JP3469726B2 - 超磁歪合金を用いた電流検出器および超磁歪合金センサを備えた電力ケーブル線路 - Google Patents
超磁歪合金を用いた電流検出器および超磁歪合金センサを備えた電力ケーブル線路Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は超磁歪製合金を使用
した電流検出器および超磁歪センサを備えた電力ケーブ
ル線路に関し、特に本発明は、電力ケーブルや各種電力
機器に流れる電流を検出するに好適な電流検出器、およ
び、超高圧電力ケーブルにおける事故点を検知すること
ができる電力ケーブル線路に関するものである。
した電流検出器および超磁歪センサを備えた電力ケーブ
ル線路に関し、特に本発明は、電力ケーブルや各種電力
機器に流れる電流を検出するに好適な電流検出器、およ
び、超高圧電力ケーブルにおける事故点を検知すること
ができる電力ケーブル線路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】超高圧電力ケーブルの地絡事故検知の一
般的な方法として、各ケーブル接続部をクロスボンドす
る接地線に変流器（ＣＴ）を取り付け、事故発生時に各
接地線に流れる電流の大きさや方向、位相分布等を求め
て判定する方法が知られている。上記方法は、作業が複
雑で大きな設備コストを要するという問題がある。そこ
で、光ファイバ形分布式温度センサをケーブルに沿わ
せ、地絡時のケーブル温度変化を測定する方法も考えら
れている。
般的な方法として、各ケーブル接続部をクロスボンドす
る接地線に変流器（ＣＴ）を取り付け、事故発生時に各
接地線に流れる電流の大きさや方向、位相分布等を求め
て判定する方法が知られている。上記方法は、作業が複
雑で大きな設備コストを要するという問題がある。そこ
で、光ファイバ形分布式温度センサをケーブルに沿わ
せ、地絡時のケーブル温度変化を測定する方法も考えら
れている。
【０００３】しかしながら、最近は遮断器の性能も向上
し、地絡継続時間は１／１０秒程度の短時間である上、
超高圧電力ケーブルの熱容量は大きいことから、地絡時
のケーブル温度変化を外部から検知することは容易でな
い。ケーブル内に光温度センサ用ファイバを内蔵させれ
ば、地絡時の温度変化を比較的短時間で検知することが
できるが、ケーブル構造が複雑となり、また、センサ信
号をケーブル外部に取り出すのも容易でない。
し、地絡継続時間は１／１０秒程度の短時間である上、
超高圧電力ケーブルの熱容量は大きいことから、地絡時
のケーブル温度変化を外部から検知することは容易でな
い。ケーブル内に光温度センサ用ファイバを内蔵させれ
ば、地絡時の温度変化を比較的短時間で検知することが
できるが、ケーブル構造が複雑となり、また、センサ信
号をケーブル外部に取り出すのも容易でない。
【０００４】図１１はクロスボンド接続された３相線路
を示す図であり、２７５ｋＶＡ以上の電力ケーブル線路
では、通常、同図に示すように線路長手方向に２個おき
に普通接続部ＮＪを配し、ここで接地線５によりケーブ
ル金属シース３と大地とを接地する。また、中間の２個
の接続部はシース回路が一端遮断されるような絶縁筒７
を組み込んだ絶縁接続部ＩＪとされ、ここではケーブル
３相のシース回路を接地線によって互いに入れ替えてク
ロスボンド接続する。これにより常時送電下では３相の
シース回路に不平衡誘導電流が発生するのを防いでい
る。
を示す図であり、２７５ｋＶＡ以上の電力ケーブル線路
では、通常、同図に示すように線路長手方向に２個おき
に普通接続部ＮＪを配し、ここで接地線５によりケーブ
ル金属シース３と大地とを接地する。また、中間の２個
の接続部はシース回路が一端遮断されるような絶縁筒７
を組み込んだ絶縁接続部ＩＪとされ、ここではケーブル
３相のシース回路を接地線によって互いに入れ替えてク
ロスボンド接続する。これにより常時送電下では３相の
シース回路に不平衡誘導電流が発生するのを防いでい
る。
【０００５】図１１において、ケーブルＡ相のＰ点で地
絡事故が発生すると、電源側から導体を流れてきた地絡
電流Ｉ0 は事故点ＰでＡ相の金属シース３に移り、更に
絶縁接続部ＩＪのクロスボンド部からはＢ相又はＣ相の
金属シース３を帰路として大地に流れる（帰路電流はＩ
1 またはＩ2 ）。一般に、２７５ｋＶ級ケーブルの地絡
電流は３０ｋＡ、５００ｋＶ級ケーブルでは６０ｋＡ程
度と予測されており、常時の通電電流（１０００〜１５
００Ａ）の数１０倍の電流が瞬時に流れる。この巨大な
地絡電流は上記のように導体の外側のシース帰路に流れ
て周辺に大きな磁界を発生する。
絡事故が発生すると、電源側から導体を流れてきた地絡
電流Ｉ0 は事故点ＰでＡ相の金属シース３に移り、更に
絶縁接続部ＩＪのクロスボンド部からはＢ相又はＣ相の
金属シース３を帰路として大地に流れる（帰路電流はＩ
1 またはＩ2 ）。一般に、２７５ｋＶ級ケーブルの地絡
電流は３０ｋＡ、５００ｋＶ級ケーブルでは６０ｋＡ程
度と予測されており、常時の通電電流（１０００〜１５
００Ａ）の数１０倍の電流が瞬時に流れる。この巨大な
地絡電流は上記のように導体の外側のシース帰路に流れ
て周辺に大きな磁界を発生する。
【０００６】図１２は直線状におかれたケーブル１１に
電流Ｉが流れる時に発生する磁界Ｈ（Ａ／ｍ）を示した
ものであり、ケーブル１１と垂直な面上の距離ｒ（ｍ）
の位置における磁界は下式で求められる。 Ｈ＝Ｉ／（２πｒ） （Ａ／ｍ） すなわち、ケーブル１１の周囲に発生する磁界を検出す
ることにより、地絡電流等の電流を検出することができ
る。そこで、磁界の大きさに応じて長さを変化を生じさ
せる磁歪材料Ｍをケーブル周辺に設置し、その歪み変化
を監視することにより地絡事故の発生場所を検知する方
法が考えられている。
電流Ｉが流れる時に発生する磁界Ｈ（Ａ／ｍ）を示した
ものであり、ケーブル１１と垂直な面上の距離ｒ（ｍ）
の位置における磁界は下式で求められる。 Ｈ＝Ｉ／（２πｒ） （Ａ／ｍ） すなわち、ケーブル１１の周囲に発生する磁界を検出す
ることにより、地絡電流等の電流を検出することができ
る。そこで、磁界の大きさに応じて長さを変化を生じさ
せる磁歪材料Ｍをケーブル周辺に設置し、その歪み変化
を監視することにより地絡事故の発生場所を検知する方
法が考えられている。
【０００７】磁歪材料としては、従来よりフェライト等
の強磁性体が存在していたが、従来の磁歪材料は、どん
なに大きな磁界に置いても、最大歪みは４０μｍ程度が
限度であり、この程度の大きさでは温度変化によって発
生する伸縮歪と同等レベルであり区別ができないため、
実用には至らなかった。ところが、最近では従来より伸
縮歪みのレベルが２桁近く大きい歪みを発生する磁歪材
料Ｍが開発されるようになってきており、これらは従来
の磁歪材料と区別して超磁歪材料と称されている。
の強磁性体が存在していたが、従来の磁歪材料は、どん
なに大きな磁界に置いても、最大歪みは４０μｍ程度が
限度であり、この程度の大きさでは温度変化によって発
生する伸縮歪と同等レベルであり区別ができないため、
実用には至らなかった。ところが、最近では従来より伸
縮歪みのレベルが２桁近く大きい歪みを発生する磁歪材
料Ｍが開発されるようになってきており、これらは従来
の磁歪材料と区別して超磁歪材料と称されている。
【０００８】超磁歪材料の代表としては、テルビウム、
ディスプロシウム、鉄の合金であるＴb0.3Ｄy0.7Ｆe1.9
が実用されており、常温で数１０ｋＡ／ｍの磁界におけ
ば１０００μｍ程度の歪みを発生させることができる。
このレベルの歪みが発生できれば、既存の抵抗線歪みゲ
ージを超磁歪合金の表面に貼り付けて歪み測定を行うこ
とにより精度よく評価でき、また、超磁歪合金の温度膨
張による歪みとの区別も充分可能である。
ディスプロシウム、鉄の合金であるＴb0.3Ｄy0.7Ｆe1.9
が実用されており、常温で数１０ｋＡ／ｍの磁界におけ
ば１０００μｍ程度の歪みを発生させることができる。
このレベルの歪みが発生できれば、既存の抵抗線歪みゲ
