JPH0269671A

JPH0269671A - 光変流器

Info

Publication number: JPH0269671A
Application number: JP63220516A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Sawa; 沢　武司; Kiyoshi Kurosawa; 潔黒澤; Hiroshi Murase; 洋村瀬; Hitoshi Okubo; 仁大久保; Masanobu Satoyoshi; 里吉　正信; Toru Uenishi; 徹上西; Takashi Nakajima; 高中嶋; Shigeru Takahashi; 茂高橋
Original assignee: Toshiba Corp; Tokyo Electric Power Co Inc
Current assignee: Toshiba Corp; Tokyo Electric Power Co Holdings Inc
Priority date: 1988-09-05
Filing date: 1988-09-05
Publication date: 1990-03-08

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は高い精度および高信頼性を要求される電流測定
に好適な構造を有する光変流器に関する。

（従来の技術）従来、大電流測定装置としては計測用変流器すなわちＣ
Ｔが主として使われているが、大型、高価、過渡電流波
形の変歪などの欠点があった。そこで、近年、これに代
わり、ファラデー効果材を用いて光学的に電流を測定す
る方式が注目されている。このような電流測定器は、小
型で過渡電流波形も忠実に再現できるという利点を有す
る。例えば、特開昭５８−１５３１７４号に示されるよ
うに、導体を直交状態でファラデー効果材の中心部に内
挿させて、光を導体の周囲を一回転させることにより、
他相の電流による磁界の誤差を除く方法が提案されてい
る。このような光変流器において、偏光子、検光子、光
フアイバ一端面部はファラデー効果材近傍の高圧側に設
置され、光ファイバーにより光を低圧側に導く方法がと
られていた。しかし、この方法においては、高圧側に精
密な空間的配置を必要とする光学的部品を設置する必要
があり、構造的に高圧側が大きくなってしまうことや、
電流通電時の導体の発熱の影響で光学部品が高温にさら
されたり、非通電時には常温にもどったりして大きな温
度変化を経験し、長期的信頼性に難点があった。

（発明が解決しようとする課題）そこで、偏光子、検光子、レンズ、光フアイバ一端面部
などをヘッドケースに収納した光学ヘッドを接地電位側
に設置し、光は絶縁ガス中を伝ぱんさせる方法が新らた
に考案された。しかし導体に暖められた絶縁ガスによる
かげろう現象によって光軸がゆらぐ現象は従来考慮され
なかった。

一般に、気体の屈折率は１に近い値であるが、温度変化
や圧力変化によりわずかながら変化することが知られて
いる。この気体の屈折率の標準状態からの変化△ｎは次
式で表わすことができる。

ただし、　Ａは分子屈折力、Ｎ、はアボガドロ数。

Ｎは単位体積中の分子数を表わしており、分子屈折力Ａ
は気体の種類により異なる各気体固有の値で、空気では
４．６であり、電力用に用いられている絶縁性ガスであ
るＳＦ、ガスでは１２．４８となりＳＦＧガスが空気よ
り２．９倍の屈折率変化を生じ、　同一ガス圧状態では
２．９倍のゆらぎが発生することが予想される。また、
■式のＮはガス圧に比例するので、ゆらぎの程度も圧力
に比例することが予想できる。ところが、実際の実験で
は、第２図に示すように、ＳＦＧガスでは、ガス圧に対
して指数関数的にゆらぎの程度、すなわち出力変動の程
度が増加している。■式で示した式による影響の他に、
ＳＦ、ガスの有する粘性や熱伝導率を考慮した根本的な
対策が必要であることがわがった。

本発明の目的とするところは、被測定導体が高温の場合
でも高精度で、しかも高い信頼性を有する光変流器を提
供することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段および作用）本発明は、フ
ァラデー効果材収納部、光ビームの伝ばん部分、光学ヘ
ッド収納部を真空に保つことを特徴とする。

これにより光路が真空に保たれているため、かげろう現
象が全く現われず、出力ゆらぎのない高精度な測定が可
能となる。

また、別の発明は変流器装置内部を気密に保ち、この内
部空間を３個の空間に分割することを特徴としている。

これにより絶縁ガスの大きな対流を効果的に抑えること
ができる。

更に別の発明では、ファラデー効果材を収納するととも
に電気的シールドも兼ねている収納ケースを金網状とし
たことを特徴とする。

このようにすると光路が暖められた絶縁ガスが光学ヘッ
ドの方へ流れ込んでいくことがなくかげろう現象が全く
現われず、出力ゆらぎのない高精度な測定が可能となる
６更にまた別の発明では被測定導体とファラデー効果材も
しくは、被測定導体と収納ケースの間に間隙を有し、か
つ、ファラデー効果材と収納ケースにはさまれた空間の
容積を必要最少限とし、絶縁筒内部空間と、前記被測定
導体とファラデー効果材もしくは収納ケースの間の間隙
を絶縁ガスが対流できない構造としたことを特徴とする
。

