
の電気スイッチ制御信号によって切替えるようになって
いる。しかしながら、このように構成された地絡検知器
は、２チャンネルのデジタルアベレージャ１２０を１台
用いて、第１のファイバ検知部１０２と第２のファイバ
検知部１０３を交互にしか測定することができないとい
う不都合があった。そして、１本の電力ケーブル１０１
内に第１および第２のファイバ検知部のそれぞれの温度
分布測定用光ファイバ１０２ａ，１０３ａを設けた場合
など、第１および第２のファイバ検知部１０２，１０３
を同時に測定する必要がある場合には、２チャンネルの
デジタルアベレージャ１２０を２台設ける必要があっ
た。このことは、コスト的に不利であり、また処理する
データの量も２倍になってしまうという問題があった。

【００１０】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、１つの分布型温度センサを用いて、複数本の電力ケ
ーブルの地絡発生地点の検知を効率よく行うことができ
るようにした分布型温度センサおよび電力ケーブルの地
絡検知器の提供を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の請求項１に記載した分布型温度センサは、
温度分布測定用光ファイバを用いてなる第１のファイバ
検知部および第２のファイバ検知部を備え、これら２つ
のファイバ検知部のそれぞれの温度分布測定用光ファイ
バの長さ方向の温度分布の変化を同時に検知する分布型
温度センサであって、光源と、該光源からの出射光を２
つに分岐する光分岐器と、該光分岐器から出射される２
つの分岐光を、第１のファイバ検知部および第２のファ
イバ検知部にそれぞれ入射させるとともに、該２つのフ
ァイバ検知部からそれぞれ出射される後方ラマン散乱光
のストークス信号光および反ストークス信号光を分離し
て出射する第１の光分波器および第２の光分波器と、該
２つの光分波器からそれぞれ出射されるストークス信号
光および反ストークス信号光をそれぞれストークス電気
信号および反ストークス電気信号に変換して出力する４
つの受光素子と、該４つの受光素子からそれぞれ出力さ
れるストークス電気信号および反ストークス電気信号の
うち、第１のファイバ検知部から得られるストークス電
気信号および反ストークス電気信号を出力する第１の系
統と、第２のファイバ検知部から得られるストークス電
気信号および反ストークス電気信号を出力する第２の系
統と、第１のファイバ検知部から得られる反ストークス
電気信号および第２のファイバ検知部から得られる反ス
トークス電気信号を出力する第３の系統とを切替える電
気スイッチとからなるセンサ本体と、上記センサ本体か
ら出力された電気信号を測定する測定手段とを具備して
なるものである。

【００１２】また、本発明の請求項２に記載した分布型
温度センサは、上記請求項１の分布型温度センサにおい
て、上記第１のファイバ検知部が、上記第１の光分波器
に接続される第１の接続部と、複数本の温度分布測定用
光ファイバと、上記第１の接続部と上記複数本の温度分
布測定用光ファイバのうちの１本とを選択的に接続させ
る第１の１×Ｎ光路切替器とからなり、上記第２のファ
イバ検知部が、上記第２の光分波器に接続される第２の
接続部と、複数本の温度分布測定用光ファイバと、上記
第２の接続部と上記複数本の温度分布測定用光ファイバ
のうちの１本とを選択的に接続させる第２の１×Ｎ光路
切替器とからなるものである。

【００１３】また、本発明の請求項３に記載した電力ケ
ーブルの地絡検知器は、上記請求項２記載の分布型温度
センサを用いた電力ケーブルの地絡検知器であり、複数
本の電力ケーブルのそれぞれの電力ケーブル内に、上記
第１のファイバ検知部の温度分布測定用光ファイバのう
ちの１本と上記第２のファイバ検知部の温度分布測定用
光ファイバのうちの１本とを該電力ケーブルの長さ方向
に設け、該電力ケーブルの地絡発生に伴う該電力ケーブ
ル内の温度変化を、上記温度分布測定用光ファイバの長
さ方向の温度分布の変化によって検知し、地絡発生地点
を検知する電力ケーブルの地絡検知器であって、上記第
１の１×Ｎ光路切替器および第２の１×Ｎ光路切替器を
連動せしめて、上記複数本の電力ケーブルのうちの１本
の電力ケーブル内に設けられた上記第１のファイバ検知
部の温度分布測定用光ファイバのうちの１本および第２
のファイバ検知部の温度分布測定用光ファイバのうちの
１本と、上記第１の接続部および第２の接続部とをそれ
ぞれ接続させる光路切替器制御手段と、地絡の発生を感
知して、地絡発生時に上記電気スイッチを、上記第３の
系統へ切替える電気スイッチ制御手段とを備えてなるも
のである。