ージを超磁歪合金の表面に貼り付けて歪み測定を行うこ
とにより精度よく評価でき、また、超磁歪合金の温度膨
張による歪みとの区別も充分可能である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】超高圧電力ケーブルで
は地絡時の事故電流が数１０ｋＡに達するので超磁歪合
金をケーブル近傍に置けば充分検出可能な磁歪が発生
し、地絡電流を検出することができる。したがって、上
記超高圧電力ケーブルにおいては、上記超磁歪合金を用
いて地絡電流を検出し、これをセンタ等に伝送すれば、
地絡事故の発生点を検出することができる。一方、１５
４ｋＶ以下の低い電圧階級のケーブルでは地絡電流が１
桁以下の小さな値となり、事故時においてもこれを検知
できるような磁歪が発生しない可能性が高い。また、各
種電力機器等において、事故時等に流れる電流も上記し
た超高圧電力ケーブルの地絡事故時に流れる電流より小
さく、従来の超磁歪合金では同様に測定が困難である。
そこで、同一の磁界、同一の超磁歪合金で更に大きな磁
歪を発生させる方法が必要であると考えられる。
は地絡時の事故電流が数１０ｋＡに達するので超磁歪合
金をケーブル近傍に置けば充分検出可能な磁歪が発生
し、地絡電流を検出することができる。したがって、上
記超高圧電力ケーブルにおいては、上記超磁歪合金を用
いて地絡電流を検出し、これをセンタ等に伝送すれば、
地絡事故の発生点を検出することができる。一方、１５
４ｋＶ以下の低い電圧階級のケーブルでは地絡電流が１
桁以下の小さな値となり、事故時においてもこれを検知
できるような磁歪が発生しない可能性が高い。また、各
種電力機器等において、事故時等に流れる電流も上記し
た超高圧電力ケーブルの地絡事故時に流れる電流より小
さく、従来の超磁歪合金では同様に測定が困難である。
そこで、同一の磁界、同一の超磁歪合金で更に大きな磁
歪を発生させる方法が必要であると考えられる。
【００１０】本発明は上記した事情を考慮してなされた
ものであって、その第１の目的は、現有の超磁歪合金を
用いて更に大きな歪みを発生させることができ、超高圧
電力ケーブルにおける地絡電流だけでなく、通常電流の
小さな電線路における地絡電流や、各種電力機器に流れ
る電流等を検出することができる電流検出器を提供する
ことである。本発明の第２の目的は、電力ケーブルの外
部からセンサ部を簡単に取り付けることができ、また、
センサ出力をシンプルなシステムで伝送でき、さらに事
故点を正確に検知することができる電力ケーブル線路を
提供することである。
ものであって、その第１の目的は、現有の超磁歪合金を
用いて更に大きな歪みを発生させることができ、超高圧
電力ケーブルにおける地絡電流だけでなく、通常電流の
小さな電線路における地絡電流や、各種電力機器に流れ
る電流等を検出することができる電流検出器を提供する
ことである。本発明の第２の目的は、電力ケーブルの外
部からセンサ部を簡単に取り付けることができ、また、
センサ出力をシンプルなシステムで伝送でき、さらに事
故点を正確に検知することができる電力ケーブル線路を
提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】超磁歪合金を、予め湾曲
させ、その端部の伸びを拘束することにより、磁界によ
り超磁歪合金に磁歪が生じたとき、大きな曲げ歪みを誘
発させ、本来発生する磁歪による伸びの大きさを拡大す
ることができる。また、超磁歪合金を円弧状に湾曲した
薄板から形成し、該薄板を電線路に流れる電流によって
発生する磁界中に配置すれば、前記図１２に示したよう
に超磁歪合金３の湾曲面軸方向に一様な磁歪が発生が発
生する。
させ、その端部の伸びを拘束することにより、磁界によ
り超磁歪合金に磁歪が生じたとき、大きな曲げ歪みを誘
発させ、本来発生する磁歪による伸びの大きさを拡大す
ることができる。また、超磁歪合金を円弧状に湾曲した
薄板から形成し、該薄板を電線路に流れる電流によって
発生する磁界中に配置すれば、前記図１２に示したよう
に超磁歪合金３の湾曲面軸方向に一様な磁歪が発生が発
生する。
【００１２】ここで、図２の実線に示すように、超磁歪
合金の円弧部の曲率半径をＲ、曲率をθとすると、湾曲
面に発生する一様な磁歪εにより各円弧端部ではδＬ＝
εＲθなる伸びが発生する。そこで、この伸びにより超
磁歪合金の両端部が移動しないように強い抵抗力で拘束
すると、超磁歪合金板は同図の点線で示すように円周方
向に膨らんで変形する。
合金の円弧部の曲率半径をＲ、曲率をθとすると、湾曲
面に発生する一様な磁歪εにより各円弧端部ではδＬ＝
εＲθなる伸びが発生する。そこで、この伸びにより超
磁歪合金の両端部が移動しないように強い抵抗力で拘束
すると、超磁歪合金板は同図の点線で示すように円周方
向に膨らんで変形する。
【００１３】このとき、厚さｔの円弧板頂部に発生する
曲げ歪みε0 は材料力学における曲り梁の歪み変形理論
に基づいて次式で与えられる。 ε0 ＝ε｛１＋[sinθ−θ・cos(θ/2)]t ／[ θ/2＋(
sin2θ) ／4 −(sin2 θ)/θ] Ｒ｝ 上記式の第２項を大きく増加させればこの曲げ歪みε0
の値は、円弧部が非拘束のときに超磁歪合金板に一様発
生する磁界による伸縮歪εに比べてはるかに大きくする
ことができる。
曲げ歪みε0 は材料力学における曲り梁の歪み変形理論
に基づいて次式で与えられる。 ε0 ＝ε｛１＋[sinθ−θ・cos(θ/2)]t ／[ θ/2＋(
sin2θ) ／4 −(sin2 θ)/θ] Ｒ｝ 上記式の第２項を大きく増加させればこの曲げ歪みε0
の値は、円弧部が非拘束のときに超磁歪合金板に一様発
生する磁界による伸縮歪εに比べてはるかに大きくする
ことができる。
【００１４】図３は円弧の内部角（図２におけるθ）と
上記式より得られた歪増幅率（ε0／ε）を示すもので
あり、内部角が約７８°より小さければ歪増幅率は１．
０以上になり、内部角を小さくするにつれて歪み増幅率
を大きくすることができ、およそ２５°以下から１０倍
以上にすることができる。ただし、内部角が小さくなる
につれ超磁歪合金の長さＬ（Ｌ＝ε×Ｒ×θ）が短くな
り、端末効果が生じやすくなって歪測定誤差が大きくな
る恐れがあることを注意する必要がある。
上記式より得られた歪増幅率（ε0／ε）を示すもので
あり、内部角が約７８°より小さければ歪増幅率は１．
０以上になり、内部角を小さくするにつれて歪み増幅率
を大きくすることができ、およそ２５°以下から１０倍
以上にすることができる。ただし、内部角が小さくなる
につれ超磁歪合金の長さＬ（Ｌ＝ε×Ｒ×θ）が短くな
り、端末効果が生じやすくなって歪測定誤差が大きくな
る恐れがあることを注意する必要がある。
【００１５】図４は、磁界方向と超磁歪合金に発生する
歪みの関係を示す図である。同図から明らかなように、
超磁歪合金に発生する歪みは、磁界の方向と同方向に生
ずる歪み（同図のａ方向差）の方が大きく、磁界と直交
する方向に生ずる歪み（同図のｂ方向差）の方が少し小
さい。このため、超磁歪合金を磁界と平行に配置した方
が、超磁歪合金の変形量は大きくなるが、超磁歪合金を
磁界に直交させて配置しても、２〜３割程度変形量は小
さくなるが、高い感度を要求されない場合には充分実用
可能である。
歪みの関係を示す図である。同図から明らかなように、
超磁歪合金に発生する歪みは、磁界の方向と同方向に生
ずる歪み（同図のａ方向差）の方が大きく、磁界と直交
する方向に生ずる歪み（同図のｂ方向差）の方が少し小
さい。このため、超磁歪合金を磁界と平行に配置した方
が、超磁歪合金の変形量は大きくなるが、超磁歪合金を
磁界に直交させて配置しても、２〜３割程度変形量は小
さくなるが、高い感度を要求されない場合には充分実用
可能である。
【００１６】一方、２７５ｋＶ級ケーブル以上の超高圧
ケーブルにおいては、地絡事故時、常時の通電電流（１
０００〜１５００Ａ）の数１０倍の巨大な電流が瞬時に
流れるので、上記した磁歪による伸びの大きさを拡大す