このようにすると被測定導体とファラデー効果材および
収納ケース間し二間隙を設けることにより、被測定導体
の熱がファラデー効果材および収納ケースに伝わりに＜
＜、この部分の温度上昇が少なく、絶縁ガスとの温度差
が小さくなり、絶縁ガスの対流が少なくなると同時に、
対流を抑える構造により、相剰効果的にかげろう現象を
抑えることができる。

（実施例）以下本発明の一実施例を図面を参照して説明する。第１
図においてファラデー効果材１は被測定導体２の周囲に
位置するように電気的シールドを兼ねる収納ケース３内
に固定されている。収納ケース３は絶縁スペーサ４によ
り保持され、絶縁スペーサ４の他端部は接地タンク２３
に固定したフランジ６に接続されている。また偏光子８
、検光子９、レンズ１０．１１、光フアイバ一端面１２
．１３を収納する光学ヘッド５は、絶縁スペーサ４に接
続されているフランジ６に固定された保持金具７に固定
されている。

ファラデー効果材１を収納している収納ケース３内の空
間１４、光ビーム２１ａ、　２１ｂの通路となる絶縁ス
ペーサ４内の空間１５および光学ヘッド５、光フアイバ
一端部１２．１３を収納している空間１６は接続されて
おり、これら３空間１４．１５．１６は、接地タンク内
空間２４および外気に対して気密を保持しており、真空
に保たれている。

このように構成すると光路にガスが存在しないため、か
げろう現象を完全に除去することができる。すなわち、
第２図に示すように、出力ゆらぎを、　ガス圧が３．５
気圧とした場合の１７２００にできる。また、ファラデ
ー効果材１や、偏光子８、検光子９、レンズｔｏ、　１
１などの光学素子を構成するガラスが分解ガスと反応し
て品質低下を起こすこともない。また、ガス圧によるフ
ァラデー効果材１への機械的応力の印加がなく、複屈折
の影響を除去できる。

次に別の関連発明について説明する。

第３図においてファラデー効果材１の中心部には、被測
定導体２が内挿されている。ファラデー効果材１はシー
ルド３の内部に設置され、絶縁スペーサ４によって保持
されている。光学ヘッド５は、絶縁スペーサ４を保持し
ているフランジ６に取付けられた保持金具７上に設置さ
れ、偏光子８゜検光子９、レンズ１０．１１、光フアイ
バ一端部１２゜１３を収納している。ファラデー効果材
１を収納する空間１４、光ビーム２１が空間伝送する絶
縁スペーサ４内の絶縁を保持する空間１５、光学ヘッド
５が設置される空間１６は互いに、仕切り部材１７．１
８゜１９、２０によって区切られている。これらの空間
１４゜１５、１６内には例えばＳＦ、ガスのような絶縁
ガスが封入され、大気２２と気密を保っているのみなら
ず、接地タンク２３内部に充てんされた同一の絶縁ガス
空間に対しても気密を保っている。ただし、空間１４、
１５．１６と空間２４には同一の絶縁ガスがほぼ同一圧
力で充てんされている。各空間１４．１５．１６間は気
密状態ではなく、仕切り部材１７．１８．１９．２０の
接続面の微少な間隙によりそれぞれの部屋のガス圧力は
常に同一圧力となるようにする。仕切り部材１７．１８
．１９．２０はプラスチックなどの熱伝導率の低い材料
により構成する。

このように構成すると収納ケース３は、ファラデー効果
材１を収納すると同時に、高電圧シールドの役割をも果
たしている。したがって収納ケース３は金属で構成され
導体２に接続されている。