【００１４】

【作用】本発明の請求項１記載の分布型温度センサによ
れば、上記第１の系統においては、第１のファイバ検知
部から得られるストークス電気信号および反ストークス
電気信号の２つの電気信号が出力され、第２の系統にお
いては、第２のファイバ検知部から得られるストークス
電気信号および反ストークス電気信号の２つの電気信号
が出力され、第３の系統においては、第１のファイバ検
知部から得られる反ストークス電気信号および第２のフ
ァイバ検知部から得られる反ストークス電気信号の２つ
の電気信号が出力される。

【００１５】したがって、１つのセンサ本体から出力さ
れる電気信号は、２つの入力端子を有する測定手段を用
いることによって測定することができる。そして、第１
の系統を用いることによって第１のファイバ検知部の温
度分布測定用光ファイバの温度分布を測定することがで
き、第２の系統を用いることによって第２のファイバ検
知部の温度分布測定用光ファイバの温度分布を測定する
ことができる。また、第３の系統を用いることによっ
て、上記第１の系統を用いた測定時および第２の系統を
用いた測定時における温度分布を基準とした、第３の系
統を用いた測定時における第１および第２のファイバ検
知部のそれぞれの温度分布測定用光ファイバの温度分布
の変化を同時に検知することができる。さらに、これら
系統の切替えは、電気スイッチを切替えることにより、
所望時に容易かつ迅速に行うことができる。また、光源
からの出射光は、光分岐器によって２つに分岐されるの
で、１つの光源を用いて第１のファイバ検知部および第
２のファイバ検知部の両方の測定を行うことができる。

【００１６】本発明の請求項２記載の分布型温度センサ
によれば、第１のファイバ検知部および第２のファイバ
検知部に、それぞれ複数本の温度分布測定用光ファイバ
を用いることができるので、第１のファイバ検知部の温
度分布測定用光ファイバの１本と第２のファイバ検知部
の温度分布測定用光ファイバの１本とを１対とする、複
数対の温度分布測定用光ファイバの温度分布の変化を、
１つのセンサ本体および２つの入力端子を有する測定手
段を用いて同時に測定することができる。

【００１７】本発明の請求項３記載の電力ケーブルの地
絡検知器によれば、２つのファイバ検知部が設けられて
いるので、１本の電力ケーブルに対して２本の温度分布
測定用光ファイバを用いて、この電力ケーブル内の温度
分布の変化を測定することができる。そして、光路切替
器制御手段により第１の１×Ｎ光路切替器と第２の１×
Ｎ光路切替器とを連動させて切替えることによって、複
数本の電力ケーブルに対して１つの分布型温度センサを
用いて測定を行うことができる。また、電気スイッチ制
御手段により、非地絡発生時には第１および第２の系統
によって１本の電力ケーブル内に設けられた２本の温度
分布測定用光ファイバの温度分布をそれぞれモニター
し、地絡発生時には、第３の系統によって、これら２本
の温度分布測定用光ファイバの、非地絡発生時の温度分
布を基準とした、温度分布の変化を同時に測定すること
ができる。このように、複数本の電力ケーブルの地絡発
生地点の検知を効率よく行うことができる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明を詳しく説明する。図１は本発
明の請求項３に記載した電力ケーブルの地絡検知器の一
例を示した概略構成図である。図中符号１は電力ケーブ
ル、２は第１のファイバ検知部、３は第２のファイバ検
知部、４はセンサ本体をそれぞれ示す。

【００１９】センサ本体４は、光源５、光分岐器６、第
１の光分波器７、第２の光分波器８、４つの受光素子
９，１０，１１，１２、４つの増幅器１３，１４，１
５，１６、第１の電気スイッチ１７、第２の電気スイッ
チ１８、および第３の電気スイッチ１９から概略構成さ
れている。またデジタルアベレージャ２０、およびコン
ピュータ２１が設けられており、これらによってセンサ
本体４からの信号が測定され、また所定の制御が行われ
るように構成されている。