る手段を使用せずに事故電流を検出することができる。
すなわち、ケーブル等に超磁歪素子を取り付けておけ
ば、ケーブル等に地絡事故が発生したとき、上記超磁歪
素子に大きな歪み変化を発生させることができ、超磁歪
素子に生ずる歪みを検知することにより容易に事故の発
生の検出と事故点の標定を行うことができる。超磁歪素
子Ｍに発生する歪みの検知方法としては、例えば、金属
抵抗線を用いた歪みゲージを超磁歪素子の表面に貼り付
けたり、あるいは、光ファイバを超磁歪素子の表面に固
着して超磁歪素子と同等の歪変化を光ファイバに発生さ
せ、光ファイバに伝達される歪みを、例えば後述するブ
リルアン散乱を応用した計測方法等により検出すること
ができる。
ケーブルにおいては、地絡事故時、常時の通電電流（１
０００〜１５００Ａ）の数１０倍の巨大な電流が瞬時に
流れるので、上記した磁歪による伸びの大きさを拡大す
る手段を使用せずに事故電流を検出することができる。
すなわち、ケーブル等に超磁歪素子を取り付けておけ
ば、ケーブル等に地絡事故が発生したとき、上記超磁歪
素子に大きな歪み変化を発生させることができ、超磁歪
素子に生ずる歪みを検知することにより容易に事故の発
生の検出と事故点の標定を行うことができる。超磁歪素
子Ｍに発生する歪みの検知方法としては、例えば、金属
抵抗線を用いた歪みゲージを超磁歪素子の表面に貼り付
けたり、あるいは、光ファイバを超磁歪素子の表面に固
着して超磁歪素子と同等の歪変化を光ファイバに発生さ
せ、光ファイバに伝達される歪みを、例えば後述するブ
リルアン散乱を応用した計測方法等により検出すること
ができる。
【００１７】本発明は上記原理に基づき、次のようにし
て前記課題を解決する。 （１）電流により生ずる磁界中に超磁歪合金を配置し、
超磁歪合金を円弧状に湾曲した板状体とし、板状体の両
端部を拘束体により伸縮を抑制する。 （２）円弧状に湾曲し、円弧頂部に歪センサが取り付け
られた超磁歪合金製センサと、上記超磁歪合金製センサ
両端部を拘束する拘束体を備えた超磁歪合金製センサ固
定用のアダプタとから電流検出器を構成し、上記超磁歪
合金製センサを電流により生ずる磁界中に配置し、その
両端部を上記アダプタに設けられた拘束体に係合させ
る。 （３）上記（２）において、円弧頂部の表面にファイバ
ブラッググレーチングタイプの光ファイバセンサを固着
し、該光ファイバセンサにより歪み計測をする。 （４）異常電流通路を流れる電流により生ずる磁界中
に、円弧状に湾曲した板状体で構成され、該板状体の両
端部が拘束体により伸縮を抑制された超磁歪合金からな
る超磁歪素子を配置し、該超磁歪素子に歪検知センサを
固着し、上記異常電流通路に流れる異常電流を検出す
る。 （５）上記（４）において、歪み検知センサを、超磁歪
素子に固着された光ファイバと、該光ファイバに伝達さ
れる超磁歪素子の歪みを検出する手段から構成する。 （６）電力ケーブルに沿って上記（４）（５）の異常電
流検出器を設置し、上記異常電流検出器の歪み検知セン
サの出力を事故点検出手段に伝送し、電力ケーブルで発
生した事故点を標定する。
て前記課題を解決する。 （１）電流により生ずる磁界中に超磁歪合金を配置し、
超磁歪合金を円弧状に湾曲した板状体とし、板状体の両
端部を拘束体により伸縮を抑制する。 （２）円弧状に湾曲し、円弧頂部に歪センサが取り付け
られた超磁歪合金製センサと、上記超磁歪合金製センサ
両端部を拘束する拘束体を備えた超磁歪合金製センサ固
定用のアダプタとから電流検出器を構成し、上記超磁歪
合金製センサを電流により生ずる磁界中に配置し、その
両端部を上記アダプタに設けられた拘束体に係合させ
る。 （３）上記（２）において、円弧頂部の表面にファイバ
ブラッググレーチングタイプの光ファイバセンサを固着
し、該光ファイバセンサにより歪み計測をする。 （４）異常電流通路を流れる電流により生ずる磁界中
に、円弧状に湾曲した板状体で構成され、該板状体の両
端部が拘束体により伸縮を抑制された超磁歪合金からな
る超磁歪素子を配置し、該超磁歪素子に歪検知センサを
固着し、上記異常電流通路に流れる異常電流を検出す
る。 （５）上記（４）において、歪み検知センサを、超磁歪
素子に固着された光ファイバと、該光ファイバに伝達さ
れる超磁歪素子の歪みを検出する手段から構成する。 （６）電力ケーブルに沿って上記（４）（５）の異常電
流検出器を設置し、上記異常電流検出器の歪み検知セン
サの出力を事故点検出手段に伝送し、電力ケーブルで発
生した事故点を標定する。
【００１８】本発明の請求項１の発明においては、上記
（１）のように構成したので、磁歪による超磁歪合金製
センサの伸縮を拡大することができ、１５４ｋＶ以下の
低い電圧階級のケーブルに流れる事故電流、あるいは、
各種電力機器に流れる電流等を超磁歪合金製センサによ
り検出することが可能となる。本発明の請求項２，３の
発明においては、上記（２）（３）のように構成したの
で、被測定対象に超磁歪合金製センサを容易に取り付け
ることができ、また、簡単な構成により、磁歪による超
磁歪合金製センサの伸縮を拡大することができる。本発
明の請求項４の発明は、上記（４）のように構成したの
で、異常電流通路に流れる異常電流を簡単なシステムに
より検出することができ、また、超磁歪素子から構成さ
れるセンサ部をケーブル等の外部から取り付けることが
できるので、布設後のケーブル線路に容易に適用するこ
とができる。本発明の請求項５の発明は、上記（５）の
ように構成したので、光ファイバをケーブル等に沿って
布設するだけで地絡事故等を検出することができ、各セ
ンサ部に電源や増幅器を設ける必要がない。本発明の請
求項６の発明は、上記（６）のように構成したので、電
力ケーブルの地絡事故点等を簡単なシステムにより正確
に標定することができる。
（１）のように構成したので、磁歪による超磁歪合金製
センサの伸縮を拡大することができ、１５４ｋＶ以下の
低い電圧階級のケーブルに流れる事故電流、あるいは、
各種電力機器に流れる電流等を超磁歪合金製センサによ
り検出することが可能となる。本発明の請求項２，３の
発明においては、上記（２）（３）のように構成したの
で、被測定対象に超磁歪合金製センサを容易に取り付け
ることができ、また、簡単な構成により、磁歪による超
磁歪合金製センサの伸縮を拡大することができる。本発
明の請求項４の発明は、上記（４）のように構成したの
で、異常電流通路に流れる異常電流を簡単なシステムに
より検出することができ、また、超磁歪素子から構成さ
れるセンサ部をケーブル等の外部から取り付けることが
できるので、布設後のケーブル線路に容易に適用するこ
とができる。本発明の請求項５の発明は、上記（５）の
ように構成したので、光ファイバをケーブル等に沿って
布設するだけで地絡事故等を検出することができ、各セ
ンサ部に電源や増幅器を設ける必要がない。本発明の請
求項６の発明は、上記（６）のように構成したので、電
力ケーブルの地絡事故点等を簡単なシステムにより正確
に標定することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】図１は発明の一実施例を示す図で
ある。同図において、１１は直径１２０ｍｍ前後の電力
ケーブルであり、該ケーブルの外周面に、非磁性で機械
的強度に優れたステンレス等から形成された超磁歪合金
板固定用アダプタ１２を接着剤等により取り付ける。超
磁歪合金板１３は、厚さ４ｍｍ、巾１０ｍｍ程度の湾曲
した板状体であり、例えば半径約７０ｍｍでケーブルよ
りやや大きい曲率半径を有しており、上記アダプタ１２
にはめ込まれ、固定用ボルト１４で上記アダプタ１２端
部に取り付けられる。そして、超磁歪合金板１３には予
め圧縮変形が与えられており、そのバネ反力により上記
アダプタ１２と一体化される。また、超磁歪合金板１３
の端部はアダプタの突起部１２ａにより拘束されてお
り、磁歪合金板１３の端部では伸縮できないように構成
されている。
ある。同図において、１１は直径１２０ｍｍ前後の電力
ケーブルであり、該ケーブルの外周面に、非磁性で機械