このように空間１４は周囲を熱の良導体である金属で囲
まれ、中心部に発熱体である導体２が位置するため、内
部の絶縁ガスは急速に加熱される。

方、空間１６は接地タンクなる金属に囲まれ、接地タン
クは外気と接触しているため、内部の絶縁ガスは大気の
温度に近くなり、前記の空間１４内の絶縁ガス温度に比
べるとかなり低い温度となる。仕切り部材１７．１８．
１９．２０はこれら温度差の大きい再給縁ガスが対流を
起こし、絶縁スペーサ４内部の空間１５で、絶縁ガスの
空間的密度変化を起こさないようにして、光軸２１が曲
がるのを防止している。一般に、絶縁スペーサ４は、電
気的絶縁物で構成されるため、熱的にみれば断熱材とみ
ることができる。仕切り部材１７．１８．１９．２０も
断熱材により構成されているため、部Ｍ１５は一部を除
き、断熱材で囲まれることになり、その内部の絶縁ガス
が急激に暖められたり、冷やされたりすることはなく、
絶縁ガスの密度は一定に保たれるため、光軸２１が曲げ
られることは少ない。空間１／Ｉ、　１５゜１６は気密
が保たれているためアーク放電や部分放電により形成さ
れた分解ガスが侵入することなく常に新鮮な絶縁ガスが
充てんされており、ファラデー効果材１や光学部品８　
、９　、１０．１１．１２．１３を形成するガラスが分
解ガスに腐食されることはない。

それぞれの空間１４．１５．１６は微小間隙によって接
続されているため、ガス充気のための作業は３空間同時
に実施可能となり便利である。

また本発明は第４図に示すように、空間１５内面に露出
している金属面を断熱材２５．２６．２７で被服するこ
とによってさらに大きな効果が期待できる。

また、第５図に示すように、光軸を囲むように断熱性の
よい部材から構成される絶縁筒２８をｆｆｆｆ１！して
１部屋１５を形成しても大きな効果が得られる。

次に更に別の関連発明について説明する。

第６図においてファラデー効果材１は被測定導体２の周
囲に位置するように電気的シールドを兼ねる収納ケース
３内に固定されている。収納ケース３は絶縁スペーサ４
により保持され、絶縁スペーサ４の他端部は接地タンク
２３に固定したフランジ６に接続されている。また、偏
光子８、検光子９、レンズ１０．１１、光フアイバ一端
面１２．１３を収納する光学ヘッド５は、絶縁スペーサ
４に接続されているフランジ６に固定された保持金具７
に固定されている。

更に、前記収納ケース３は金網で構成されている。この
収納ケース３内の空間１４、光ビーム２１ａ。

２１ｂの通路となる絶縁スペーサ４内の空間１５、およ
び前記光学ヘッド５を収納している空間１６は、前記金
網状の収納ケース３を介して、接地タンク２３内の空間
２４と通気が保たれている。

このように構成すると被測定導体２の通電により暖めら
れた絶縁ガスは、前記収納ケース３が金網であるため、
この収納ケース３内の空間１４にとどまったり、あるい
は光学ヘッド５がファラデー効果材１よりも位置的に高
く取りつけられているような場合でも、絶縁スペーサ４
内を通って光学ヘッド５の方に流れ込んでくることがな
い。

すなわち、暖められたガスは、収納ケース３の金網を介
して接地タンク２３内の空間２４に流れることになり、
光ビーム２１ａ、　２１ｂを横切ることがなくなる。こ
のため、かげろう現象がなくなり、光軸のゆらぎがなく
なる。

更に、収納ケース３内の温度は、金網となっていない従
来例に比べて大巾に低下する。このことは、もちろんフ
ァラデー効果材の雰囲気の温度が低下することになり、
温度特性の面からも極めて有利となる。いいかえると、
被測定導体の通電電流を増加することができる。

次に更にまた別の関連発明について説明する。

第７図においてファラデー効果材１の中心部には、被測
定導体２が内挿されている。ファラデー効果材１は電気
的シールドを兼ねる収納ケース３の内部に設置され、絶
縁スペーサ４によって保持されている。光学ヘッド５は
、絶縁スペーサ４を保持しているフランジ６に取付けら
れた保持金具７の上に設置され、偏光子８、検光子９、
レンズ１０、１１、光フアイバ一端部１２．１３を収納
している。

本発明においては第８図に示すようにファラデー効果材
１と被測定導体２との間および収納ケース３と被測定導
体２との間には間［２９が形成されており、収納ケース
３の電位は、電気的接続金具３０によって、被測定導体
２の電位と同一にしている。

