JPH051424B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は電線を流れる電流の大きさを測定する
装置、より詳細には高圧電線を流れる極めて強い
電流を測定する装置に係る。 特定の環境、特に発電所又は電気化学的分野で
は、電流が極めて大きく且つ大幅に変化し易いた
め従来の測定装置による電流測定は極めて難し
い。このような環境では、高圧、高温、腐食性に
なり得る雰囲気、電磁汚染、又はアクセスし難い
ことなどに起因して、例えばホール効果計器又は
分流器の如き従来の手段では測定が難しく信頼度
も低い。例えば、数十万アンペアの電流を測定す
る場合、分流器タイプの測定装置を使用すると測
定値の正確度が約10％でしかない上に測定装置の
エネルギ損失をも来す。 このような装置を改良すべく、干渉計などに現
われる磁気光学的効果の利用が提案されてきた。
周知の如く、光波が磁界の力線と平行に伝播する
とその磁界は非レシプロ効果即ちフアラデー効果
を光波上に誘発する。 1980年７月23日付米国特許出願第171285号（米
国特許No.4370612号）にこのタイプの光フアイバ
電流測定干渉計が開示されている。 この装置は測定すべき電流が流れる導体の周囲
に巻装された光フアイバと、レーザ光源と、この
レーザ光源から発した光波を分離して光フアイバ
の両端に送り且つこれら両端から出てきた光波を
再結合する手段と、調整可能な基準電流が流れる
導体回路と、光フアイバより送出された２つの光
波の間の干渉状態を表わす信号を供給する検出器
とを備えており、基準電流が光フアイバ内の２つ
の反転波（contrarotating waves）間の位相差
がゼロになるように調整される。この場合この電
流は主導体に流れる測定すべき電流に比例する。 しかし乍ら、電圧が220kV或いは400kVにまで
及ぶような高圧線又は超高圧線に流れる電流を測
定する場合、空中での絶縁間隔は夫々2.5及び
4.5mであり、従つて電流を伝送する導体を一巻
きかそれ以上の干渉測定光フアイバで単に包囲
し、その近傍に可調整基準電流を供給する電子回
路を配置することは不可能である。 本発明の目的は、従来の装置に見られた欠点を
除去することにある。 本発明によれば前記目的は、電線の一つの部位
の外表面を囲繞するように配置された絶縁材料製
の雄型円筒状部材、前記雄型円筒状部材の外周壁
を囲繞するように前記雄型円筒状部材に装着され
た絶縁材料製の雌型円筒状部材、及び該雌型円筒
状部材の周側壁に設けられた穴を備えたヘツド
と、前記ヘツドを支持すべく一端が前記ヘツドの
前記穴に嵌合されており移動しないように配設さ
れた絶縁材料製のサポートと、前記サポートの他
端から前記サポートの内側及びヘツドの前記穴を
介して前記雄型円筒状部材の前記外周壁と前記雌
型円筒状部材の前記周側壁の内側との間へ延伸
し、前記雄型円筒状部材の前記外周壁のまわりに
少なくとも１つの巻を形成し、前記ヘツドの前記
穴及び前記サポートの前記内側を介して前記サポ
ートの前記他端へ延伸すべく前記ヘツド及び前記
サポートの内側に配設された光フアイバと、前記
光フアイバに互いに逆方向に循環する二つの光波
を供給すべく前記光フアイバの両端に結合された
レーザ光源と、前記光フアイバの両端の近傍の前
記光フアイバの外表面のまわりに巻を形成してい
る導体と、前記電線に測定すべき電流が流れてい
るときにフアラデー効果によつて互いに逆方向に
循環する前記二つの光波の間に誘起される位相差
をなくす他の電流を前記導体に給電する電流発生
器と、前記導体に給電された前記他の電流の大き
さに基づいて前記電線に流れる電流の大きさを測
定する測定手段とを含み、前記雄型円筒状部材の
前記外周壁と前記雌型円筒状部材の前記周側壁の
内側との間には前記光フアイバを固定すべく絶縁
材が充填されている、電線を流れる電流の大きさ
を測定する第１の装置、及び電線の一つの部位の
外表面を囲繞するように配置された絶縁材料製の
環状部材、該環状部材の外周壁に設けられた環状
溝、前記環状部材の外周壁を囲繞するように配置
された絶縁材料製のリング状部材、及び該リング
状部材の周壁に前記環状溝と連通するように設け
られた開口部を有するヘツドと、前記ヘツドを支
持すべく一端が前記ヘツドの前記開口部に嵌装さ
れており移動しないように配設された絶縁材料製
のサポートと、前記サポートの他端から前記サポ
ートの内側及び前記ヘツドの前記開口部を介して
前記ヘツドの前記環状溝へ延伸し、前記環状溝を
規定する前記環状部材の外周壁のまわりに少なく
とも１つの巻を形成し、前記ヘツドの前記開口部
及び前記サポートの前記内側を介して前記サポー
トの前記他端へ延伸すべく前記ヘツド及び前記サ
ポートの内側に配設された光フアイバと、前記光
フアイバに互いに逆方向に循環する二つの光波を
供給すべく前記光フアイバの両端に結合されたレ
ーザ光源と、前記光フアイバの両端の近傍の前記
光フアイバの外表面のまわりに巻を形成している
導体と、前記電線に測定すべき電流が流れている
ときにフアラデー郊果によつて互いに逆方向に循
環する前記二つの光波の間に誘起される位相差を
なくす他の電流を前記導体に給電する電流発生器
と、前記導体に給電された前記他の電流の大きさ
に基づいて前記電線に流れる電流の大きさを測定
する測定手段とを含み、前記環状部材の環状溝に
は前記光フアイバを固定するように絶縁材が充填
されている、電線を流れる電流の大きさを測定す
る第２の装置によつて達成される。 本発明の第１の装置においては、サポートが移
動しないように配設されており、光フアイバが電
線の一つの部位の外表面を囲繞するように配置さ
れた雄型円筒状部材の外周壁のまわりに少なくと
も一つのまきを形成し、ヘツド及びサポートの内
側に配設されており、電流発生器が光フアイバの
両端近傍の外表面のまわりに巻きを形成する導体
に、光フアイバ内を互いに逆方向に循環する二つ
の光波の間に誘起される位相差をなくす他の電流
を給電し、測定手段が導体回路に給電された他の
電流の大きさに基づいて電線に流れる電流の大き