【００２０】第１のファイバ検知部２は、第１の光分波
器７に接続される第１の接続部２ｃと、複数本の温度分
布測定用光ファイバ（以下、測定用光ファイバと略記す
る）２ａ，２ａ，２ａ…と、第１の接続部２ｃと複数本
の測定用光ファイバ２ａ，２ａ，２ａ…のうちの１本と
を選択的に接続させる第１の１×Ｎ光路切替器（以下、
光路切替器と略記する）２ｂとから概略構成されてい
る。また第２のファイバ検知部３は、第２の光分波器８
に接続される第２の接続部３ｃと、複数本の測定用光フ
ァイバ３ａ，３ａ，３ａ…と、第２の接続部３ｃと複数
本の測定用光ファイバ３ａ，３ａ，３ａ…のうちの１本
とを選択的に接続させる第２の光路切替器３ｂとから概
略構成されている。そして第１の光路切替器２ｂおよび
第２の光路切替器３ｂは連動するように構成されてい
る。さらに、それぞれの電気ケーブル１には、電力ケー
ブルに過電流の発生を検知する過電流センサ（図示せ
ず）が設けられ、この過電流センサからの信号が過電流
信号処理装置２２で処理されてコンピュータ２１へ送ら
れるように構成されている。

【００２１】この電力ケーブルの地絡検知器の実施例に
おいて、第１のファイバ検知部２と、第２のファイバ検
知部３と、光源５、光分岐器６、第１の光分波器７、第
２の光分波器８、４つの受光素子９，１０，１１，１
２、４つの増幅器１３，１４，１５，１６、第１の電気
スイッチ１７、第２の電気スイッチ１８および第３の電
気スイッチ１９からなるセンサ本体４と、デジタルアベ
レージャ２０およびコンピュータ２１からなる測定手段
とから構成される分布型温度センサが、本発明の請求項
１に記載した分布型温度センサの実施例に相当するもの
である。

【００２２】また、この請求項１に記載した分布型温度
センサの実施例において、第１のファイバ検知部２が、
第１の接続部２ｃと、複数本の測定用光ファイバ２ａ，
２ａ，２ａ…と、第１の光路切替器２ｂとからなり、か
つ第２のファイバ検知部３が、第２の接続部３ｃと、複
数本の測定用光ファイバ３ａ，３ａ，３ａ…と、第２の
光路切替器３ｂとからなる分布型温度センサが、本発明
の請求項２に記載した分布型温度センサの実施例に相当
するものである。

【００２３】まず、センサ本体４および測定手段につい
て説明する。本発明において、光源５としては、１．３
μｍなどの長波長域の高出力パルス光源が用いられ、半
導体励起固体レーザが好適に使用される。また光分岐器
６、光分波器７および８、受光素子９〜１２、増幅器１
３〜１６、および電気スイッチ１７〜１９は、汎用の各
光回路部品および電気回路部品を用いることができる。

【００２４】光源５から出射された光は、光分岐器６で
２つに分岐され、これら２つの分岐光の一方は、第１の
光分波器７を介して第１のファイバ検知部２に入射され
る。また、この第１のファイバ検知部２から出射される
後方ラマン散乱光のストークス信号光および反ストーク
ス信号光がそれぞれ光分波器７によって分離されて出射
される。第１の光分波器７から出射されるストークス信
号光および反ストークス信号光はそれぞれ２つの受光素
子９，１０に入射される。そして、それぞれストークス
電気信号および反ストークス電気信号に変換されて出力
される。受光素子９から出力される第１のファイバ検知
部から得られるストークス電気信号は、さらに増幅器１
３で増幅され、第１の電気スイッチ１７に導かれる。ま
た、受光素子１０から出力される第１のファイバ検知部
から得られる反ストークス電気信号は、さらに増幅器１
４で増幅され、第１の電気スイッチ１７に導かれる。

