JPH0511269B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明はフアラデー効果利用の光学的磁界セン
サを用いた送電線用フオールトロケータに関する
ものである。

［背景技術］ 第１図イにフアラデー効果を利用した光学的磁
界センサの説明図、同ロに前記光学的磁界センサ
による測定系を示す。

１はBSO単結晶よりなるフアラデー効果利用
の光学式磁界センサを示す。矢印で示す光は偏光
子２により、直線偏光となり、この偏光した光を
BSO単結晶中に入射させる。大きな矢印は磁界
方向を示すが、光の進行方向と同一方向に磁界Ｈ
を加えると、光は磁界の強度に比例して、光の偏
光面が回転する。この偏光が偏光子３とπ／４の
角度を成す検光子４を通過すると磁界の強度に応
じて光の強度が変わる。ここで、磁界がHosinωt
であらわせる交番磁界の場合、前記センサの光透
過率Ｔは次式であらわされる。

Ｔ＝１／２（１＋2VeHosinωt・ｌ） ……(1) 但し Ve：ベルデ定数 ｌ ：光路長 前式中１は透過光の直流成分、2VeHosinωt・
ｌは交流成分である。

第１図ロの測定系において、５は光フアイバ、
６は発光素子、７は受光素子、８は信号処理部、
９はメータを示すが、発光素子６よりの光は光フ
アイバ５を経て前記光学的磁界センサ１に入力さ
れ、磁界によつて変調を受けた透過光は、光フア
イバ５を経て受光素子７に入力され、信号処理部
８に入力され、最終的にメータ９に、例えば磁界
発生の原因となつた電流を示すことになる。

この場合、具体的には、(1)式における直流成分
と交流成分の比率、つまり透過光に変調の深さを
求めることにより磁界の強さ、すなわち電流の大
きさを求めており、このため交流成分を直流成分
で割算する処理が信号処理部８で行われる。

一方、本出願人は特願昭58−120735号（特開昭
60−13262号）「管路気中送電線用区間判別フオー
ルトロケータ」との名称のもとに、フアラデー効
果を利用した光学式磁界センサを用い、管路気中
送電線の各区間において、地絡事故が監視区間内
に生じたか、他区間で生じたかを判別することが
できる監視装置を提案した。

［問題点］ 前記提案の装置において、用いる光学式磁界セ
ンサについては、具体的に示していないが、前記
説明の光学式磁界センサが適用されるとして、定
められた送電線監視区間の両端に、この光学式磁
界センサが配置され、両光学式磁界センサよりの
出力信号中の交流成分を直流成分で割算するよう
な手段を採らないで、差動回路に入力して地絡区
間を判別するものとすると、この光学式磁界セン
サ系に故障があつた場合も、監視区間内に事故が
あつたとして警報を発することがあり、磁界セン
サ系の故障と地絡事故の識別は不可能である。

［発明の開示］ 本発明の前述のような監視区間内における地絡
事故の検出と光学式磁界センサ系の故障とを明確
に識別することができる送電用フオールトロケー
タを提供するものであり、特にフオールトロケー
タに使用される光学式磁界センサ系を改善して、
この磁界センサ系が故障の場合は、自己診断によ
り別途故障を表示できるように構成したものであ
る。

ここでまず本発明が適用される送電線フオール
トロケータシステムの概略を第２図によつて説明
する。

図において、１０は管路気中送電線の一区間
を、一相分について示しているが、適用される対
象線路は管路気中送電線でなくとも、架空あるい
は地中送電線でもよい。ＡおよびＢは監視する区
間地点を示し、このような監視区間が複数区分し
て設定される。各区分地点における導体電流影響
下で、例えば管路気中送電線の場合、シースに
BSO磁界センサ１１，１１′が配置される。この
磁界センサを含む磁界センサ系において、１２，
１２′は光−電気変換ユニツトであり、前記BSO
磁界センサ１１，１１′に光を送る発光素子と
BSO磁界センサ１１，１１′より透過光を光−電
気変換する受光素子が内蔵され、それぞれBSO
磁界センサ１１，１１′との間を２本の光フアイ
バ１５で、光学式に接続している。なお、両光学
式磁界センサ１１，１１′を含むセンサ系には同
一特性のものが用いられる。

両受光素子よりの電流出力は差動回路１３に入
力され、更に差動回路１３の出力は比較器１４に
入力される。

管路気中送電線は中心導体と金属製シースとの
間を絶縁スペーサで保持し、中心導体と金属シー
スによる空間内に絶縁性ガス、例えばSF₆ガスを
充填して構成したものである。

このような管路気中送電線では、シースソリツ
ドボンドで使用されるため、通常シース（導体）
に導体電流と逆方向にほぼ同じ大きさの電流が流
れる。従つて管路気中送電線の場合は、図示のよ
うに光学式磁界センサをシース（導体）に近接配
置するが、図示していないが、導体自体に近接し
て配置する。また架空、地中送電線の場合は導体
自体に近接して配置する。