さを測定し、かつ雄型円筒状部材の外周壁と雌型
円筒状部材の周側壁の内側との間には光フアイバ
を固定する絶縁材が充填されているので、光フア
イバを雄型円筒状部材の外周壁のまわりに強固に
固定し得、風等により電線と光フアイバとの間隔
の変動によつて電線を流れる電流に起因する光フ
アイバ中を流れる二つの光波に作用する磁界の強
さが変化し、該変化によつて二つの光波の間に誘
起される位相差が変動することを防止し得、電線
に流れる高圧電流の大きさを絶縁性を維持しなが
ら安定して測定し得る。 又、本発明の第２の装置においては、サポート
が移動しないように配設されており、環状部材が
電線の一つの部位の外表面を囲繞し、光フアイバ
が環状部材に設けられた環状溝を規定する環状部
材の外周壁のまわりに少なくとも一つの巻きを形
成し、ヘツド及びサポートの内側に配設されてお
り、電流発生器が光フアイバの両端近傍の外表面
のまわりに巻きを形成する導体に、光フアイバ内
を互いに逆方向に循環する二つの光波の間に誘起
される位相差をなくす他の電流を給電し、測定手
段が導体回路に給電された他の電流の大きさに基
づいて電線に流れる電流の大きさを測定し、かつ
環状溝には光フアイバを固定する絶縁材が充填さ
れているので、光フアイバを環状部材の環状溝に
確実にかつ強固に固定し得、風等により電線と光
フアイバとの間隔の変動によつて電線を流れる電
流に起因する光フアイバ中を流れる二つの光波に
作用する磁界の強さが変化し、該変化によつて二
つの光波の間に誘起される位相差が変動すること
を防止し得、電線を流れる電流に起因する光フア
イバ中を流れる二つの光波に作用する磁界の強さ
が小さくても電線に流れる高圧電流の大きさを絶
縁性を維持しながら安定して測定し得る。 本発明の装置の実施例は、アース電位より高い
電位をもつ送電線に流れる電流を測定するための
装置である。この装置は互に逆行する２つの光波
が循環する光フアイバを備えた干渉計的測定手段
と、光学的電子回路と、基準電流を生成する電流
発生器とを含み、測定すべき電流がフアラデー効
果によつて光フアイバの両端に出現する２つの光
波の間に第１位相ズレを誘発し、この第位相ズレ
に比例する電気制御信号を光学的電子回路が生成
する。電流発生器はフアラデー効果により光フア
イバ両端の２つの光波の間に第２位相ズレをもた
らす導体に電流を供給する。この場合第２位相ズ
レは位相差を結局ゼロにするような振幅をもつて
第１位相ズレと逆方向に生じる。また、基準電流
は測定すべき電流に直接比例する。該装置は測定
すべき電流が流れる電線上に配置された絶縁材料
製であつて測定用のヘツドを測定すべき電流毎に
備えており、これら各ヘツド毎に絶縁材料製素子
が対応している。該素子には接続路が形成されて
おり、その第１端はヘツドに連通している。該装
置のベースはアース電位にあつて電流発生器を内
蔵しており、絶縁素子に形成された通路の第２端
に接続されている。各干渉計的測定手段の光フア
イバは、ベースから出発して第１方向へ通路を貫
通し、ヘツド内の電線の周囲を少なくとも一巻き
した後再び前記通路を逆方向に貫通してベースに
戻る軌路を描きながら導体を少くとも一巻きして
少くとも１つの閉ループを形成するように配置さ
れている。 以下添付図面に基づいて本発明の実施例をより
詳細に説明する。但、本発明はこれら実施例に制
約されない。 先ず、光フアイバ干渉計を組入れた電流測定装
置の実施例について説明しよう。 第１図において、電線に流れる電流Ｉはその電
線２の周囲に磁界Ｈを誘発する。この電線２を包
囲する媒質内を光波が伝播すると該磁界は磁気光
学的効果によりこの光波の伝播条件に変化をもた
らす。磁界と光波の伝播方向とが平行である場
合、該光波上に生じる磁気光学的効果はフアラデ
ー効果である。この効果は磁界の方向に対する光
波の伝播方向に依存して発生する。 電線２を流れる電流を測定するためにこのフア
ラデー効果を利用する測定装置は電線を包囲する
同一伝播媒質内で互いに逆方向に流れる２つの光
波を使用する。この２つの光波はフアラデー効果
の作用下で互に逆方向に変化する。この逆方向変
化は干渉測定法により検出し得る。 そのため該測定装置には測定すべき電流Ｉが流
れる電線２に巻装された光フアイバ１が組込まれ
ている。この光フアイバ１は１つかそれ以上の巻
きを有し、その両端はいずれもレーザ光源３など
から発した光波を受容する。これら２つの光波は
光フアイバ１内に互に逆方向に循環する。電線２
を流れる電流Ｉはこれらの光波の一方に対しては
その伝播方向と同一の方向に、且つ光波の他方に
対してはこれと逆方向に磁界を発生させる。光フ
アイバ１から出た２つの光波の間には伝播媒質の
フアラデー効果を特徴付けるヴエルデ定数と、電
線２に流れる電流Ｉと（場合により、同一強さの
電流Ｉが流れる電線の数個の分岐部を光フアイバ
が包囲する場合は電線の数ｑも）電線２の周囲の
光フアイバ１の巻数ｍとに依存する位相差Δφが
存在する。 ２つの波の間の位相差を示すべく、該測定装置
は干渉計的構造を有しており、光フアイバ１の両
端から出たこれら２つの反転波が再結合され、こ
れに対応する信号が光検出器７により検出され
る。 該装置に係る種々の定数と起こりがちな時間変
化とを考慮すると、このような測定装置のスケー
リングフアクタ、即ち電線２に流れる電流Ｉの強
さと光検出器７により検出された光Ｌの強さとの
関係に関し正確な情報を得ることは極めて難し
い。そこで、好ましい構成法による本発明の実施
例の測定装置では零位法を用いて前記の測定を行
なう。 そのためには、光フアイバ１を複数回巻装する
導体８に電線を流れる測定すべき電流Ｉよりかな
り弱い電流ｉを流すことによつて発生する基準磁
界の効果を光フアイバ１に作用させる。導体８を
流れる電流ｉは調整可能であり、この電流ｉによ
つて誘起される位相差Δφを生じることにより電
流Ｉによつて誘発される位相差Δφを補償すべく
常に調整される。 この測定装置は本発明の範囲内で様々に変形す
ることが可能である。参考までに、米国特許No.