【００２５】また、光分岐器６から出射される２つの分
岐光の他方は、第２の光分波器８を介して第２のファイ
バ検知部３に入射される。また、この第２のファイバ検
知部３から出射される後方ラマン散乱光のストークス信
号光および反ストークス信号光がそれぞれ光分波器８に
よって分離されて出射される。第１の光分波器８から出
射されるストークス信号光および反ストークス信号光は
それぞれ２つの受光素子１１，１２に入射される。そし
て、それぞれストークス電気信号および反ストークス電
気信号に変換されて出力される。受光素子１１から出力
される第２のファイバ検知部から得られるストークス電
気信号は、さらに増幅器１５で増幅され、第２の電気ス
イッチ１８に導かれる。また、受光素子１２から出力さ
れる第２のファイバ検知部から得られる反ストークス電
気信号は、さらに増幅器１６で増幅され、第３の電気ス
イッチ１９に導かれる。

【００２６】第１の電気スイッチ１７は２つの入力端子
と２つの出力端子を有し、２つの入力端子は、上記増幅
器１３，１４にそれぞれ接続され、２つの出力端子は第
２の電気スイッチ１８および第３の電気スイッチ１９に
それぞれ接続されている。第２の電気スイッチ１８は２
つの入力端子と１つの出力端子を有し、２つの入力端子
のうちの一方は第１の電気スイッチ１７に接続され、他
方は増幅器１５に接続されている。第３の電気スイッチ
１９は２つの入力端子と１つの出力端子を有し、２つの
入力端子のうちの一方は第１の電気スイッチ１７に接続
され、他方は増幅器１６に接続されている。そして、第
２の電気スイッチ１８および第３の電気スイッチ１９か
らの出力が、センサ本体４からの２つの出力として、測
定手段へ送られるように構成されている。

【００２７】これら３つの電気スイッチ１７，１８，１
９は、コンピュータ２１からの電気スイッチ制御信号に
よって制御され、次のような第１〜第３の系統を切替え
るように構成されている。第１の系統においては、第１
のスイッチ１７に入力された第１のファイバ検知部から
得られるストークス電気信号および反ストークス電気信
号が、それぞれ第１のスイッチ１７から出力され、これ
ら２つの信号が、第２および第３の電気スイッチ１８，
１９を介してそれぞれ出力される。

【００２８】第２の系統においては、第２のスイッチ１
８に入力された第２のファイバ検知部から得られるスト
ークス電気信号と、第３のスイッチ１９に入力された第
２のファイバ検知部から得られる反ストークス電気信号
の２つの電気信号が、第２および第３の電気スイッチ１
８，１９からそれぞれ出力される。第３の系統において
は、第１のスイッチ１７に入力された第１のファイバ検
知部から得られる反ストークス電気信号が第１のスイッ
チから出射され、さらにこの電気信号が、第２の電気ス
イッチ１８を介して出力される。また第３のスイッチ１
９に入力された第２のファイバ検知部から得られる反ス
トークス電気信号が、第３の電気スイッチ１９から出力
される。

【００２９】このようにして第２および第３の電気スイ
ッチから出力された電気信号は、デジタルアベレージャ
２０で平均化処理が行われ、ノイズが低減された後、コ
ンピュータ２１にデータが送られ、温度分布に変換され
る。このデジタルアベレージャ２０は、汎用の２チャン
ネルのものを用いることができる。また、デジタルアベ
レージャ２０から光源５へトリガとして信号が送られる
ようになっている。

【００３０】次に、ファイバ検知部２，３について説明
する。第１の測定用光ファイバ２ａおよび第２の測定用
光ファイバ３ａは、電力ケーブル１内に、電力ケーブル
１の長さ方向に設けられている。図２は電力ケーブル１
内に２本の測定用光ファイバ２ａ，３ａを設けた例を示
す断面図である。この例の電力ケーブル１は、分割圧縮
撚線からなる導体１ａの周上に架橋ポリエチレン等から
なる絶縁層が設けられ、その周上に軟銅線等からなる遮
蔽層１ｃが設けられ、さらにビニルシース等からなる最
外層が設けられてなるものである。そして、このような
電力ケーブル１の遮蔽層１ｃ内に測定用光ファイバ２
ａ、３ａが設けられている。