送電線では保守等を考慮し、第５図イ，ロに示
すように通常２回線以上の運用になつており、電
源Ｓ側、負荷Ｌ側でそれぞれ相互（パラレル）に
接続されている。

今イに示すように、１回線の区間Ａ〜Ｂ間で地
絡事故が発生した場合、電源Ｓ〜１回線〜Ａ点
〜地絡点、電源Ｓ〜２回線〜１回線〜Ｂ点〜地
絡点と矢印方向に電流が流れ、地絡点を境に電流
の向きが逆になる。

このとき、光学式磁界センサ１１と１１′に検
出される電流は180°位相が相違する。

これに対してロに示すように、１回線の区間Ａ
〜Ｂ外で地絡事故が発生した場合、電源Ｓ〜１
回線〜Ａ点〜Ｂ点〜地絡点、電源Ｓ〜２回線〜
１回線〜地絡点と電流が流れるが、前記センサ１
１と１１′によつて検出される電流は同相で大き
さが等しく、このＡ〜Ｂ区間の事故ではないこと
を意味する。

このように、Ａ地点、Ｂ地点を流れる送電電流
は、常時は、大きさ、位相とも同一となり、本例
のように管路気中送電線の場合も同様であり、差
動回路１３よりの出力はない。また区間外地絡の
場合には、電流の大きさ、位相とも同一となる
が、常時の場合に比較し、電流値は大きくなる。
しかし、差動回路１３よりの出力は殆んどない。
これに対してＡ〜Ｂ監視区間内で地絡を生じた場
合には、位相が180°異なり、電流の大きさも常時
より大きくなる。

この場合、差動回路１３を通した交流成分を比
較器１４に設定した地絡値より低く定めた地絡基
準値と比較して、この基準値を越えたときは、監
視区間内の地絡事故と判別する。

このようなシステムにおいて、前記の磁界セン
サ系がセツトされた場合、これが正常に動作すれ
ば、前述のように、区間内の地絡事故のみを検出
することができる。しかし、Ａ，Ｂ地点に取付け
られた一方の磁界センサ系のセンサ自体、光−電
気変換回路、ローパスフイルタ、光フアイバ等が
故障した場合は、区間内で送電が正常の場合で
も、比較器１４より出力があり、この出力信号に
よつてサーキツトブレーカーを誤動させるような
事態を生ずるから、本発明は、前記(1)式における
直流成分、つまり光学式磁界センサより受光素子
まで導かれる透過光を電流値に変換後の直流成分
が常に一定値になるように、発光素子に流れる電
流を制御し、光学式磁界センサ自体、光フアイバ
あるいは発光素子に流れる電流の制御回路の異常
により、前記直流成分を一定値にすることができ
なくなつた場合をセンサ系異常と判別し、これを
表示する機能をもたせたものである。

以下本発明の実施について説明する。

第３図は本発明の磁界センサ系を示す。図にお
いて、１６はBSOよりなるフアラデー効果利用
の光学式磁界センサであり、１７は発光素子、１
８は発光素子駆動回路、１９は受光素子、２０は
光−電気変換回路、２１はローパスフイルタ、２
２はハイパスフイルタである。

光学式磁界センサ１６への光入出力は光フアイ
バ１５の発光素子１７および受光素子１９への接
続で行われる。

光学式磁界センサ１６から光フアイバ１５によ
り受光素子１９に導かれた透過光は光−電気変換
回路２０で電気信号に変換され、その出力はロー
パスフイルタ２１およびハイパスフイルタ２２に
導かれる。この際(1)式における直流成分はローパ
スフイルタ２１より発光素子駆動回路１８に入力
され、ハイパスフイルタ２２よりの出力Ｚは第２
図の差動回路１３の一方に入力する。

発光素子駆動回路１８においては、ローパスフ
イルタ２１よりの直流電流を監視して、常にこの
直流電流が一定値を示すように、発光素子１７を
附勢する。

この場合、光学式磁界センサ系に故障を生ずれ
ば、このセンサを通り、光−電気変換回路２０、
ローパスフイルタ２１より出力した直流成分は設
定されている一定値を保つことができないからこ
れを検出すれば、当該センサ系の事故であること
は直ちに判別できるが、次のような構成を採るこ
ともできる。

第４図はその異状電流検出回路の一例である。
発光素子１７の駆動回路に、電流取出し用抵抗Ｒ
が接続され、発光素子附勢電流Ｉを電圧変換し、
前記抵抗Ｒの両端子間に増幅器Ａと比較器Ｃとを
継続接続し、比較器Ｃにおける基準値設定ボリユ
ームSRで基準電圧Vsを設定する。