4370612号の第５図に対応した第１図に示した一
般的な装置について更に説明する。 光フアイバ１は測定すべき電流の値に応じて電
線２に一巻き又はそれ以上巻装される。レーザ光
源３から発した光波は光学的分離結合回路４を介
して光フアイバ１の両端に同時に受容される。こ
れら２つの光波は光フアイバ１内を互に逆方向に
循環し、両端５及び６から送出されて光学的分離
結合回路４内で再び結合する。光フアイバ１から
出たこれら光波の結合の結果は光検出器７により
検出される。電線２に電流Ｉが流れると該電線周
囲の閉路に沿つて磁界Ｈが発生する。光フアイバ
１内を伝播する光波の円偏光成分間にはこの磁界
によるフアラデー効果によつて位相差が生じる。
周知の如く、光フアイバ１は伝播光波に偏光変化
をもたらす任意の複屈折バイプレート一組と同様
の機能を果たす。これらの効果は２つの反転波に
同様に作用する。 しかしながら各成分を遅延又は前進させる円偏
光効果はこれら２つの反転波に互に逆方向に作用
しその結果総合位相差Δφが生じる。このように
して、伝播方向に平行な磁界が発生すると各光波
毎に円状振動が磁化電流と同一方向に前進し、且
つ同等量だけ逆方向に遅延する。 光フアイバ１を伝播中に光波の偏光状態が変化
しても、遅延及び前進効果は該光フアイバ１に沿
つて累積し、光フアイバ１から送出される２つの
光波の間には位相差が生じる。この位相差は電線
２に流れる電流Ｉによつて生じる効果を直接表わ
す干渉測定により検出し得る。一方、これら２つ
の光波が別の効果の作用を同様に受ける場合は両
者間に位相差は生じない。 第１図の測定装置は第２図の曲線の如く２つの
反転波間の位相差Δφに応じて変化する光の強さ
Ｗを検出器に与える。この位相差Δφは電線２に
流れる電流Ｉの関数である。しかしながら、時間
に応じて光フアイバ１内の光波が変化するため、
前記曲線のスケーリングフアクタは経時的に一定
していない。即ち、電線２に所定の電流I₁が流れ
たときに電流I₁により誘発された一定の位相差
Δφ₁に関して検出された光の強さW₁は時間の関
数として変化し得る。 従つてこの測定装置では電流Ｉの絶対測定値を
得ることはできない。 第１図の測定装置では、フアラデー効果によつ
て２つの反転光波間に位相差を生じさせ、導体８
に流すべき調整された電流ｉを常に得られるよう
にし、従つて測定すべき電流Ｉにより生じた位相
差を適確に補償するような零位置を使用する。こ
の場合導体８に流れる電流ｉは測定すべき電流Ｉ
に直接比例する。そのためこの測定装置は光フア
イバ１の１つかそれ以上の巻きを包囲するｐ個の
巻きを有した導体８を備えている。該導体８には
電流発生器９より供給される強さの調節が可能な
電流ｉが流れる。光フアイバ１から出た２つの反
転波間の干渉に対応して光検出器７より出力され
る信号は信号処理装置１０に伝送され、これら２
つの反転波間の位相差が常にゼロであるよう該信
号処理装置１０から電流発生器９への制御信号が
送出される。 Ｋをフアイバ構成材料のヴエルデ定数、ｍを電
線２に巻き付けられた巻きの数、ｑを光フアイバ
１が巻装されている導体の分岐の数とすれば、電
線２に流れる電流Ｉによつて生じる位相差Δφ₁
は、Δφ₁＝KmqI (1) となる。 光フアイバ１のｎ個の巻きを包囲する導体８の
巻き数をｐとすれば、導体８に流れる電流ｉによ
つて生じる位相差Δφ₂は次式 Δφ₂＝Kpni (2) で示される。 信号処理装置１０が、常にΔφ₁＝Δφ₂であるよ
う制御信号を電流発生器９に送出するため、２つ
の反転波間の位相差は常時ゼロに維持される。こ
の場合電流Ｉの値は関係式Ｉ＝pni／mqに従い電
流ｉの値から算出される。 高度の分解能をもつ測定手段の形成に使用し得
る方法は幾つかある。図面には示さないが、第１
の方法として導体８に流れる電流ｉを変調し次い
で該電流の変調周波数でヘテロダイン検波を実施
し、その結果得られる信号により該導体８に流れ
る電流の連続的成分を制御する方法がある。第２
の方法として、光フアイバ１を伝播する光波の位
相を直接変調する方法もある。この場合にも光学
的分離結合回路４が使用される。 次にこの光学的分離結合回路４をより詳細に説
明しよう。光学的分離結合回路４は縁を介して光
学的分離結合回路４の基板に直接連結されたレー
ザ光源３から光波を受容する。3dBカプラ４０
は、該レーザ光源３からの光波を２つに分離し
て、光フアイバ１の両端５及び６に夫々接続され
ている２つの光学的集積ガイドブランチ
（integrated optical guidebranches）に送る機
能をもつ。光フアイバ１内を互に逆方向に伝播し
た後送出されるこれら光波を検出するために、こ
の装置は光検出器７を備えている。該光検出器７
は3dBカプラ４０による両光波の重合
（superimposing）の結果発生する光波を検出す
るのである。 光検出器７の出力信号は信号処理装置１０に送
られ、この信号処理装置１０から電流発生器９に
制御信号が送られる。この制御信号は光フアイバ
１を包囲する導体８に流れる電流ｉを変化させる
べく機能する。 この光学的分離結合回路４は被誘導波の位相変
調に特に適している。何故なら3dBカプラ４０の
出力近傍で光フアイバ１の一方の端部６の近くに
位相変調器４１を簡単に取付けることができるか
らである。この位相変調器４１を第１図に簡略に
示した。 光フアイバ１の両端から送出された２つの光波
の間の位相差は変調信号発生器１１により周波数
Ｆのタイミングに合わせて調整される。従つてこ
の場合の信号処理装置１０はヘテロダイン検出器
を備えており、これによつて周波数Ｆの基準信号
を受容し且つ制御信号を電流発生器９に供給す
る。この変調をレシプロ形にするには、光波が光
フアイバ１を通過するのに必要な時間の２倍に等
しい周期をもつ変調信号により制御される同一の
