JPH02109200A - 光応用多点同時計測方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は光ファイバのパルス伝播時間差を利用した多点
計測方法、特に各計測量の同時計測に関するものである
。

（従来技術） 変電所などの電気所において構内各所に距離をおいて多
数点在する検出点の電流５電圧その他を電気所建屋内な
どの１箇所において集中的に遠隔計測する方法として、
誘導雑音による障害を受けることのない光ファイバを用
い、その伝播光パルスの伝播遅延時間差を利用して計測
する方法が提案されている。この方法は光ファイバの広
帯域性と低損失性を利用するものであって、例えば電流
の計測の場合には第１図に示すように、電力線ＥＬの計
測点に近接して光応用電流センサＳ１．、Ｓ２〜Ｓｎ、
例えば光を直線偏光にする偏光子、電流による磁界によ
り偏光面を回転させるファラデー効果素子、偏光面の回
転を光の強弱に変換するための検光子などからなる光応
用電流センサＳ１〜Ｓｎを設け、その光入力端と出力端
を光分岐／結合器ＣＡ、ＣＢ　（以下光分岐器と称す）
を介して往路共通光ファイバ線路ＡＯと復路光ファイバ
線路ＢＯにそれぞれ接続する。

そして電気所建屋Ｅ　Ｈ内に設置された光送信器Ｏ３か
らの第２図（ａ）に示す光パルス信号Ｐ。を、往路光フ
ァイバ線路ＡＯを介して光応用電流センサＳｌ、３２．
Ｓ３〜Ｓｎにそれぞれ送り、第２図（ｂ）に示すそのそ
れぞれの出力光パルス信号Ｐ、、Ｐ、〜Ｐｎを復路光フ
ァイバ線路ＢＯを介して電気所建屋ＥＨ内に設置された
光受信器ＯＲにより受信する。そしてこれにより各光応
用電流センサｓ１〜Ｓｎにおける光送信器から光受信器
までの光ファイバ線路の距離の差、即ち光パルスの伝播
時間の相違により第２図（Ｃ）のように受光パルス信号
ｐ〜ｐ１に到達時間差を持たせて、各計測点の電流をそ
れぞれ別個に計測するようにしたものである。

例えば第１図においてセンサＳ１と３２間を接続する光
ファイバ線路の長さｄを１００ｍとすると、光ファイバ
中における光伝播速度は約２００ｍ／μｓｅｃであるの
で、光パルス信号がセンサＳ２に到達する時刻はセンサ
Ｓ１に到達する時刻より０．５μｓｅｃだけ遅くなる。

更にセンサＳ２を通った光パルス信号が光受信器ＯＲに
戻っζ来る時刻はセンサＳ１を通って光パルス信号のそ
れよりも１μｓｅｃだけ遅くなる。そこでこの到達時間
差を考慮に入れてパルス幅が１μｓｅｃより短い光パル
スを送信すれば、光受信器ＯＲにより受信されるセンサ
Ｓ１からの光パルスＰ、とＳ２からのＰ２とは重なるこ
とがなく、往復２本の光ファイバ線路を用いて複数点の
電流をそれぞれ独立に計測できる。

（従来技術の問題点） この方法はそれ以前に行われている各センサ毎に光ファ
イバ線路や光送受信器を設けて計測する初期の方法に比
べて、光ファイバ数の大幅な削減、これによる電気所建
屋内への引込み光ファイバ線路の大幅な輻較の緩和、送
受信器数の削減など、設備費の低廉化、保守点検の容易
化などのすぐれた利点をうけながら多点計測を行うこと
ができ、しかも光ファイバにより光パルスの到達時間差
が設定されるため、動作が確実である。

しかしこの方法における電流の検出は光パルスがセンサ
に到達した時刻に行われるため、同一時刻の検出を行う
ことができない。従って例えば送電線の２点において故
障電流の瞬時値を検出して比較し、その結果により保護
リレーを動作させて線路遮断を行う場合のように、同一
時刻における複数点の電流瞬時値の同時検出の要求に応
えることができない。例えば現在使用されているデジタ
ル保護リレーでは５０〜６０ＢＫの交流電流の１サイク
ル当たり１２回サンプリングすることが行われているが
、この場合サンプリング時刻誤差を数１０μｓｅｃ以下
に抑えることが要求される。しかし例えばサンセＳ１と
Ｓｎ間の光ファイバ線路の長さしが１０００ｍであった
場合、光パルスが各センサに到達する時刻には最大５μ
ｓｅｃ往復で１０μｓｅｃの無視できない時間差を発生
する。また逆に長さしが短くなった場合には遅延時間差
は小となるが、この場合には光受信器での光パルスの重
なりを防ぐため、光パルスの幅を小として光受信器の帯
域を広げる必要がある。従って光受信器のＳＮ比の低下
を招いて測定精度を悪化させる。従って従来の多点計測
方法では同時検出の要求に応えることができにく　い。