【００３１】測定用光ファイバ２ａ，３ａは、電力ケー
ブル１内にできるだけ密な状態で設けられることが好ま
しく、例えば、２本の測定光ファイバ２ａ，３ａを、そ
れぞれ電力ケーブル１内で１往復させることによって、
見かけ上、４本の測定用光ファイバを電力ケーブル内に
設けた状態とすることができる。同様に、２本の測定光
ファイバ２ａ，３ａを、それぞれ電力ケーブル１内で２
往復させると、見かけ上、８本の測定用光ファイバを電
力ケーブル１内に設けた状態とすることができる。そし
て、電力ケーブル１内に、見かけ上、４本あるいはそれ
以上の測定用光ファイバを設ける場合には、互いの測定
用光ファイバの間隔が均等となるように配されることが
望ましい。見かけ上、４本の測定用光ファイバを設ける
際には、図２に示したように、電力ケーブル１の断面に
おいて、測定用光ファイバ２ａ，２ａ，３ａ，３ａが遮
蔽層を４分割する位置にそれぞれ設けられるのが好まし
い。また、測定用光ファイバ２ａ，３ａは電力ケーブル
の長さ方向に沿って直線状に設けてもよいが、螺旋状に
設けることもできる。

【００３２】測定用光ファイバ２ａ，３ａの配置は、測
定される電力ケーブル１の長さと、測定用光ファイバ２
ａ，３ａの測定可能距離に応じて適宜設定され、電力ケ
ーブル１内の見かけ上の測定用光ファイバの本数が多
く、また、これら測定用光ファイバが電力ケーブル１の
長さ方向に螺旋状をなして設けられるほうが、これら測
定用光ファイバ２ａ，３ａによる電力ケーブル内の温度
の測定点が密になり、より精度よく測定を行うことがで
きる。

【００３３】ここで、測定用光ファイバ２ａ，３ａの長
さは長いほうが好ましいが、長過ぎると、測定系から遠
方の領域ではノイズが多くなり、正確な測定が困難とな
る。また、地絡は極めて短時間の現象であるので、デー
タの処理時間は短いほうが望ましく、このためには光源
５のパルス繰り返し周波数をある程度速くするのが好ま
しい。しかしながら、例えば光源５としてパルス周波数
が１０ｋＨｚのものを用いる場合に、測定用光ファイバ
２ａ，３ａの長さを１０km以上とすると、あるパルスに
より発生する後方散乱波形と、他のパルスにより発生す
る後方散乱波形とが重なって正確な測定ができなくなる
こともある。したがって、例えば光源５のパルス繰り返
し周波数を５〜１０ｋＨｚとし、これに対して測定用光
ファイバ２ａ，３ａのそれぞれの長さを２０〜１０ｋＨ
ｚ以下とすることが好ましい。

【００３４】本発明の地絡検知器における第１および第
２の光路切替器２ｂおよび３ｂは、連動するように構成
されている。この光路切替器２ｂおよび３ｂは、切替え
可能な系統数が多く、１秒以下の高速切替え、および極
めて低い反射戻り光という特性が要求される。図３は本
発明の地絡検知器に好適に用いられる連動型光路切替器
の例を示したものであり、（ａ）は側面図、（ｂ）は上
面図である。

【００３５】この例の連動型光路切替器は、両側に回転
軸３１，３２が突出してなるモーター３０の、それぞれ
の回転軸３１，３２の先端に、光路の進行方向を直角方
向に切替える反射鏡３３，３４がそれぞれ固定されてお
り、モーター３０の駆動により、この２つの反射鏡３
３，３４が連動して回転するように構成されている。ま
た、モーター３０の駆動は、コンピュータ２１からの切
替制御信号により制御される。モーター３０の回転軸３
１，３２の延長線上には、第１の接続部２ｃおよび第２
の接続部３ｃがそれぞれ配置されている。また、一方の
反射鏡３３を通りかつ回転軸３１方向に直交する面上に
は、複数本の第１の測定用光ファイバ２ａ，２ａ，２ａ
…が、それぞれの先端が反射鏡３３を中心とする円形を
描くように配置され、他方の反射鏡３４を通りかつ回転
軸３２方向に直交する面上には、複数本の第２の測定用
光ファイバ３ａ，３ａ，３ａ…が、それぞれの先端が反
射鏡３４を中心とする円形を描くように配置されてい
る。