位相変調器が使用し得る。 この場合フアラデー効果により２つの反転波間
に生じる位相差がゼロであつて変調に起因した位
相差のみが存在する時は、検出された信号が変調
周波数の２倍の周波数の成分をもつ。従つて、
Δφ＝０の時にのみ存在するこの倍周波成分を検
出すれば、電線２を流れる電流Ｉにより発生した
フアラデー効果を完全に補償するための導体８を
流れる電流ｉの値を明確に測定することができ
る。個別素子から成る装置ではフアイバループ内
を伝播する光波の位相をレシプロ的に変調するこ
とも可能である。そのためには、圧電セラミツク
周囲に光フアイバを数回巻き付けることにより形
成し得、フアイバループ通過時間の２倍に等しい
変調期間をもつ位相変調器を使用すれば、前記の
倍周波成分の検出によりフアラデー効果を補償す
る電流ｉを得ることができる。 このような位相変調器を第３図に簡略に示し
た。 この位相変調器は圧電材料製の中空円筒体から
成り、該中空円筒体はその内外両面に夫々配置さ
れた２つの電極E₁，E₂により励磁して倍周波制
御信号Vcを受容する。該中空円筒体には干渉計
リングを構成する光フアイバ１の一端がきつく巻
装されている。信号Vcによつて生じる圧電材料
の変形は光フアイバ１に伝達され、光フアイバ１
内を互に逆方向に通過する光波の位相を周期的に
変調する効果をもたらす。光学的分離結合回路４
は別のタイプであつてよく、又は前述の米国特許
の第３図に関して説明した素子と同一のより一般
的な個別素子に代えてもよい。 しかしながら既述の如く、高圧線又は超高圧線
に流れる電流を測定する場合は単に前述の構造に
基づいて構成した測定装置を使用することはでき
ない。本発明の実施例はこのような用途に適した
装置の構造を提供する。 以後の説明は便宜上220kV又は400kV線に流れ
る電流の測定を想定して行なうが、本発明の装置
の実施例はこのような場合に従来の電流逓降変圧
器に代えて使用されるのである。 本発明の装置の実施例は第４図に示されている
如き４つの部材、即ち測定用のヘツド１２、サポ
ート１３、ベース１４及び電子光学的ベイ１５か
ら成つている。 (イ) ヘツド１２は内部に後述の如く光フアイバ１
が巻き付けられる雄型円筒状部材１２２を有し
ている。電線２には第１図の如く光フアイバ１
が少くとも一巻き巻き付けられている。測定装
置のこの部分は電線２と同一の電位、即ちアー
ス電位より高い電位にある。 (ロ) サポート１３は通常管状形又は接頭体形であ
り、ヘツドを支持し且つ光フアイバ１を保護し
ている。該サポート１３は全長に亘つて穿孔さ
れた絶縁体か又は製造過程で中空状に形成され
たエンドセラミツク（end ceramic）で構成し
得る。 このサポート１３は一端がヘツド１２に設け
られた穴（１２３、第５図参照）に嵌合してお
り、構成法に応じこの絶縁材料から形成された
サポート１３はヘツド１２のみを支持するか又
は該ヘツド１２を介して電線２の荷重の一部を
支持する。従つてその寸法は送電線に応じて決
定される。220又は400kVの送電線の場合、空
中絶縁間隔は夫々2.5及び4.5mである。 サポート１３の長さはこれらの値より大きく
なければならず、一般に400kVの場合は約5m
である。より一般的には、サポート１３の長さ
は該絶縁体の曲げ距離（bending distance）よ
り大きい値でなければならない。この曲げ距離
は絶縁体の幾何学的配列に応じて決定される。 (ハ) ベース１４はアース電位に維持されており、
サポート１３を支持すると共に導体８を内部に
収容し保護する。 該ベース１４は任意の材料で任意の形状に構
成してよい。該ベース１４は好ましくは、寄生
現象を生じ易い外部磁界に対してより良く減結
合せしめる磁性金属、例えばミユーメタルで製
造する。 (ニ) 電子光学的ベイ１５はレーザ光源、電流発生
器、検出器、位相変調器、信号処理装置及び変
調信号発生器を収容し、光フアイバ１と導体８
とは可撓性ケーブル１５０に収容されている。
この電子光学的ベイ１５は干渉計のオプチカル
コアと電気信号を処理し使用するための電子素
子とを保護する機能をもつ。 好ましい一変形例では、干渉計のオプチカルコ
アがベース１４内に配置され、そのため導体８の
みを収容したケーブルによる接続も可能である。
また図面には示さなかつたが、電子光学的ベイ１
５をベース１４と一体化することもできる。 第５図に一部断面で示されているヘツド１２
は、夫々雌型円筒状部材１２０及び雄型円筒状部
材１２２から構成されている。端部１２１を備え
た雄型円筒状部材１２２の外周壁には光フアイバ
１（第５図には図示せず）が少くとも一巻き巻装
されている。雌型円筒状部材１２０はサポート１
３の一端と嵌合する穴１２３を有している。これ
ら雌型円筒状部材１２０、雄型円筒状部材１２２
のいずれにも軸方向路が形成されており、この軸
方向路はヘツド１２に電線２の一つの部位を装着
し得るよう（第４図）両端124125まで貫通してい
る。 この雌型円筒状部材１２０を雄型円筒状部材１
２２に装着した後は、これら雌型円筒状部材１２
０、雄型円筒状部材１２２及び光フアイバ１を固
定すべくエポキシ樹脂の如き絶縁材を開口１２６
から充填する。雌型円筒状部材１２０、雄型円筒
状部材１２２もサポート１３を同一タイプのセラ
ミツク材料の如き絶縁材料である。光フアイバ１
の巻きの直径、即ち雄型円筒状部材１２２の外周
壁の直径は光の通過を過度に減衰させず且つ伝播
光の偏光状態（円形）を極度に妨害しないような
値に決定する。 ヘツド１２は絶縁破壊（コロナ効果）を生じ易
い電界の勾配を回避すべく曲率半径の大きい凸状
表面を有している。該ヘツド１２は例えば第４図
及び第５図の如く、両端に半球体を１つずつ備え
た円筒体か又は電線２と合致する軸をもつトーラ
スの形状を有していてよい。 一変形例として、第６図の如く最初からバー２