（発明の目的） 本発明は各センサにおける計測量の検出を高い同時性を
得ながら行いうる、光ファイバのパルス伝播遅延時間差
を利用した新しい多点計測方法を提供し、送電線の保護
継電方式などにおいて要求される電流電圧などの同時検
出を可能としたものである。

（問題点を解決するための本発明の手段）第３図は本発
明の原理説明図であって、その特徴とするところは次の
点にある。

■　光分岐器ＣＡ、ＣＢを例えば３個の光応用電流セン
サＳ］、、Ｓ２．Ｓ３からほぼ等距離の点に設けて、光
分岐器ＣＡとセンサＳ１．、Ｓ２．Ｓ３の光入力端とを
同一長さの往路光ファイバ線路Ａ】Ａ２．Ａ３により結
ぶと共に、電気所建屋ＥＨ内などに設けた光送信器Ｏ８
と光分岐器ＣＡとを往路共通光ファイバ線路ＡＯにより
結ぶ。そしてこれにより光送信器Ｏ８からの第４図（ａ
）の光パルスＰ０が光分岐器ＣＡにおいて第４図（ｂ）
のように３個に分岐されてそれぞれセンサ５ＬＳ２、Ｓ
３に同時に到達するように構成して、各センサにおいて
同一時刻に検出が行われるようにする。

■　光分岐器ＣＢと各センサＳ１．，３２．Ｓ３の光出
力端とをそれぞれ長さの異なる光ファイバ線路、例えば
同一長さの復路光ファイバ線路Ｂｌ、８２Ｂ３と、これ
と直列に接続された長さの異なる復路遅延用光ファイバ
線路ＤＩ、Ｄ２．Ｄ３を用いて結ぶと共に、光分岐器Ｃ
Ｂと電気所建屋ＥＨ内に設けた光受信器ＯＲとを復路共
通光ファイバ線路ＢＯ例えば前記ＡＯと同一長さの光フ
ァイバ線路により結ぶ。

そして復路の光ファイバ線路の長さに対応した遅延時間
差をもつ、センサＳｌ、Ｓ２．Ｓ３からの光パルスＰ＋
、Ｐｚ、Ｐ３が光分岐器ＣＢに順次到達し、第４図（Ｃ
）のように光パルス列となって復路共通光ファイバ線路
ＢＯを通って光受信器ＯＲに戻るように構成して、Ｓｉ
、Ｓ２，３３からの光パルスを時間的に分離してそれぞ
れ別個に計測しうるようにしたものである。

（適用例） 第５図は変電所の甲、乙母線ＢＴＩ　とＢＴ２の各相電
流と、断路器ＯＢと遮断器ＣＢを介して母線から引出さ
れた、６６ＫＶ送電線ＥＬの各相電流の同時計測におけ
る本発明の適用例である。図においてＣＰｔＪは中央処
理装置、Ｍは電気所建屋ＥＨ内に設けられた計測ユニッ
トで次の各部から形成される。０はパルス発振器、Ｏ３
は発光ダイオードや半導体レーザなどの発光素子により
形成された光送信器で、中央処理装置ＣＰＵからの指令
に基づき動作するパルス発振器Ｏの出力を受けて光パル
ス信号Ｐ０を送出する。ＯＲは光受信器であって、例え
ばアバランシェホトダイオードのような受光素子などに
よって形成され、受信した光パルスを電気信号に変換す
るものである。上記発光素子は高山ノｊのもの、受光素
子は高感度のものの使用が望ましい。Ａは増幅器、Ａ／
Ｄは高速のアナログ・デジタル変換器、ＭＷは波形メモ
リ、ＰＲは前処理部であって、アナログ・デジタル変換
器Ａ／Ｄはパルス発振器Ｏからのトリガ信号Ｐ。

により、光送信器Ｏ３による光パルスＰ０の送信と同期
して受信光パルス列のアナログ・デジタル変換を開始し
、その結果は波形メモリＭＷに一旦記憶されたのち前処
理部ＰＲに転送されて電流値への変換が行われる。そし
てその結果は中央処理装置ＣＰＵに転送されて所要の制
御動作が行われる。