【００３６】ここで、接続部２ｃ，３ｃおよび測定用光
ファイバ２ａ，３ａは、いずれも先端にコリメータが設
けられた構成となっており、例えば、先端にレンズが設
けられた光ファイバが好適に用いられる。そして、第１
および第２の接続部２ｃ，３ｃから出射された光は、そ
の光路の進行方向が反射鏡３３，３４によってそれぞれ
直角方向に切替えられて、第１および第２の複数本の測
定用光ファイバ２ａ，２ａ，２ａ…、３ａ，３ａ，３ａ
…のうちの１本にそれぞれ導かれるように構成されてい
る。また、２つの反射鏡３３，３４は、モーター３０の
回転軸３１，３２にそれぞれ固定されているので、これ
らの相対位置は変化することなく、複数本の測定用光フ
ァイバのうちから選択的に光が入射される第１の測定用
光ファイバ２ａと第２の測定用光ファイバ３ａとの組み
合わせは、反射鏡３３，３４の相対位置により一定とな
る。このようにして、モーター３０によって連動する２
つの光路切替器２ｂ，３ｂを構成することができる。そ
して、モーター３０を回転させて反射鏡３３，３４を回
転させることにより、１本の電力ケーブル内に設けられ
た２本の測定用光ファイバ２ａ，３ａに、同時に光を入
射することができる。

【００３７】本発明の地絡検知器を用いて、電力ケーブ
ル１の監視を行い、地絡発生時に地絡発生地点の検知を
行うには、次のようにして行うことができる。まず、第
１〜３の電気スイッチ１７，１８，１９を制御し、第１
の系統に切替えて、第１のファイバ検知部２の複数本の
第１の測定用光ファイバ２ａのうちの１本から得られる
ストークス電気信号および反ストークス電気信号を測定
して、第１の測定用光ファイバ２ａの温度分布をモニタ
ーする。続いて、第１〜３の電気スイッチ１７，１８，
１９を第２の系統に切替えて、第２のファイバ検知部３
の複数本の第２の測定用光ファイバ３ａのうちの１本か
ら得られるストークス電気信号および反ストークス電気
信号を測定して、第２の測定用光ファイバ３ａの温度分
布をモニターする。次いで、光路切替器２ｂおよび３ｂ
を制御して、第１および第２の接続部２ｃおよび３ｃに
接続される第１の測定用光ファイバ２ａおよび第２の測
定用光ファイバ３ａをそれぞれ他の１本に切替えて、上
記と同様にして第１の測定用光ファイバ２ａおよび第２
の測定用光ファイバ３ａの温度分布をモニターする。さ
らに光路切替器２ｂおよび３ｂを制御し、第１の測定用
光ファイバ２ａおよび第２の測定用光ファイバ３ａを順
次切替えて、それぞれの測定用光ファイバの温度分布の
モニターを行う。

【００３８】そして電力ケーブル１に設けられた過電流
センサからの信号により過電流の発生をモニターして、
過電流の発生を検知した場合には、コンピュータ２１に
よってその過電流が発生した電力ケーブル１、すなわち
地絡が発生した電力ケーブル１を認識する。そして、切
替制御信号により光路切替器２ｂおよび３ｂを制御し
て、地絡が生じた電力ケーブル１内の第１の測定用光フ
ァイバ２ａおよび第２の測定用光ファイバ３ａをそれぞ
れ接続部２ｃおよび３ｃに接続させる。さらに、この光
路切替器２ｂおよび３ｂの制御と同期して電気スイッチ
制御信号により第１〜３の電気スイッチ１７，１８，１
９を制御して前記第３の系統に切替える。

【００３９】第３の系統においては、地絡が生じた電力
ケーブル１内の第１の測定用光ファイバ２ａおよび第２
の測定用光ファイバ３ａからの反ストークス光を測定し
て得られるデータと、予め非地絡発生時に、これら２本
の測定用光ファイバ２ａおよび３ａからのストークス光
および反ストークス光を測定して得られたデータとか
ら、測定用光ファイバ２ａおよび３ａの温度分布の変化
をそれぞれ測定する。このようにして、地絡発生時の測
定用光ファイバ２ａおよび３ａの温度分布の変化を測定
することによって、該電力ケーブル１内の地絡発生に伴
う温度変化を検知することができ、これによって地絡発
生地点を検知することができる。