０をヘツド１２と一体的に具備しておき、これを
測定すべき電流Ｉが流れる送電線間に直列に接続
してもよい。第６図に、該バーの開口部２００，
２０１にて示されている接続具はそのためのもの
である。この場合バー２０はボルトで固定し得
る。 第７図にサポート１３を断面図で示した。該サ
ポート１３は例えば断面が円形であるような通路
１３０を備えており、この通路１３０内を光フア
イバ１が電線２の周囲に少くとも一巻きを形成す
べく少くとも一往復した状態で貫通している。該
サポート１３は先端にフランジ１３１を有してお
り、これがヘツドの穴１２３（第５図）に嵌合す
る。 絶縁性及び環境に対する耐性が向上するよう、
サポート１３の外側に一連のスカート１３２を備
えてもよい。 これらスカート１３２は漏洩路の長さを増大せ
しめ、先端が水滴状の部分１３３を有している。 同じ理由から、サポート１３の内部には油又は
圧縮ガス、例えば六フツ化硫黄（SF₆）などを充
填してもよい。この場合サポート１３の長さは短
縮し得る。ガスを充填する場合この短縮率は約
１／10である。 この解決法は一見有利なように思えるが、ヘツ
ド１２に対しても完全なシール性を保証する手段
を備えなければならない。穴、開口及び開口部は
全て密封する必要があり、そのため本発明の装置
の実施例の構造が複雑化し且つコストも増大する
ことになる。 サポート１３の別の変形例（図示せず）として
光フアイバ１を絶縁材料管内に配置してよい。 これはヘツド１２の場合の如く、軸方向通路内
部に充填されて光フアイバ１を密封しているエポ
キシ樹脂から成形し得る。 フアラデー効果を生じるには光フアイバ１を電
線２に一巻きするだけで十分である。これに反
し、偏光状態は光フアイバ１の全長に沿つて完壁
な状態に維持する必要があるにも拘らず、光フア
イバ１の長さをサポート１３の長さの２倍に等し
い値にしない限りどんな光フアイバを使用しても
この偏光状態を完壁に維持することはできない。 本発明の実施例のように主導体即ち電線２と導
体８との間の距離が格別に大きい場合は特に難し
い。 この場合前述の式(1)及び(2)は夫々次のように示
される。 Δφ₁＝KmqI (1′) Δφ₂＝K′pni (2′) 式中Ｋ≠K′ 従つて本発明の有利な構想による好ましい変形
例ではこの寄生効果を消去すべく特別の措置がと
られる。 例えば偏光の変化に対し空間的手段を作用させ
ることにより偏光ドリフトを減少させるのであ
る。 そのために、そして好ましい方法として干渉計
の光フアイバは以下の巻装手順に従い配置する。 (イ) 干渉計のコアから出発し、 (ロ) サポート１３の通路１３０を貫通してヘツド
１２まで上昇させ、 (ハ) 光フアイバ１の一巻きを形成すべく電線２の
周り（雄型円筒状部材１２２の外周壁の周り）
を通過させ、 (ニ) ベース１４まで降下し、 (ホ) 導体８にｎ回巻き付け、 (ヘ) (ロ)、(ハ)、(ニ)及び(ホ)をｍ回繰返し、 (ト) 再び干渉計のコアに戻す。 第１図の構造を使用する場合は干渉計コアから
の出発点が回路４の先端５になり、戻り点が先端
６になる。好ましい方法では、前述した如く、干
渉計コアを装置のベース１４内に配置する。 第８図はｍ＝３、ｎ＝２とした場合の巻装法を
簡略に示している。 電線２に測定すべき電硫Ｉが流れているときに
フアラデー効果によつて互いに逆方向に循環する
二つの光波の間に誘起される位相差をなくすため
の導体８に流す電流ｉを導体８に給電する電流発
生器（図示しない）、及び導体８に給電された電
流ｉの大きさに基づいて電線２に流れる電流Ｉの
大きさを測定する測定手段（図示しない）が導体
８に結合されている。導体８の電線の巻きがｐで
れば、該変換器の縮分率（reduction factor）は
Ｉ／ｉ＝ｎ・ｐとなる（ｍには依存しない）。 ゼロの変換器の感度はΔφ／ΔI＝ｍ・10^-5Aに
従う。 厳密な意味での電流測定の外、本発明の装置の
実施例は過負荷に対する保護にも使用できる。こ
の場合は公知の簡単な電子回路を使用して強さが
所定の振幅値を越えた場合に信号を送出し、この
信号によつて安全装置を始動させる。 前述した本発明の装置の実施例ではサポート１
３が３つの機能を果たす。高電位領域からアース
電位領域（ベース１４）までの情報路を保護し絶
縁すると共に、ヘツド内の実際の装置を機械的に
支持し且つ装置が自己支持型の場合はヘツド１２
の両側に配置されたバーか又は電線２の部分を機
械的に支持するのである。 いずれの場合も電線２及びサポート１３は例え
ば風など外界から有害な作用を受けるため、該サ
ポート１３には種々の応力が加えられる。しかし
乍ら、主として光フアイバ１と該光フアイバ１が
巻装されている雄型円筒状部材１２２とを含むヘ
ツド１２の有用素子は数グラムの重量でしかな
く、これにヘツド１２のケーシングの多少の重量
が加わることもある程度に過ぎない。サポート１
３は実際の測定とは無関係の機能を果たさなけれ
ばならないため、かなりの重量と大きあ寸法とを
有する必要がある。 次に本発明の他の実施例について説明しよう。
この構想は前述の構造を全体的に保持し且つこの
構造によつて得られる利点を維持する一方で、残
りの欠点を、絶縁システムを大幅に簡略化しそれ
によつて該システムの大きさを縮小しコストを低
下させ且つ使用を簡単にすることにより除去する
ことを目的としている。 以下第９図及び第１０図に基づき、本発明の範
囲内に含まれる種々の変形例を詳細に説明する。 第９図は本発明の測定装置の変形例の全体図で
ある。前述の如く、この装置は電子光学的ベイ１
５がベース１４内に組込まれているか否かによつ
て３つ乃至４つの部材を含んでいる。ベース１４
は第４図のベースと同種ではあるが、後述の如
く、大きさをかなり縮小し得る。この場合ベース
は重量・体積共に大きいサポート１３′を支持す