次にＡＯ，ＢＯは往および復路共通光ファイバ線路で、
その要求される性能としては伝送損失３ｄＢ／ｌａｉ以
下、伝送帯域３０ＭＨｚ以上を満足すればよいので、以
下に述べる各光ファイバ線路復路遅延用光ファイバ線路
を含めて光通信などに使用されている一般の光ファイバ
が用いられる。ＣＡ、ＣＢは光分岐器、Ａｌ、　Ａ２．
　Ａ３．〜Ａ９は同一長さの往路光ファイバ線路であっ
て、光パルスは光ファイバ中を２００ｍ／μｓｅｃの速
度で伝播するので、各光性路ファイバ長は約２０ｍの誤
差精度で調節されればよい。このようにすれば各センサ
におけるザンブリング時刻精度を０．１μｓｅｃ以下に
することができ、前記デジタル保護リレーにおける所要
サンプリング精度（数１０μ５ｅｃ）と比較して殆ど無
視できる値にすることができる。次にＳｌ、Ｓ２．〜Ｓ
９は光応用電流センサであって、このうちＳｌ、、Ｓ２
、Ｓ３は６６ＫＶ送電線ＥＬの各相電流のセンサ、Ｓ４
、Ｓ５，３６および３７．３８．Ｓ９は甲および乙母線
の各相電流のセンサである。Ｂ１．、Ｂ２．〜Ｂ９はそ
れぞれ同一の長さの復路光ファイバ線路、Ｂ１．Ｏは光
分岐器ＣＡ、ＣＢ間を直接結ぶ短い光ファイバ線路、Ｄ
ｉ、Ｄ２、〜Ｄ９は復路遅延用光ファイバであって、例
えば送信光パルスの時間幅を０．２５μｓｅｃとしたと
き各遅延用光ファイバＤｉ、Ｄ２．〜Ｄ９（７）長さを
１００ｍから９００　ｍまで１００ｍ毎に異なる長さと
することにより、各センサＳｌ、　３２．３３〜Ｓ９か
らの光パルスをＱ、５７１ｓｅｃ宛遅らせて光分岐器Ｃ
Ｂ’　に加えることができる。従って各光パルスが時間
的に重なることがなく参照光用光パルスＰ、。を含む１
０個のパルスからなるパルス列となって光受信器ＯＲに
加えられる。

なお復路遅延用光ファイバの長さが短すぎると送信光パ
ルスの時間幅を短くし、光受信器ＯＲの受光素子の帯域
を広げる必要があるので、例えば第６図のようにＳＮ比
の低下を生じて測定誤差を大とする。また逆に長すぎて
も伝送損失の増大により光パルスのレベルを小さくして
測定誤差の増大を招く。従って適切な長さに選定する必
要がある。なお図では遅延用光ファイバＤＩ、Ｄ２．〜
Ｄ９、参照光用光ファイバＢＩＯ１光分岐器ＣＡ、ＣＢ
を１個のケース内に収容して電気所構内に設置する場合
を示している。（勿論ケース内には電源や電気回路は含
まず、光回路のみで構成される）以上本発明を電流の計
測について説明したが、光応用電圧センサその他光を応
用したセンサを用いることにより各種計ｆＭ量の多点計
測方法による同時計測を行いうる。また同一変電所構内
に複数組の多点計測システムがあり、すべてのシステム
において同一時刻における計測量を得たい場合には、例
えば第５図中に示すシステムＭ、Ｍ１．Ｍｎを中央制御
装置ＣＰＵにより制御して、各システムの光送信器の間
で送信タイミングを調整すればよい。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように本発明によれば、光ケー
ブル数の削減、これにもとづく光ファイバの輻較化の防
止などによる設備費の低減、保守点検の容易化、誘導雑
音による障害防止などの各種の利点を有する光ファイバ
による多点計測方法を用いて、例えば電力系統その他の
電気回路の保護継電方式において必要とされる電流電圧
の同時計測を行うことができる。

しかも本発明においては光ファイバ線路によってのみ検
出時刻が調整されるため、高い同時性が確保される。従
って従来の光ファイバ線路、計測システムなどを各セン
サ毎に設けて多点計測するものに比べて、簡素化された
システムにより確実な保護継電システムなどの実現が可
能となるすぐれた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は従来方法の説明図、第３図。 第４図は本発明の原理説明図、第５図、第６図は本発明
の詳細な説明図である。 Ｅ　Ｌ　−・・送電線、　ＳＬ、Ｓ２．〜Ｓ９．Ｓｎ　
−光応用電流センサ、　ＣＡ、ＣＢ・・・光分岐器、Ａ
Ｏ・・・往路共通光ファイバ線路、　ＢＯ・・・復路共
通光ファイバ線路、　Ｏ８・・・光送信器、Ａ１゜Ａ２
．Ａ３〜Ａ９・・・往路光ファイバ線路、Ｂｌ、Ｂ２，
８３〜Ｂ９・・・復路光ファイバ線路、ＢＩＯ・・・参
照光用光ファイバ、 ＤＩ、Ｄ２．Ｄ３〜Ｄ９・・・復路遅延用光ファイバ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）一本の往路共通光ファイバ線路により送られた光
   送信器からの１個の光パルスを光応用センサ数に対応す
   る数の同一長さの往路光ファイバ線路により分岐して前
   記各光応用センサに加え、かつ前記各光応用センサから
   の出力光をそれぞれ異なる長さの復路光ファイバ線路を
   介して一本の復路共通光ファイバ線路により結合して１
   つの光受信器に加えることにより、各センサにおける被
   計測量の検出を同一時刻とすると共に、前記各光応用セ
   ンサからの各光パルスを時間的に分離して取得するよう
   にしたことを特徴とする光応用多点同時計測方法。