的強度に優れたステンレス等から形成された超磁歪合金
板固定用アダプタ１２を接着剤等により取り付ける。超
磁歪合金板１３は、厚さ４ｍｍ、巾１０ｍｍ程度の湾曲
した板状体であり、例えば半径約７０ｍｍでケーブルよ
りやや大きい曲率半径を有しており、上記アダプタ１２
にはめ込まれ、固定用ボルト１４で上記アダプタ１２端
部に取り付けられる。そして、超磁歪合金板１３には予
め圧縮変形が与えられており、そのバネ反力により上記
アダプタ１２と一体化される。また、超磁歪合金板１３
の端部はアダプタの突起部１２ａにより拘束されてお
り、磁歪合金板１３の端部では伸縮できないように構成
されている。
【００２０】１５は歪みゲージであり、歪みゲージ１５
は超磁歪合金板１３の円弧頂部に貼り付けられており、
リード線１６を介して歪み測定器１７に接続されてい
る。同図において、電力ケーブル１１の導体、あるいは
金属シースに地絡電流等の電流が流れると、超磁歪合金
板１３の湾曲面軸方向に一様な磁界が発生し、その磁界
により超磁歪合金板３には磁歪が生ずる。超磁歪合金板
１３の両端は上記アダプタ１２の突起部１２ａにより移
動を拘束されているので、超磁歪合金板１３は前記図２
の点線で示したように変形する。超磁歪合金板１３の円
弧頂部に発生する曲げ歪みε0 は、超磁歪素子の磁歪量
εに比例するので、歪みゲージ１５により上記曲げ歪み
ε0 を検出することにより、電力ケーブル１１の周囲に
生ずる磁界を検出することができる。したがって、歪み
計測器１７によりこの歪み量変化を検出することによ
り、電力ケーブル１１の導体、金属シース等に流れる電
流を検出することができる。
は超磁歪合金板１３の円弧頂部に貼り付けられており、
リード線１６を介して歪み測定器１７に接続されてい
る。同図において、電力ケーブル１１の導体、あるいは
金属シースに地絡電流等の電流が流れると、超磁歪合金
板１３の湾曲面軸方向に一様な磁界が発生し、その磁界
により超磁歪合金板３には磁歪が生ずる。超磁歪合金板
１３の両端は上記アダプタ１２の突起部１２ａにより移
動を拘束されているので、超磁歪合金板１３は前記図２
の点線で示したように変形する。超磁歪合金板１３の円
弧頂部に発生する曲げ歪みε0 は、超磁歪素子の磁歪量
εに比例するので、歪みゲージ１５により上記曲げ歪み
ε0 を検出することにより、電力ケーブル１１の周囲に
生ずる磁界を検出することができる。したがって、歪み
計測器１７によりこの歪み量変化を検出することによ
り、電力ケーブル１１の導体、金属シース等に流れる電
流を検出することができる。
【００２１】導体サイズ２０００ｍｍ2 級の１５４ｋＶ
ケーブルに地絡事故が発生する場合の地絡電流は通常３
ｋＡ程度であり、ケーブル導体中心と超磁歪合金表面と
の距離を約７０ｍｍとすれば、前掲の磁界計算式よりＨ
＝３／０．０７＝４３ｋＡ／ｍの磁界が発生する。一
方、材料構成がＴb0.3Ｄy0.7Ｆe1.9の直方体形状（長さ
４０ｍｍ、巾１０ｍｍ、厚さ５ｍｍ）の超磁歪合金につ
いての歪み変化実測値は８０ｋＡ／ｍの交番磁界下で±
０．０６％となった。従って、上記地絡事故時にはこの
１／２程度の歪み変化が発生するものと考えられ、既存
の歪みゲージを用いて検知できるぎりぎりの大きさであ
る。そこで、本発明のように、超磁歪合金板を内部角４
０°以下に歪曲させて発生歪みを増幅できるようにすれ
ば、更に精度良く測定することができる。
ケーブルに地絡事故が発生する場合の地絡電流は通常３
ｋＡ程度であり、ケーブル導体中心と超磁歪合金表面と
の距離を約７０ｍｍとすれば、前掲の磁界計算式よりＨ
＝３／０．０７＝４３ｋＡ／ｍの磁界が発生する。一
方、材料構成がＴb0.3Ｄy0.7Ｆe1.9の直方体形状（長さ
４０ｍｍ、巾１０ｍｍ、厚さ５ｍｍ）の超磁歪合金につ
いての歪み変化実測値は８０ｋＡ／ｍの交番磁界下で±
０．０６％となった。従って、上記地絡事故時にはこの
１／２程度の歪み変化が発生するものと考えられ、既存
の歪みゲージを用いて検知できるぎりぎりの大きさであ
る。そこで、本発明のように、超磁歪合金板を内部角４
０°以下に歪曲させて発生歪みを増幅できるようにすれ
ば、更に精度良く測定することができる。
【００２２】図５は図１における歪みゲージ１５に代
え、ファイバブラッググレーチングタイプの光ファイバ
歪検知素子２１を使用した実施例を示す図であり、前記
図１に示したものと同一のものには同一の符号が付され
ている。光ファイバは通常、送信光を伝搬する屈折率の
大きなコアと、光の漏洩を防止するため、コアよりも屈
折率を小さくしたクラッドとから構成されている。ファ
イバブラッググレーティング（ＦＢＧ：Fiber Bragg Gr
ating ）とは図６（ａ）に示すように、前記コアに周期
的な凹凸を設け回折格子を形成し、特定波長帯域の光を
反射させるようにした導波路である。ＦＢＧに歪が加わ
ると、回折格子の間隔が変化し、図６（ｂ）に示すよう
に反射光スペクトルのピーク波長が変化することが知ら
れている（例えば特表昭６１−５０００５２号参照）。
このピーク波長の変化量は負荷歪の大きさに比例するた
め、この変化量を測定することで歪の大きさを検知する
ことができる。
え、ファイバブラッググレーチングタイプの光ファイバ
歪検知素子２１を使用した実施例を示す図であり、前記
図１に示したものと同一のものには同一の符号が付され
ている。光ファイバは通常、送信光を伝搬する屈折率の
大きなコアと、光の漏洩を防止するため、コアよりも屈
折率を小さくしたクラッドとから構成されている。ファ
イバブラッググレーティング（ＦＢＧ：Fiber Bragg Gr
ating ）とは図６（ａ）に示すように、前記コアに周期
的な凹凸を設け回折格子を形成し、特定波長帯域の光を
反射させるようにした導波路である。ＦＢＧに歪が加わ
ると、回折格子の間隔が変化し、図６（ｂ）に示すよう
に反射光スペクトルのピーク波長が変化することが知ら
れている（例えば特表昭６１−５０００５２号参照）。
このピーク波長の変化量は負荷歪の大きさに比例するた
め、この変化量を測定することで歪の大きさを検知する
ことができる。
【００２３】図５において、光源２４からでた伝送光は
光分岐器２２を通過し、リードファイバを介して超磁歪
合金板３に接着剤で固定されたＦＢＧ２１に達する。こ
のとき、回折格子の間隔が波長の１／２の整数倍に相当
する領域の光のみが、入射端側に反射してくる。この反
射光を光分岐器２２より光スペクルトルアナライザ２３
に導き、スペクトルのピーク波長を求める。電磁界によ
り超磁歪素子に歪みが発生すると、これに固定されたＦ
ＢＧ２１の反射光スペクトルのピーク波長が変化するた
め、これを検出することによって電流検知が可能とな
る。
光分岐器２２を通過し、リードファイバを介して超磁歪
合金板３に接着剤で固定されたＦＢＧ２１に達する。こ
のとき、回折格子の間隔が波長の１／２の整数倍に相当
する領域の光のみが、入射端側に反射してくる。この反
射光を光分岐器２２より光スペクルトルアナライザ２３
に導き、スペクトルのピーク波長を求める。電磁界によ
り超磁歪素子に歪みが発生すると、これに固定されたＦ
ＢＧ２１の反射光スペクトルのピーク波長が変化するた
め、これを検出することによって電流検知が可能とな
る。
【００２４】ＦＢＧ２１の回折格子の間隔を僅かに変化
させることによって、反射光スペクトル帯域を変化させ
ることが可能である。したがって、このように反射光の
帯域の異なるＦＢＧ２１を直列に配置し、それぞれの反
射光スペクトルの変化を１組の測定系で検知することも
できる。導体サイズ２０００ｍｍ2 級の１５４ｋＶケー
ブルに地絡事故が発生する場合の地絡電流は通常３ｋＡ
程度であり、ケーブル導体中心と超磁歪合金表面との距
離を約７０ｍｍとすれば、前述した磁界計算式よりＨ＝
３／（２π×０．０７）＝７ｋＡ／ｍの磁界が発生す
る。
させることによって、反射光スペクトル帯域を変化させ
ることが可能である。したがって、このように反射光の
帯域の異なるＦＢＧ２１を直列に配置し、それぞれの反
射光スペクトルの変化を１組の測定系で検知することも