る必要がないからである。 第４図に示した実施例との主な相違は、第４図
では剛性のサポートが使用されているのに対しこ
こではエラストマなどを材料とした管状壁をもつ
サポート１３′を使用することにある。この壁面
は場合により誘電材料製フアイバで補強してもよ
い。該補強フアイバはガラスフアイバ、シリカフ
アイバ、プラスチツクフアイバ、又はこれらフア
イバを組合わせたもので構成し得る。このサポー
ト１３′は光フアイバを一往復貫通させて構成し
た光波の通路を保護するが、この場合該サポート
１３′の内部通路によつて形成された空洞部には
絶縁材料を充填する方が好ましい。この絶縁材料
は六フツ化硫黄（SF₆）の如きガス、従来のゲル
状絶縁オイルの如き液体、例えば絶縁グリース或
いはシリコーンゲル、又は他のエラストマもしく
はゴムの如き弾性固体であつてよい。 このような充填により、ゲル又は弾性固体状の
絶縁材料の場合は光フアイバ１がより良く固定さ
れ、いずれの材料を使用した場合でも絶縁性が向
上するという利点が得られる。 より好ましくはサポート１３′に所謂「水滴状
の丸みを帯びた」形状をもつスカート１３０′を
具備する。このスカート１３０′はサポート製造
時に同時に形成してもよいし又は後で付け加えて
もよい。 その材料としてはサポート１３′と同一のエラ
ストマか又は磁器の如き別の絶縁材料を使用し得
る。これらスカート１３０′の機能は漏洩路の長
さを増大し且つ雨などの不利な条件下でも必要な
絶縁性を確保することにある。該スカート１３
０′はサポート１３′の全長又は一部に取り付けて
よく、配分は均等でも不均等でもよい。後者の場
合は第９図の如く、送電線と同一の電位にあるヘ
ツド１２の近傍に最も密集するよう配置する。 前述の構成は更に改良し得る。即ち、別個のス
カートを具備する代りに、第１１図の如く単一の
スカート１３００をサポート１３′に螺旋状に装
着するのである。この場合も外縁は「水滴」形状
を有し得る。このアンブリは押出し（extruding）
の如き単一作業によつて容易に製造することがで
きる。 サポート１３′は第９図の如くカラー部材１４
０でベース１４に接続されている。特定実施例で
は送電用の電線２の高さが5mの場合サポート１
３′の長さを約8mにしてよい。 サポート１３′は可撓性であるため電線２の動
きに適応しこれを抑制し得る。またベース１４は
装置使用者所望の任意の地点に配置し得、電線２
の下に配置する必要は最早ない。唯一の強制事項
はベースと送電線との間の距離を空中絶縁間隔よ
り大きい値にしなければならないことである。 ヘツド１２は第４図のヘツドと同一タイプであ
つてよいが、本実施例の構成に従えば該ヘツドの
構造を改良すると共に重量及び大きさを縮小する
こともできる。 好ましい変形例として、ヘツド１２は第１０図
に断面図で示されているように極めて短かい導体
バー１２００を備えている。このバー１２００は
ヘツド１２の他の素子を担持する中央部１２１０
に例えば環状断面を有しており、この中央部の長
さが通常約50mm、直径125mmである。該中央部に
は２つの平たい接続部１２０１，１２０２が続い
ており、これら接続部は電線２の上流端及び下流
端の対応部２１０及び２２０（第９図）に夫々ボ
ルトで固定される。該接続部１２０１及び１２０
２にはボルト止めに使用されるねじ山付きロツド
を受容するための穴が形成されている。これら穴
の数及び直径は接続すべき電線の物理的に特性に
応じて決定される。 バー１２００は絶縁材料（エポキシ樹脂又はポ
リテトラフルオロエチレンなど）又は非絶縁材料
製の互いに係合し合う環状部材１２０３、リング
状部材１２０６を支持している。環状部材１２０
３は測定すべき電流Ｉが流れる電線を囲繞してい
る。即ち環状部材１２０３は第１０図のごとくバ
ー１２００の周囲に環状部材１２０３を介して光
フアイバ１を巻装するための環状溝１２０４を備
えている。 リング状部材１２０６は可撓性壁面をもつサポ
ート１３′と環状溝１２０４とを接続する半径方
向路１２０７を備えている。該路１２０７を外部
に連通する開口部にはフランジ１２０８が備えら
れており、このフランジ１２０８にサポート１
３′の一端が嵌装され、第１０図に示されている
カラー状部材１２０９で固定される。 このように前記のアセンブリは次の３機能、光
フアイバ１の巻装用心軸としての機能、あらゆる
機械的損傷と天候とに対する光フアイバ１の保護
機能、及びサポート１３′用の接続ポイントの供
給機能を果たす。 尚、環状部材１２０３、リング状部材１２０６
の接合にはボルト止め、溶着、粘着など任意の適
切な手段を使用する。 環状溝１２０４にサポート１３に関して説明し
た方法で絶縁材料を充填する。 第１０図にはヘツド１２の主要素子をより簡略
化して示すべくバー１２００周囲の光フアイバ１
の巻きを二巻だけ示したが、この巻き数は勿論任
意であつてよい。 別の変形例（図示せず）として、ヘツドは光フ
アイバ１を巻装するための環状溝１２０４を備え
た環状部材１２０３の如き単一の部材で構成して
もよい。この場合ヘツドは、特に環状溝１２０４
に絶縁材を充填することにより、成型で仕上げ
る。この絶縁材は環状部材１２０３の構成材料と
同一であつてよい。好ましくは、光フアイバ１の
巻き及び導体８を第８図の如く構成する。 以上説明したきた構成法により電流測定装置の
コスト及び総体的寸法はかなり縮減したが、高圧
電力が通常は多相、特に三相交流として供給され
ることが多い。３相交流を送電する種々の高圧線
間の間隔が広いため、通常は各相の数と同数の測
定装置を使用しなければならないが、本発明の実
施例ではこれらの測定装置を１つにまとめること
によつてコストダウンを図ることができる。 第１２図はベース１４を１つにした場合の実施
例を示している（第４図の如く電子光学的ベイ１