【００４０】ここで、地絡は極めて狭い領域で発生する
現象であり、これを的確に捕えるためには、測定用光フ
ァイバ２ａおよび３ａの長さ方向における温度測定のサ
ンプリング間隔を小さくすることが好ましい。ただし、
長距離に渡って小さい間隔でサンプリングを行うと、測
定手段で処理するデータ数が増大し、測定所要時間が増
大する。したがって、温度測定のサンプリングの間隔
は、測定手段の能力、動作速度等により適宜設定され、
例えば１ｍ程度とすることができる。

【００４１】また、本発明の電力ケーブルの地絡検知器
は、非地絡発生時には、複数本の電力ケーブル内の温度
分布をそれぞれ測定できるものであるので、これら電力
ケーブルの電流負荷のモニター装置として利用すること
もできる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項１記
載の分布型温度センサによれば、１つのセンサ本体から
出力される電気信号は、２つの入力端子を有する測定手
段を用いて測定することができる。また第１の系統を用
いた測定時および第２の系統を用いた測定時における第
１および第２のファイバ検知部のそれぞれの測定用光フ
ァイバの温度分布を基準とした、第３の系統を用いた測
定時における第１および第２のファイバ検知部のそれぞ
れの測定用光ファイバの温度分布の変化を同時に検知す
ることができる。さらに、これら系統の切替えは、電気
スイッチを切替えることにより、所望時に容易かつ迅速
に行うことができる。また、光源からの出射光は、光分
岐器によって２つに分岐されるので、１つの光源を用い
て第１のファイバ検知部および第２のファイバ検知部の
両方の測定を行うことができる。

【００４３】本発明の請求項２記載の分布型温度センサ
によれば、第１のファイバ検知部の測定用光ファイバの
１本と第２のファイバ検知部の測定用光ファイバの１本
とを１対とする、複数対の測定用光ファイバの温度分布
の変化を、１つのセンサ本体を用いて同時に測定するこ
とができる。

【００４４】本発明の請求項３記載の電力ケーブルの地
絡検知器によれば、１本の電力ケーブルに対して２本の
測定用光ファイバを設けて、これら２本の測定用光ファ
イバの、非地絡発生時の温度分布を基準とした、温度分
布の変化を同時に測定することができる。また、光路切
替器制御手段により第１の光路切替器と第１の光路切替
器とを連動せしめて切替えることによって、複数本の電
力ケーブルに対して１つの分布型温度センサを用いて測
定を行うことができ、複数本の電力ケーブルの地絡発生
地点の検知を効率よく行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の電力ケーブルの地絡検知器の例を示
した概略構成図である。

【図２】 電力ケーブル内に温度分布測定用光ファイバ
を設けた例を示す断面図である。

【図３】 本発明の地絡検知器に用いられる連動型光路
切替器の例を示したものであり（ａ）は側面図、（ｂ）
は上面図である。

【図４】 従来の電力ケーブルの地絡検知器の例を示し
た概略構成図である。

【図５】 従来の電力ケーブルの地絡検知器の例を示し
た概略構成図である。

【図６】 従来の電力ケーブルの地絡検知器の例を示し
た概略構成図である。

【符号の説明】

１…電力ケーブル、２…第１のファイバ検知部、２ａ…
第１の温度分布測定用光ファイバ、２ｂ…第１の１×Ｎ
光路切替器、２ｃ…第１の接続部、３…第２のファイバ
検知部、３ａ…第２の温度分布測定用光ファイバ、３ｂ
…第２の１×Ｎ光路切替器、３ｃ…第２の接続部、４…
センサ本体、５…光源、６…光分岐器、７…第１の光分
波器、８…第２の光分波器、９，１０，１１，１２…受
光素子、１７…第１の電気スイッチ、１８…第２の電気
スイッチ、１９…第３の電気スイッチ、２０…デジタル
アベレージャ、、２１…コンピュータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 千野 孝 神奈川県横須賀市長坂２−６−１ 財団 法人 電力中央研究所 横須賀研究所内 (72)発明者 石原 勇人 愛知県名古屋市東区東新町１番地 中部 電力株式会社内 (72)発明者 滝波 直樹 愛知県名古屋市東区東新町１番地 中部 電力株式会社内 (72)発明者 天野 一夫 千葉県富津市新富42−１ 株式会社フジ クラ 富津工場内 (56)参考文献 特開 平４−168335（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−266272（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01R 31/08 - 31/11 G01M 11/00 - 11/08 G02B 6/00 - 6/02 G02B 26/00 - 26/08