ファラデー効果材１と収納ケース３の間には、パツキン
３１が設置され、間隙２９と空間１５をガスの対流が発
生しないようにしている。

ユ９このように構成すると間隙基は、被測定導体２からファ
ラデー効果材１および収納ケース３に伝わる熱量を小さ
くシ、被測定導体２の温度上昇に対して、ファラデー効
果材１と収納ケース３の温度上昇を小さく保つ。また、
パツキン３１による間隙２９と空間１５のガス出入の防
止は、間隙２９の熱いガス空間１５に侵入し、大きな対
流が発生するのを防止している。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、かげろう現象に起因する
出力のゆらぎをなくすことができ被測定導体が高温の場
合でも高精度でしかし高い信頼性を光変流器を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図は光変
流器における出力ゆらぎと封入ガス圧との関係を示すグ
ラフ、第３図は別の関連発明を示す断面図、第４図及び
第５図は別の関連発明の他の実施例を示す断面図、第６
図は更に別の関連発明を示す断面図、第７図は更にまた
別の関連発明を示す断面図、第８図は第７図の要部拡大
断面図である。１・・・ファラデー効果材　　２・・・被測定導体３・
・・収納ケース　　　４・・・絶縁スペーサ５・・・光
学ヘッド　　　６・・・フランジ７・・・保持金具　　
　　８・・・偏光子９・・・検光子　　　　　１０．１
１・・・レンズ１２、１３・・・光フアイバ一端部１４、１５．１６・・・区画された部屋１７、１８．１
９．２０・・・仕切り部材２１、２１ａ、　２１ｂ−光
ビーム　　２２　・・・大気２３・・・タンク　　２４
・・・タンク内絶縁ガス空間２５、２６．２７・・・断
熱材　　２８・・絶縁筒２９・・・間隙　　　　　　３
０・・・電気的接続金具３１・・・パツキン代理人　弁理士　則　近　憲　佑同　　第子丸　健第１図第図第図第図第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）被測定導体をファラデー効果材の中心部に内挿し
、光学ヘッドを接地電位に設置し、前記光学ヘッドから
射出した光を電気絶縁を保持している空間部を伝ぱんし
て前記ファラデー効果材に入射し、反射を繰り返して前
記被測定導体の周囲を少なくとも一周した後、再び前記
空間部を伝ぱんさせ前記光学ヘッドに受光することによ
って、前記被測定導体に流れる電流を、ファラデー回転
角に基づいて測定する光変流器において、前記ファラデ
ー効果材を収納する空間、電気絶縁を保持し光が伝ぱん
する空間、前記光学ヘッドを収納する空間を真空に保つ
ことを特徴とする光変流器。
（２）被測定導体をファラデー効果材の中心部に内挿し
、光学ヘッドを接地電位に設置し、前記光学ヘッドから
出射した光を電気絶縁を保持している空間部を伝ぱんし
て前記ファラデー効果材に入射し、反射を繰り返して前
記被測定導体の周囲を少なくとも一周した後、再び前記
空間部を伝ぱんさせ前記光学ヘッドに受光することによ
って、前記被測定導体に流れる電流を、ファラデー回転
角に基づいて測定する光変流器において、前記光学ヘッ
ド収納部、光の絶縁ガス中伝ぱん部、ファラデー効果材
収納部はそれぞれ構造物により区切られ絶縁性ガスが充
てんされた３個の部屋を構成することを特徴とする光変
流器。
（３）被測定導体をファラデー効果材の中心部に内挿し
、光学ヘッドを接地電位に設置し、前記光学ヘッドから
出射した光を電気絶縁を保持している空間部を伝ぱんし
て前記ファラデー効果材に入射し、反射を繰り返して前
記被測定導体の周囲を少なくとも一周した後、再び前記
空間部を伝ぱんさせ前記光学ヘッドに受光することによ
って、前記被測定導体に流れる電流を、ファラデー回転
角に基づいて測定する光変流器において、前記ファラデ
ー効果材を収納するための収納ケースが金網となってい
ることを特徴とする光変流器。
（４）被測定導体をファラデー効果材の中心部に内挿し
、光学ヘッドを接地電位に設置し、前記光学ヘッドから
出射した光を電気絶縁を保持している空間部を伝ぱんし
て前記ファラデー効果材に入射し、反射を繰り返して前
記被測定導体の周囲を少なくとも一周した後、再び前記
空間部を伝ぱんさせ前記光学ヘッドに受光することによ
って、前記被測定導体に流れる電流を、ファラデー回転
角に基づいて測定する光変流器において、前記ファラデ
ー効果材は、アルミニウムなどの金属から成る収納ケー
ス内に設置され、前記収納ケースは絶縁筒の一端に固定
され、前記絶縁筒の他端は接地電位構造物に固定され、
前記被測定導体と、前記ファラデー効果材および前記収
納ケース間には間隙を設け、かつ前記絶縁筒の内部空間
と、前記間隙の間にはガスの対流を生じないようにした
ことを特徴とする光変流器。