５がベース１４から分離している場合は、所望で
あれば、このように１つにし得る）。このような
構造を可能にするのは特に可撓性管状部材の使用
である。 第１２図は、任意の符号ａ，ｂ及びｃで表わさ
れる電流に対応する３つの高圧ケーブル２−ａ，
２−ｂ，２−ｃを使用した三相交流送電を示して
いる。これら３ケーブル上では第１２図の如く互
に全く同等のバーが第９図及び第１０図の実施例
と同様に測定用のヘツド１２−ａ，１２−ｂ及び
１２−ｃに直列に接続されている。 これらヘツドと単一ボツクス状のベース１４と
の間は３つの全く同じ可撓性管状絶縁部材からな
るサポート１３′−ａ，１３′−ｂ及び１３′−ｃ
で夫々構成されている。このような構成配置にす
れば、各々が３つのヘツド１２−ａ，１２−ｂ，
１２−ｃのいずれか１つに対応する３つの干渉計
から送出される信号の処理に必要な電子回路（図
示せず）の外、電力供給回路特に各干渉計の導体
号８をも１つにまとめることができ、従つて各干
渉計に１つずつ対応する３つの電流が単一供給源
から簡単に得られる。 しかし乍ら、第１３図の如く光学的分離結合回
路を１つにすれば該装置は更に小型化し得る（第
１３図では導体は図示されていない）。 そのためには、同一基板上に少くとも４つの光
学的分離結合回路が配置された回路を第１図の光
学的分離結合回路４に代えて使用する。この光学
的分離結合回路は各々が、第１２図のヘツド１２
−ａ乃至１２−ｃに夫々通された光フアイバで構
成されている干渉計の１つに対応する。使用し得
る回路のタイプは多岐に亘るが、好ましくは1981
年10月10日付け米国特許出願No.307933号（仏国特
許出願No.24992116号に対応）の明細書に従い形成
されたものを使用する。 この明細書の第２図及び第６図に詳細に示され
ているように、この光学的分離結合回路４はニオ
ブ酸リチウム（LiNbO₃）シート又はタンタル酸
リチウム（LiTaO₃）シートの如き基板にモノモ
ードライトガイド（monomodelight guides）を
金属イオン（夫々タンタルとニオブとの）の拡散
により形成することによつて得られる。ここで考
案されている用途に使用する場合は各回路に少な
くとも５つの分岐、即ち２つの入力分岐と２つの
出力分岐と金属被膜で覆われた中央分岐とを備
え、２つのＹを頭部が互に逆になるよう接合した
形状のシステムを形成する。 更に、第１図の変調器４１と同じ位相変調器を
出力分岐の少くとも一方に具備する。 好ましい実施例では各回路毎に、1980年12月５
日付米国特許出願No.213216号（仏国特許出願No.
2471583号に対応）による２つの対称形変調器が
対応する。この変調器は前記米国特許出願No.
213216号の第１５図に詳細に示されている。 第１３図は光学的分離結合回路６４（第１図の
回路４に対応する）を形成する４つのカプラ６４
０乃至６４３の特定構造を示している。各カプラ
には２つの変調器が、夫々６４００−６４０１，
６４１０−６４１１，６４２０−６４２１及び６
４３０−６４３１の如く対応しており、２つの隣
接カプラ毎に夫々６４３２及び６４３３で示され
た共通入力分岐が備えられている。このような構
成は２つのカプラに従つて２つの干渉計への光エ
ネルギ供給を容易にする。但、必ずしもこれに従
う必要はない。三相交流の測定時にもカプラ６４
３は有効であり、別の目的に使用してもよいし又
は使用せずに保留しておいてもよい。 ２つの共通分岐６４３２及び６４３３は２つの
光フアイバf₁及びf₂を介して一方はレーザ光源６
３の前方面、他方はその後方面にと接続されてい
る。周知の如くこの種のオプトエレクトロニクス
素子は両面から光を発するからである。 各光学的分離結合回路の２つの出力分岐は、対
応干渉計を構成する光フアイバの先端に接続され
ている。これら光フアイバは夫々１−ａ，１−ｂ
及び１−ｃで示されており、測定すべき電流が流
れる導体（第１３図の２−ａ，２−ｂ，２−ｃ）
に少くとも一巻き巻装されている。 最後に第１図の光検出器７と同じ機能を果たす
光検出器７−ａ，７−ｂ，７−ｃを備えれば該ア
センブリは完成する。 他の必要な電気回路は第１図の実施例の場合と
同一である。 これらの回路は少なくとも３回反復する必要が
あり、より一般的には異なる位相の数がｘであれ
ばｘ回反復する。変調信号発生器１１だけは多少
変形してある。何故なら周波数が等しく位相が反
対の２つの制御信号を２つの対応変調器、即ち第
１干渉計（光フアイバ１−ａ）の場合であれば変
調器６４００及び６４０１に供給しなければなら
ないからである。 本発明は以上の実施例に限定されることはな
く、単相、多相、交流、直流を問わず高圧線によ
り送電される電流の測定に使用し得る。表に実
施例の諸元の数値を示す。

【表】

【表】 【図面の簡単な説明】

第１図から第３図は一般的な技術による測定干
渉計の説明図、第４図は本発明の測定装置の実施
例の説明図、第５図から第８図は第４図の装置で
使用する特定素子の詳細説明図、第９図及び第１
０図は本発明の装置の他の実施例の説明図、第１
１図はサポートの説明図、第１２図及び第１３図
は本発明の装置の実施例を多相交流の測定に使用
した場合の説明図である。 １……光フアイバ、２……電線、８……導体、
３，６３……レーザ光源、４，６４……光学的分
離結合回路、５，６……光フアイバ端、７……光
検出器、９……電流発生器、１０……信号処理装
置、４１……位相変調器、１１……変調信号発生
器、１２……ヘツド、１３……サポート、１４…
…ベース、１５……電子光学的ベイ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電線２の一つの部位の外表面を囲繞するよう
   に配置された絶縁材料製の雄型円筒状部材１２
   ２、前記雄型円筒状部材の外周壁を囲繞するよう