発光素子１７を附勢電流Ｉはすでに述べたよう
に、透過光変換による電流中に含まれる直流成分
を一定値に保つためのものであり、通常この電圧
降下分はＶ＝IRである。この電圧降下分Ｖは増
幅器ＡでVo＝−R₂／R₁Ｖと変換され、比較器Ｃの 基準電圧Vsと比較される。前記電圧降下分Ｖが
基準電圧Vsより大きくなつたときは、これを検
出して出力する。

前記基準電圧Vsは、がほぼ一定値にあると
して、Voより若干高い電圧であり、基準電圧Vs
よりIRが大きくなることは直流成分を一定値に
保つことができないことを意味し、センサ系に故
障があるものと判断する。

また、図示していないが、前記直流成分が、光
学式磁界センサ系の異常によつて、定められてい
る一定値に達しない場合も光学式磁界センサ系故
障として検出できるようにする。

このように、光学式磁界センサ系のいずれかに
故障を生じた場合、光−電気変換された透過光中
に含まれる直流成分を一定値にすることができな
くなつた場合をセンサ系異常と判別し、これを表
示する機能をもたせている。

［動作］ 以上説明した構成により、正常送電時、Ａ〜Ｂ
監視区間においては、光学式磁界センサ１１，１
１′の位置において、同相で大きさの等しい電流
を検出して比較器１４より出力はない。

この区間内に地絡事故を生じた場合、第２図に
示すように通常サーキツトブレーカーがトリツプ
したときスイツチＳがオンし、同時に比較器１４
よりも出力があるので、論理回路を介し、事故は
この区間内で発生したと判別する。

また、この区間外に地絡を生じた場合、通常サ
ーキツトブレーカーがトリツプしたときスイツチ
Ｓがオンし、比較器１４よりは出力がないので、
区間外において地絡事故を発生したと判別する。

更に正常送電時において、比較器１４より出力
があつても区間両端に設置されている光学式磁界
センサに故障があつたときは、これを検出するの
で、地絡事故と区別することができる。

［効果］ 以上の説明から理解されるように、フアラデー
効果を利用した区間両端の光学式磁界センサの透
過光を光−電気変換して得られる電流中の直流成
分がそれぞれ常に一定値になるように制御されて
いるので、両センサより出力する交流成分は、そ
れぞれ比較するに正確な値を示し、精度の高い送
電線用フオールトロケータを提供することができ
る。

また、以上説明のように、本発明によれば、フ
アラデー効果を利用した光学式磁界センサを用い
た送電線用フオールトロケータにおいて、定めら
れた区間内における地絡事故の監視をする際、前
記磁界センサ系の故障の自己診断ができ、また、
地絡事故でもないのに、これを表示するような誤
表示が除去することができ、フオールトロケータ
としての信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図イはフアラデー効果利用の光学式磁界セ
ンサの説明図、同ロは前記センサによる検出系を
示す。第２図は本発明が実施される送電線フオー
ルトロケータシステムの概略図である。第３図は
本発明に適用されるフアラデー効果利用の光学式
磁界センサ系を示す。第４図は駆動電流の異状検
出回路を示す。第５図イ，ロはそれぞれ送電線路
の監視区間内と区間外での地絡事故時の事故電流
の方向説明図を示す。 １，１１，１１′，１６……BSO単結晶よりな
るフアラデー効果利用の光学式磁気センサ、２，
３……偏光子、４……検光子、５，１５……光フ
アイバ、６，１７……発光素子、７，１９……受
光素子、８……信号処理部、９……メータ、１０
……管路気中送電線、１２，１２′……光−電気
変換ユニツト、１３……差動回路、１４……比較
器、１８……発光素子駆動回路、２０……光−電
気変換回路、２１……ローパスフイルタ、２２…
…ハイパスフイルタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 送電線の定められた各区間の両端にフアラデ
   ー効果利用の光学式磁界センサをそれぞれ取付け
   て導体電流を検出し、前記両電流を差動回路に入
   力して地絡区間を判別する送電線用フオールトロ
   ケータにおいて、前記光学式磁界センサの透過光
   を光−電気変換した電流中の直流成分が常に一定
   値となるように、前記光学式磁界センサに対する
   発光素子を発光素子駆動回路により附勢すること
   を特徴とする送電線用フオールトロケータ。 ２ 送電線の定められた各区間の両端にフアラデ
   ー効果利用の光学式磁界センサをそれぞれ取付け
   て導体電流を検出し、前記両電流を差動回路に入
   力して地絡区間を判別する送電線用フオールトロ
   ケータにおいて、前記光学式磁界センサの透過光
   を光−電気変換した電流中の直流成分が常に一定
   値となるように、前記光学式磁界センサに対する
   発光素子を発光素子駆動回路により附勢するとと
   もに、前記直流成分を一定値に保つことができな
   いことを検出する回路を設けたことを特徴とする
   送電線用フオールトロケータ。