できる。導体サイズ２０００ｍｍ2 級の１５４ｋＶケー
ブルに地絡事故が発生する場合の地絡電流は通常３ｋＡ
程度であり、ケーブル導体中心と超磁歪合金表面との距
離を約７０ｍｍとすれば、前述した磁界計算式よりＨ＝
３／（２π×０．０７）＝７ｋＡ／ｍの磁界が発生す
る。
【００２５】一方、材料構成がＴb0.3Ｄy0.7Ｆe1.9の直
方体形状（長さ４０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ５ｍｍ）の
超磁歪合金についての歪変化実測値は前記図４に示すよ
うに８０ｋＡ／ｍの交流磁界下で±０．０６％となっ
た。これらの実験結果から地絡電流３ｋＡでは０．００
５％以上の歪変化を生ずるものと考えられる。ファイバ
ブラッググレーティングタイプの歪検知感度は０．００
３％程度であり、実験で用いた直方体状の超磁歪合金で
も地絡電流の検知は可能であるが、本実施例で述べたよ
うに超磁歪センサとして超磁歪合金板を内部角４０°以
下に歪曲させて発生歪を増幅できるようにすれば、更に
確実に測定することができる。
方体形状（長さ４０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ５ｍｍ）の
超磁歪合金についての歪変化実測値は前記図４に示すよ
うに８０ｋＡ／ｍの交流磁界下で±０．０６％となっ
た。これらの実験結果から地絡電流３ｋＡでは０．００
５％以上の歪変化を生ずるものと考えられる。ファイバ
ブラッググレーティングタイプの歪検知感度は０．００
３％程度であり、実験で用いた直方体状の超磁歪合金で
も地絡電流の検知は可能であるが、本実施例で述べたよ
うに超磁歪センサとして超磁歪合金板を内部角４０°以
下に歪曲させて発生歪を増幅できるようにすれば、更に
確実に測定することができる。
【００２６】なお、上記実施例では、超磁歪合金板１３
を磁界と平行に配置した場合について示したが、かなら
ずしも超磁歪合金を磁界に平行に配置する必要はない。
すなわち、前記図４に示したように、超磁歪合金を磁界
に直交させて配置しても、２〜３割程度変形量が小さく
なるだけなので、高い感度が要求されない場合には、磁
界と平行に配置しなくても充分実用可能である。また、
上記実施例の説明では本発明を電力ケーブルにおける地
絡電流の検出に適用する場合について説明したが、上記
実施例は上記のような電力ケーブルの地絡電流の検出以
外に、例えば、各種電力機器における事故電流・過電流
検出、落雷時に送電鉄塔に流れる雷電流の検出等、種々
の電流検出に使用することができる。
を磁界と平行に配置した場合について示したが、かなら
ずしも超磁歪合金を磁界に平行に配置する必要はない。
すなわち、前記図４に示したように、超磁歪合金を磁界
に直交させて配置しても、２〜３割程度変形量が小さく
なるだけなので、高い感度が要求されない場合には、磁
界と平行に配置しなくても充分実用可能である。また、
上記実施例の説明では本発明を電力ケーブルにおける地
絡電流の検出に適用する場合について説明したが、上記
実施例は上記のような電力ケーブルの地絡電流の検出以
外に、例えば、各種電力機器における事故電流・過電流
検出、落雷時に送電鉄塔に流れる雷電流の検出等、種々
の電流検出に使用することができる。
【００２７】次に、超磁歪合金を用いて超高圧電力ケー
ブルにおける地絡事故点を検出する実施例について説明
する。図７はクロスボンド接続された３相ケーブル線路
におけるセンサの取り付け位置の一例を示す図である。
上記電線路において、事故点検知のため、同図に示すよ
うに各相の各接続部ＮＪ，ＩＪの両側のケーブル表面
に、歪みゲージを貼り付けた超磁歪素子１ａ〜１ｈ、１
ｂ’〜１ｃ’、１ｂ”〜１ｇ”を取り付け、常時、上記
超磁歪素子に発生する歪みを監視する。
ブルにおける地絡事故点を検出する実施例について説明
する。図７はクロスボンド接続された３相ケーブル線路
におけるセンサの取り付け位置の一例を示す図である。
上記電線路において、事故点検知のため、同図に示すよ
うに各相の各接続部ＮＪ，ＩＪの両側のケーブル表面
に、歪みゲージを貼り付けた超磁歪素子１ａ〜１ｈ、１
ｂ’〜１ｃ’、１ｂ”〜１ｇ”を取り付け、常時、上記
超磁歪素子に発生する歪みを監視する。
【００２８】図７において、ケーブルＡ相のＰ点で地絡
事故が発生すると、前記したように電源側から導体２を
流れて来た大きな地絡電流Ｉ0 は事故点でＡ相の金属シ
ース３に移り、更にＩＪのクロスボンド部からはＢ相又
はＣ相の金属シースを帰路として大地に流れる。従って
事故点の次のＩＪから先ではＡ相の導体２、金属シース
３のいずれにも地絡電流は流れず超磁歪素子の１ｆから
先では歪がほとんど発生しないのに対し、事故区間まで
は導体２又は金属シース３のいずれかに大きな地絡電流
が流れ、そこまでの超磁歪素子１ａ〜１ｅに発生する歪
量は際立って大きくなる。
事故が発生すると、前記したように電源側から導体２を
流れて来た大きな地絡電流Ｉ0 は事故点でＡ相の金属シ
ース３に移り、更にＩＪのクロスボンド部からはＢ相又
はＣ相の金属シースを帰路として大地に流れる。従って
事故点の次のＩＪから先ではＡ相の導体２、金属シース
３のいずれにも地絡電流は流れず超磁歪素子の１ｆから
先では歪がほとんど発生しないのに対し、事故区間まで
は導体２又は金属シース３のいずれかに大きな地絡電流
が流れ、そこまでの超磁歪素子１ａ〜１ｅに発生する歪
量は際立って大きくなる。
【００２９】図８（ａ）は導体又は金属シースに地絡電
流が流れた区間のケーブルに取り付けた超磁歪素子に現
れる歪の時刻歴変化をモデル的に示すもので事故発生前
ｔ1までは一定波高の正弦波形の歪変化が生じていたの
が地絡事故発生と共に波高の際立って大きな減衰性波形
が事故電流遮断ｔ2 までの数サイクル生じる。このよう
な歪波形が地絡事故を発生したＡ相の超磁歪素子１ａ〜
１ｅに発生すると共に金属シース３に帰路電流が流れた
他相の超磁歪素子、ここでは１ｂ’１ｃ’或いは１ｆ”
１ｇ”に生じる。
流が流れた区間のケーブルに取り付けた超磁歪素子に現
れる歪の時刻歴変化をモデル的に示すもので事故発生前
ｔ1までは一定波高の正弦波形の歪変化が生じていたの
が地絡事故発生と共に波高の際立って大きな減衰性波形
が事故電流遮断ｔ2 までの数サイクル生じる。このよう
な歪波形が地絡事故を発生したＡ相の超磁歪素子１ａ〜
１ｅに発生すると共に金属シース３に帰路電流が流れた
他相の超磁歪素子、ここでは１ｂ’１ｃ’或いは１ｆ”
１ｇ”に生じる。
【００３０】一方、Ａ相に取り付けた１ｈ以降の超歪素
子では導体２及び金属シース３のいずれにも地絡電流は
流れないので図４（ｂ）のように事故発生と同時にそれ
まで生じていた正弦歪波形は消滅してしまう。このよう
に地絡発生時に事故発生ケーブルのどの箇所と他相ケー
ブルのどの区間に大きな歪波形の変化が生じたかを知る
ことによって地絡事故発生区間を判定することが出来
る。
子では導体２及び金属シース３のいずれにも地絡電流は
流れないので図４（ｂ）のように事故発生と同時にそれ
まで生じていた正弦歪波形は消滅してしまう。このよう
に地絡発生時に事故発生ケーブルのどの箇所と他相ケー
ブルのどの区間に大きな歪波形の変化が生じたかを知る
ことによって地絡事故発生区間を判定することが出来
る。
【００３１】図９は上記超磁歪素子に発生する歪みを検
知するシステムの一例を示す図である。上記超磁歪素子
１ａ〜１ｈ、１ｂ’〜１ｃ’、１ｂ”〜１ｇ”に発生す
る歪の検知方法としては同図に示すように金属抵抗線を
用いた歪ゲージを使用する方法を用いることができる。
すなわち、電力ケーブル１１に近接して長さ５０ｍｍ，
巾１０ｍｍ、厚さ５ｍｍ程度の直方体状の超磁歪素子１
ａ，１ｂを収容した保護ケース（ここでは記載省略）を
各接続部の前後でケーブルで近接して設置する。
知するシステムの一例を示す図である。上記超磁歪素子
１ａ〜１ｈ、１ｂ’〜１ｃ’、１ｂ”〜１ｇ”に発生す
る歪の検知方法としては同図に示すように金属抵抗線を