   に前記雄型円筒状部材に装着された絶縁材料製の
   雌型円筒状部材１２０、及び該雌型円筒状部材の
   周側壁に設けられた穴１２３を備えたヘツド１２
   と、前記ヘツドを支持すべく一端が前記ヘツドの
   前記穴に嵌合されており移動しないように配設さ
   れた絶縁材料製のサポート１３と、前記サポート
   の他端から前記サポートの内側及び前記ヘツドの
   前記穴を介して前記雄型円筒状部材の前記外周壁
   と前記雌型円筒状部材の前記周側壁の内側との間
   へ延伸し、前記雄型円筒状部材の前記外周壁のま
   わりに少なくとも１つの巻を形成し、前記ヘツド
   の前記穴及び前記サポートの前記内側を介して前
   記サポートの前記他端へ延伸すべく前記ヘツド及
   び前記サポートの内側に配設された光フアイバ１
   と、前記光フアイバに互いに逆方向に循環する二
   つの光波を供給すべく前記光フアイバの両端に結
   合されたレーザ光源と、前記光フアイバの両端の
   近傍の前記光フアイバの外表面のまわりに巻を形
   成している導体８と、前記電線に測定すべき電流
   が流れているときにフアラデー効果によつて互い
   に逆方向に循環する前記二つの光波の間に誘起さ
   れる位相差をなくす他の電流を前記導体に給電す
   る電流発生器と、前記導体に給電された前記他の
   電流の大きさに基づいて前記電線に流れる電流の
   大きさを測定する測定手段とを含み、前記雄型円
   筒状部材の前記外周壁と前記雌型円筒状部材の前
   記周側壁の内側との間には前記光フアイバを固定
   すべく絶縁材が充填されている、電線を流れる電
   流の大きさを測定する装置。 ２ 前記雄型円筒状部材及び前記雌型円筒状部材
   は前記電線の一つの部位に関して同軸的に配置さ
   れている特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ３ 前記雄型円筒状部材及び前記雌型円筒状部材
   の夫々の端部は半球状に形成されている特許請求
   の範囲第１項又は第２項に記載の装置。 ４ 前記サポートは側壁の外表面のまわりに螺旋
   状に配置された単一の絶縁材料製のスカートを備
   えており前記絶縁材料製スカートの外形が水滴状
   に丸みを帯びている特許請求の範囲第１項から第
   ３項のいずれか一項に記載の装置。 ５ 前記サポートの内側には油及び加圧された六
   フツ化硫黄のいずれか一方が充填されている特許
   請求の範囲第１項から第４項のいずれか一項に記
   載の装置。 ６ 前記光フアイバは前記雄型円筒状部材の前記
   外周壁のまわりに複数回巻かれるとともに前記導
   体が前記光フアイバの前記外表面のまわりに複数
   回巻かれている特許請求の範囲第１項から第５項
   のいずれか一項に記載の装置。 ７ 電線２の一つの部位の外表面を囲繞するよう
   に配置された絶縁材料製の環状部材１２０３、該
   環状部材の外周壁に設けられた環状溝１２０４、
   前記環状部材の外周壁を囲繞するように配置され
   た絶縁材料製のリング状部材１２０６、及び該リ
   ング状部材の周壁に前記環状溝と連通するように
   設けられた開口部を有するヘツド１２と、前記ヘ
   ツドを支持すべく一端が前記ヘツドの前記開口部
   に嵌装されており移動しないように配設された絶
   縁材料製のサポート１３′と、前記サポートの他
   端から前記サポートの内側及び前記ヘツドの前記
   開口部を介して前記ヘツドの前記環状溝へ延伸
   し、前記環状溝を規定する前記環状部材の外周壁
   のまわりに少なくとも１つの巻を形成し、前記ヘ
   ツドの前記開口部及び前記サポートの前記内側を
   介して前記サポートの前記他端へ延伸すべく前記
   ヘツド及び前記サポートの内側に配設された光フ
   アイバ１と、前記光フアイバに互いに逆方向に循
   環する二つの光波を供給すべく前記光フアイバの
   両端に結合されたレーザ光源と、前記光フアイバ
   の両端の近傍の前記光フアイバの外表面のまわり
   に巻を形成している導体８と、前記電線に測定す
   べき電流が流れているときにフアラデー効果によ
   つて互いに逆方向に循環する前記二つの光波の間
   に誘起される位相差をなくす他の電流を前記導体
   に給電する電流発生器と、前記導体に給電された
   前記他の電流の大きさに基づいて前記電線に流れ
   る電流の大きさを測定する測定手段とを含み、前
   記環状部材の前記環状溝には前記光フアイバを固
   定するように絶縁材が充填されている、電線を流
   れる電流の大きさを測定する装置。 ８ 前記環状部材及び前記リング状部材は前記電
   線の一つ部位に関して同軸的に配置されている特
   許請求の範囲第７項に記載の装置。 ９ 前記サポートはエラストマ製である特許請求
   の範囲第７項又は第８項に記載の装置。 １０ 前記サポートの壁面は誘電材料フアイバを
   含む部材により補強されている特許請求の範囲第
   ７項から第９項のいずれか一項に記載の装置。 １１ 前記サポートは側壁の外表面のまわりに螺
   旋状に配置された絶縁材料製スカートを備えてお
   り前記絶縁材料製スカートの外形が水滴状に丸み
   を帯びている特許請求の範囲第７項から第１０項
   のいずれか一項に記載の装置。 １２ 前記絶縁材料製スカートは磁器及びエラス
   トマのいずれか一方で形成されている特許請求の
   範囲第第１１項に記載の装置。 １３ 前記サポートの内側には絶縁グリース、シ
   リコンゲル、弾性固体、及び加圧された六フツ化
   硫黄のうちのいずれか一つが充填されている特許
   請求の範囲第７項から第１２項のいずれか一項に
   記載の装置。