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 温度分布測定用光ファイバを用いてなる
   第１のファイバ検知部および第２のファイバ検知部を備
   え、これら２つのファイバ検知部のそれぞれの温度分布
   測定用光ファイバの長さ方向の温度分布の変化を検知す
   る分布型温度センサであって、 光源と、該光源からの出射光を２つに分岐する光分岐器
   と、該光分岐器から出射される２つの分岐光を、第１の
   ファイバ検知部および第２のファイバ検知部にそれぞれ
   入射させるとともに、該２つのファイバ検知部からそれ
   ぞれ出射される後方ラマン散乱光のストークス信号光お
   よび反ストークス信号光を分離して出射する第１の光分
   波器および第２の光分波器と、該２つの光分波器からそ
   れぞれ出射されるストークス信号光および反ストークス
   信号光をそれぞれストークス電気信号および反ストーク
   ス電気信号に変換して出力する４つの受光素子と、該４
   つの受光素子からそれぞれ出力されるストークス電気信
   号および反ストークス電気信号のうち、第１のファイバ
   検知部から得られるストークス電気信号および反ストー
   クス電気信号を出力する第１の系統と、第２のファイバ
   検知部から得られるストークス電気信号および反ストー
   クス電気信号を出力する第２の系統と、第１のファイバ
   検知部から得られる反ストークス電気信号および第２の
   ファイバ検知部から得られる反ストークス電気信号を出
   力する第３の系統とを切替える電気スイッチとからなる
   センサ本体と、 上記センサ本体から出力された電気信号を測定する測定
   手段とを具備してなることを特徴とする分布型温度セン
   サ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の分布型温度センサにおい
   て、 上記第１のファイバ検知部が、上記第１の光分波器に接
   続される第１の接続部と、複数本の温度分布測定用光フ
   ァイバと、上記第１の接続部と上記複数本の温度分布測
   定用光ファイバのうちの１本とを選択的に接続させる第
   １の１×Ｎ光路切替器とからなり、 上記第２のファイバ検知部が、上記第２の光分波器に接
   続される第２の接続部と、複数本の温度分布測定用光フ
   ァイバと、上記第２の接続部と上記複数本の温度分布測
   定用光ファイバのうちの１本とを選択的に接続させる第
   ２の１×Ｎ光路切替器とからなることを特徴とする分布
   型温度センサ。
3. 【請求項３】 請求項２記載の分布型温度センサを用い
   た電力ケーブルの地絡検知器であり、 複数本の電力ケーブルのそれぞれの電力ケーブル内に、
   上記第１のファイバ検知部の温度分布測定用光ファイバ
   のうちの１本と上記第２のファイバ検知部の温度分布測
   定用光ファイバのうちの１本とを該電力ケーブルの長さ
   方向に設け、該電力ケーブルの地絡発生に伴う該電力ケ
   ーブル内の温度変化を、上記温度分布測定用光ファイバ
   の長さ方向の温度分布の変化によって検知し、地絡発生
   地点を検知する電力ケーブルの地絡検知器であって、 上記第１の１×Ｎ光路切替器および第２の１×Ｎ光路切
   替器を連動せしめて、上記複数本の電力ケーブルのうち
   の１本の電力ケーブル内に設けられた上記第１のファイ
   バ検知部の温度分布測定用光ファイバのうちの１本およ
   び第２のファイバ検知部の温度分布測定用光ファイバの
   うちの１本と、上記第１の接続部および第２の接続部と
   をそれぞれ接続させる光路切替器制御手段と、 地絡の発生を感知して、地絡発生時に上記電気スイッチ
   を、上記第３の系統へ切替える電気スイッチ制御手段と
   を備えてなることを特徴とする電力ケーブルの地絡検知
   器。