用いた歪ゲージを使用する方法を用いることができる。
すなわち、電力ケーブル１１に近接して長さ５０ｍｍ，
巾１０ｍｍ、厚さ５ｍｍ程度の直方体状の超磁歪素子１
ａ，１ｂを収容した保護ケース（ここでは記載省略）を
各接続部の前後でケーブルで近接して設置する。
【００３２】そして、各超磁歪素子１ａ，１ｂの表面に
歪ゲージ３１を貼り、その出力を増幅器３２で増幅して
検出器３３に多芯ケーブル３４で常時伝送する。なお、
前記したように、超磁歪素子１ａ，１ｂの取り付け方向
を磁界と平行に配置した方がその変形量は大きくなる
が、超磁歪合金を磁界に直交させて配置しても、高い感
度を要求されない場合には充分実用可能である。ケーブ
ルが正常に送電されていれば小さな交番歪が発生してい
るだけであるが地絡事故発生と同時に極めて大きな地絡
電流が金属シースにも流れ、これに追随して超磁歪素子
１ａ，１ｂに大きな歪変化が現れる。
歪ゲージ３１を貼り、その出力を増幅器３２で増幅して
検出器３３に多芯ケーブル３４で常時伝送する。なお、
前記したように、超磁歪素子１ａ，１ｂの取り付け方向
を磁界と平行に配置した方がその変形量は大きくなる
が、超磁歪合金を磁界に直交させて配置しても、高い感
度を要求されない場合には充分実用可能である。ケーブ
ルが正常に送電されていれば小さな交番歪が発生してい
るだけであるが地絡事故発生と同時に極めて大きな地絡
電流が金属シースにも流れ、これに追随して超磁歪素子
１ａ，１ｂに大きな歪変化が現れる。
【００３３】この歪み変化は超磁歪素子１ａ，１ｂに貼
り付けた歪ゲージ３１により検出され、歪みゲージ３１
の出力は増幅器３２で増幅される。増幅器３２の出力は
多芯ケーブル３４を介して検出器３３に伝送され、検出
器３３により歪み変化の発生した箇所を検出することに
より、上記したように地絡事故の発生点を検出すること
ができる。なお、上記図９では、電力ケーブル１１に超
磁歪素子１ａを取り付けた例を示したが、超磁歪素子１
ａを、例えば架空送電線路の架空地線の近傍や送電鉄塔
に取り付け雷電流を検出するなど、その他の異常電流の
検出に適用することができる。
り付けた歪ゲージ３１により検出され、歪みゲージ３１
の出力は増幅器３２で増幅される。増幅器３２の出力は
多芯ケーブル３４を介して検出器３３に伝送され、検出
器３３により歪み変化の発生した箇所を検出することに
より、上記したように地絡事故の発生点を検出すること
ができる。なお、上記図９では、電力ケーブル１１に超
磁歪素子１ａを取り付けた例を示したが、超磁歪素子１
ａを、例えば架空送電線路の架空地線の近傍や送電鉄塔
に取り付け雷電流を検出するなど、その他の異常電流の
検出に適用することができる。
【００３４】上記した抵抗線歪ゲージを使用する方法は
最も一般的であるが各測定点近傍に歪出力を増幅するた
めのアンプとアンプ用電源を要することが大きな欠点と
なる。そこで超磁歪素子の歪発生方向に沿って光ファイ
バ線を接着等により固着させて超磁歪素子と同等の歪変
化が光ファイバに発生するようにし、これを常時監視す
る方法が考えられる。光ファイバに発生する歪について
は既に公知のブリルアン（Brillouin ）散乱を応用した
計測方法が使用出来る。２つのレーザからの光ビームを
ファイバの両端から送り込むと”Brillouin 周波数シフ
ト”と称する２つのビームの周波数の差を調整すること
により得られるビームの増幅作用を利用するもので、増
幅されたビームのパワーを測定することにより歪変化を
求めることが出来る。Brillouin 散乱を利用した歪検知
システムでは１本の光ファイバで長距離にわたって全線
の歪変化を測定出来、各測定ポイント毎に電源を必要と
することもない。
最も一般的であるが各測定点近傍に歪出力を増幅するた
めのアンプとアンプ用電源を要することが大きな欠点と
なる。そこで超磁歪素子の歪発生方向に沿って光ファイ
バ線を接着等により固着させて超磁歪素子と同等の歪変
化が光ファイバに発生するようにし、これを常時監視す
る方法が考えられる。光ファイバに発生する歪について
は既に公知のブリルアン（Brillouin ）散乱を応用した
計測方法が使用出来る。２つのレーザからの光ビームを
ファイバの両端から送り込むと”Brillouin 周波数シフ
ト”と称する２つのビームの周波数の差を調整すること
により得られるビームの増幅作用を利用するもので、増
幅されたビームのパワーを測定することにより歪変化を
求めることが出来る。Brillouin 散乱を利用した歪検知
システムでは１本の光ファイバで長距離にわたって全線
の歪変化を測定出来、各測定ポイント毎に電源を必要と
することもない。
【００３５】次に上記Brillouin 散乱を利用した歪検知
システムの実施例について説明する。図１０は上記Bril
louin 散乱を利用した、超磁歪素子と光ファイバを用い
た事故点検知システムの構成例を示す図である。同図に
おいて、１１は電力ケーブルであり、電力ケーブル１１
に近接してその軸線方向と直交方向に直方体の超磁歪素
子１ａを設置し、超磁歪素子１ａにセンシング用ファイ
バ４６（以下センサファイバと言う）を接着する。４５
は伝送用ファイバであり、伝送用ファイバ４５はセンシ
ング用ファイバ４６と同一品でもよいが、長距離線路の
場合には伝送ロスの少ないファイバを用い、センサファ
イバ４６と各測定点で融着する方法が有効である。
システムの実施例について説明する。図１０は上記Bril
louin 散乱を利用した、超磁歪素子と光ファイバを用い
た事故点検知システムの構成例を示す図である。同図に
おいて、１１は電力ケーブルであり、電力ケーブル１１
に近接してその軸線方向と直交方向に直方体の超磁歪素
子１ａを設置し、超磁歪素子１ａにセンシング用ファイ
バ４６（以下センサファイバと言う）を接着する。４５
は伝送用ファイバであり、伝送用ファイバ４５はセンシ
ング用ファイバ４６と同一品でもよいが、長距離線路の
場合には伝送ロスの少ないファイバを用い、センサファ
イバ４６と各測定点で融着する方法が有効である。
【００３６】４１はレーザ光源であり、単一単宇のレー
ザ光源４１から伝送用ファイバ４５に連続的に光が送り
こまれる。レーザ光源４１から送り込まれた光は、第１
の光ファイバ方向性結合器４２によりパワーが２つに分
割され、一方はBrillouin 散乱ジェネレータ４３に、他
方は光スイッチ４７に送られる。Brillouin 散乱ジェネ
レータ４３はレーザ光源４１によって生成される光と異
なる周波数で反対方向（同図の矢印の方向）に進む光を
作り出す。この逆方向の光ビームはセンサファイバ４６
に対する信号ビーム４４となる。
ザ光源４１から伝送用ファイバ４５に連続的に光が送り
こまれる。レーザ光源４１から送り込まれた光は、第１
の光ファイバ方向性結合器４２によりパワーが２つに分
割され、一方はBrillouin 散乱ジェネレータ４３に、他
方は光スイッチ４７に送られる。Brillouin 散乱ジェネ
レータ４３はレーザ光源４１によって生成される光と異
なる周波数で反対方向（同図の矢印の方向）に進む光を
作り出す。この逆方向の光ビームはセンサファイバ４６
に対する信号ビーム４４となる。
【００３７】一方、光スイッチ４７はセンサファイバ４
６の反対側の終端に入力されるパルス状のポンプビーム
４９を作りだす。上記信号ビーム４４は上記ポンプビー
ム４９との相互作用によって増幅され、増幅された信号
ビーム４４は第２の光ファイバ方向性結合器４８によっ
て分岐され、信号ビームを測定するフォトディテクタ３
０に送られ、ここで超磁歪素子１ａに発生した歪み変化
量を検知する。
６の反対側の終端に入力されるパルス状のポンプビーム
４９を作りだす。上記信号ビーム４４は上記ポンプビー
ム４９との相互作用によって増幅され、増幅された信号
ビーム４４は第２の光ファイバ方向性結合器４８によっ
て分岐され、信号ビームを測定するフォトディテクタ３
０に送られ、ここで超磁歪素子１ａに発生した歪み変化
量を検知する。
【００３８】上記センサファイバ４６を貼り付けた超磁
歪素子１ａを前記図７に示したようにケーブル線路に取
り付け、各センサファイバ４６に伝送用ファイバ４５を
介して信号ビーム４４とポンプビーム４９を与えること
により、前記したようにして電力ケーブル線路上で歪み
変化が発生した箇所を検出することができ、事故点を検
知することができる。本実施例によれば、前記図９に示
したように増幅器を使用することなく超磁歪素子に発生
する歪み変化を検知することができるので、各測定ポイ
ント毎に電源を設ける必要がない。なお、上記した超高
圧電力ケーブルの地絡点検出等に前記図１、図５に示し
た電流検出器を用いてもよい。これにより、検出感度を
一層向上することができる。
歪素子１ａを前記図７に示したようにケーブル線路に取
り付け、各センサファイバ４６に伝送用ファイバ４５を
介して信号ビーム４４とポンプビーム４９を与えること
により、前記したようにして電力ケーブル線路上で歪み
変化が発生した箇所を検出することができ、事故点を検
知することができる。本実施例によれば、前記図９に示
したように増幅器を使用することなく超磁歪素子に発生
する歪み変化を検知することができるので、各測定ポイ
ント毎に電源を設ける必要がない。なお、上記した超高
圧電力ケーブルの地絡点検出等に前記図１、図５に示し
た電流検出器を用いてもよい。これにより、検出感度を
一層向上することができる。
【００３９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、以下の効果を得ることができる。 （１）電流により生ずる磁界中に超磁歪合金製センサを
配置し、超磁歪合金製センサを円弧状に湾曲した板状体
とし、板状体の両端部を拘束体により伸縮を抑制するよ
うにしたので、電流が比較的小さいときでも、超磁歪合
金に発生する歪みを大きくすることができ、電線路の正
確な事故点検知、各種電力機器の事故電流、過電流の検
出等に役立てることができる。 （２）超磁歪合金製センサ固定用のアダプタと、円弧状
に湾曲した板状体の円弧頂部に歪みゲージを取り付けた
超磁歪合金製センサとから電流検出器を構成し、超磁歪
合金製センサの両端部を上記アダプタに設けられた拘束
体に係合させて取り付けることにより、本発明の電流検
出器を各種電力機器に容易に取り付けることが可能とな
る。
は、以下の効果を得ることができる。 （１）電流により生ずる磁界中に超磁歪合金製センサを
配置し、超磁歪合金製センサを円弧状に湾曲した板状体
とし、板状体の両端部を拘束体により伸縮を抑制するよ
うにしたので、電流が比較的小さいときでも、超磁歪合
金に発生する歪みを大きくすることができ、電線路の正
確な事故点検知、各種電力機器の事故電流、過電流の検
出等に役立てることができる。 （２）超磁歪合金製センサ固定用のアダプタと、円弧状
に湾曲した板状体の円弧頂部に歪みゲージを取り付けた
超磁歪合金製センサとから電流検出器を構成し、超磁歪
合金製センサの両端部を上記アダプタに設けられた拘束
体に係合させて取り付けることにより、本発明の電流検
出器を各種電力機器に容易に取り付けることが可能とな
る。
【００４０】（３）歪検知センサを固着した超磁歪素子
を異常電流通路に近接させて設置して異常電流通路に流
れる異常電流を検知するようにしたので、センサ部を外
部から容易に取り付けることができる。このため、布設
後のケーブル等への取り付けも簡単に行うことができ
る。 （４）歪み検知センサを、超磁歪素子に固着された光フ
ァイバと、該光ファイバに伝達される超磁歪素子の歪み
を検出する手段から構成したので、光ファイバをケーブ
ル等に沿って布設するだけで地絡事故を検出することが
でき、各センサ部に電源や増幅器を設ける必要がない。 （５）電力ケーブルに沿って複数の超磁歪素子を設置
し、上記複数の超磁歪素子に固着され歪み検知センサの
出力を事故点検出手段に伝送し、電力ケーブルで発生し
た事故点を標定することにより、簡単なシステムにより
地絡事故点を精度よく測定することができる。
を異常電流通路に近接させて設置して異常電流通路に流
れる異常電流を検知するようにしたので、センサ部を外
部から容易に取り付けることができる。このため、布設
後のケーブル等への取り付けも簡単に行うことができ
る。 （４）歪み検知センサを、超磁歪素子に固着された光フ
ァイバと、該光ファイバに伝達される超磁歪素子の歪み
を検出する手段から構成したので、光ファイバをケーブ
ル等に沿って布設するだけで地絡事故を検出することが
でき、各センサ部に電源や増幅器を設ける必要がない。 （５）電力ケーブルに沿って複数の超磁歪素子を設置
し、上記複数の超磁歪素子に固着され歪み検知センサの
出力を事故点検出手段に伝送し、電力ケーブルで発生し
た事故点を標定することにより、簡単なシステムにより
地絡事故点を精度よく測定することができる。
【図１】本発明の１実施例を示す図である。
【図２】円弧状に形成された超磁歪合金の変形を説明す
る図である。
る図である。
【図３】図２における内部角と歪増幅率の関係を示す図
である。
である。
【図４】磁界方向と超磁歪合金板に発生する歪みの関係
を示す図である。
を示す図である。
【図５】歪検出素子として光ファイバ歪検知素子を使用
した実施例を示す図である。
した実施例を示す図である。
【図６】ファイバブラッググレーティングを説明する図
である。
である。
【図７】３相ケーブル線路におけるセンサの取り付け位
置の一例を示す図である。
置の一例を示す図である。
【図８】地絡電流が流れたときに超磁歪素子に現れる歪
変化を示す図である。
変化を示す図である。
【図９】歪ゲージを用いた事故点検知システムの一例を
示す図である。
示す図である。
【図１０】Brillouin 散乱を利用した事故点検知システ
ムの構成例を示す図である。
ムの構成例を示す図である。
【図１１】地絡事故時に電力ケーブル線路に流れる電流
を示す図である。
を示す図である。
【図１２】ケーブルに電流が流れるときに発生する磁界
を示す図である。
を示す図である。
１ａ〜１ｇ” 超磁歪素子
２ 導体
３ 金属シース
４ ＮＪ外部銅管
５ 接地線
６ ＩＪ外部銅管
７ ＩＪ絶縁筒
１１ 電力ケーブル
１２ 超磁歪合金板固定用アダプタ
１３ 超磁歪合金板
１４ 固定用ボルト
１５ 歪みゲージ
１６ リード線
１７ 歪み測定器
２１ ファイバブラッググレーティング素子
２２ 光分岐器
２３ 光スペクトルアナライザ
２４ 光源
２５ 光ファイバ
３１ 歪みゲージ
３２ 増幅器
３３ 検出装置
３４ 多芯ケーブル
４１ レーザ光源
４２，４８ 光ファイバ方向性結合器
４３ Brillouin 散乱ジェネレータ
４４ 信号ビーム
４５ 伝送用光ファイバ
４６ センサファイバ
４７ 光スイッチ
４９ ポンプビーム
５０ フォトディテクタ
Ｐ 事故発生点
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｇ０１Ｒ 33/02 Ｇ０１Ｒ 15/02 Ｚ
(56)参考文献 特開 平１−272744（ＪＰ，Ａ)
特開 昭52−54466（ＪＰ，Ａ)
特開 昭64−61672（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−95363（ＪＰ，Ａ)
特開 昭58−132670（ＪＰ，Ａ)
特開 昭50−130382（ＪＰ，Ａ)
実開 平３−104716（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01R 5/00
G01R 15/00 - 19/32
G01R 31/02 - 31/11
G01R 33/00 - 33/64
Claims (6)
- 【請求項１】 電流により生ずる磁界中に配置され、該
磁界により生ずる磁歪を検出することにより上記電流を
検出する超磁歪合金を備えた電流検出器であって、 上記超磁歪合金は円弧状に湾曲した板状体であり、板状
体の両端部が拘束体により伸縮を抑制されていることを
特徴とする電流検出器。 - 【請求項２】 円弧状に湾曲し、円弧頂部に歪センサが
取り付けられた超磁歪合金製センサと、 上記超磁歪合金製センサ両端部を拘束する拘束体を備え
た超磁歪合金製センサ固定用のアダプタとから構成さ
れ、 上記超磁歪合金製センサを電流により生ずる磁界中に配
置し、その両端部を上記アダプタに設けられた拘束体に
係合させたことを特徴とする電流検出器。 - 【請求項３】 円弧頂部の表面にファイバブラッググレ
ーチングタイプの光ファイバセンサが固着され、該光フ
ァイバセンサにより歪み計測をすることを特徴とする請
求項２の電流検出器。 - 【請求項４】 異常電流通路を流れる電流により生ずる
磁界中に、円弧状に湾曲した板状体で構成され、該板状
体の両端部が拘束体により伸縮を抑制された超磁歪合金
からなる超磁歪素子を配置し、 該超磁歪素子に歪検知センサを固着し、上記異常電流通
路に流れる異常電流を検出することを特徴とする異常電
流検出器。 - 【請求項５】 上記歪み検知センサが、超磁歪素子に固
着された光ファイバと、該光ファイバに伝達される超磁
歪素子の歪みを検出する手段から構成されていることを
特徴とする請求項４の異常電流検出器。 - 【請求項６】 電力ケーブルに沿って請求項４または請
求項５の異常電流検出器を設置し、 上記異常電流検出器の歪み検知センサの出力を事故点検
出手段に伝送し、電力ケーブルで発生した事故点を標定
することを特徴とする電力ケーブル線路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26591596A JP3469726B2 (ja) | 1996-02-06 | 1996-10-07 | 超磁歪合金を用いた電流検出器および超磁歪合金センサを備えた電力ケーブル線路 |
Applications Claiming Priority (5)
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|---|---|---|---|
| JP1968196 | 1996-02-06 | ||
| JP8-19681 | 1996-02-15 | ||
| JP8-27742 | 1996-02-15 | ||
| JP2774296 | 1996-02-15 | ||
| JP26591596A JP3469726B2 (ja) | 1996-02-06 | 1996-10-07 | 超磁歪合金を用いた電流検出器および超磁歪合金センサを備えた電力ケーブル線路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09281146A JPH09281146A (ja) | 1997-10-31 |
| JP3469726B2 true JP3469726B2 (ja) | 2003-11-25 |
Family
ID=27282722
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26591596A Expired - Fee Related JP3469726B2 (ja) | 1996-02-06 | 1996-10-07 | 超磁歪合金を用いた電流検出器および超磁歪合金センサを備えた電力ケーブル線路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3469726B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023023833A3 (pt) * | 2021-08-27 | 2023-04-20 | Companhia Paulista De Força E Luz - Cpfl | Sistema de monitoramento de rede de energia elétrica |
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|---|---|---|---|---|
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| US9588160B2 (en) * | 2011-02-09 | 2017-03-07 | International Business Machines Corporation | Wire manager with current and voltage sensing |
| US9063184B2 (en) | 2011-02-09 | 2015-06-23 | International Business Machines Corporation | Non-contact current-sensing and voltage-sensing clamp |
| US9000752B2 (en) | 2011-06-14 | 2015-04-07 | International Business Machines Corporation | Multi-conductor cable current and voltage sensors |
| JP5843668B2 (ja) * | 2012-01-23 | 2016-01-13 | 株式会社豊田自動織機 | センサ用光ファイバおよび電力装置監視システム |
| US9007077B2 (en) | 2012-08-28 | 2015-04-14 | International Business Machines Corporation | Flexible current and voltage sensor |
| US9310397B2 (en) | 2013-01-29 | 2016-04-12 | International Business Machines Corporation | Multi-branch current/voltage sensor array |
| JP2018048894A (ja) | 2016-09-21 | 2018-03-29 | 株式会社東芝 | センサ及び電子機器 |
| JP6803268B2 (ja) * | 2017-03-03 | 2020-12-23 | 株式会社Ｓｕｂａｒｕ | 電流観測システム、電流観測方法及び航空機 |
| CN108614144A (zh) * | 2018-05-08 | 2018-10-02 | 国网江西省电力有限公司电力科学研究院 | 一种基于自偏置磁电复合材料的电流传感器 |
| EP4030175A1 (en) * | 2021-01-19 | 2022-07-20 | Vestel Elektronik Sanayi ve Ticaret A.S. | Detection system, electric cable, and method |
| CN114166106A (zh) * | 2021-11-03 | 2022-03-11 | 重庆材料研究院有限公司 | 磁致伸缩位移传感器 |
| CN114137273B (zh) * | 2021-11-30 | 2023-11-28 | 哈尔滨理工大学 | Fbg级联光纤复合结构的消除温度敏感电流传感装置 |
-
1996
- 1996-10-07 JP JP26591596A patent/JP3469726B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023023833A3 (pt) * | 2021-08-27 | 2023-04-20 | Companhia Paulista De Força E Luz - Cpfl | Sistema de monitoramento de rede de energia elétrica |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09281146A (ja) | 1997-10-31 |
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