JPH05273256A

JPH05273256A - 碍子内蔵型光電圧センサ

Info

Publication number: JPH05273256A
Application number: JP4065932A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Okubo; 鉄男大久保
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1992-03-24
Filing date: 1992-03-24
Publication date: 1993-10-22

Abstract

(57)【要約】【目的】既製の規格品の碍子を用いることができ、装
置の組立、調整が容易であり、被測定電圧や求められる
測定精度に応じて設計の自由度が大きな、高電圧を測定
するに好適な碍子内蔵型光電圧センサを提供すること。【構成】絶縁性の流体を封入した中空な碍管４の両端
部を第１および第２のフランジ１，１４により密封し、
第１および第２のフランジ１，１４に、高圧電極６およ
び低圧電極６’を固定する。また、高圧電極６と低圧電
極６’間にポッケルス素子を備えたセンサ部７を配置
し、センサ部７を素子取付台支持体９により支持し、第
１あるいは第２のフランジ１，１４に固定する。高圧電
極６と低圧電極６’間に被測定電圧を印加すると、図示
しない計測部より光ファイバ１０を介して伝送される光
信号を、センサ部７のポッケルス素子が光強度変調し、
光ファイバにより計測部に伝送して、電気信号に変換す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はポッケルス素子などの電
気光学素子を碍子に内蔵させた碍子内蔵型光電圧センサ
に関し、特に、電気機器あるいは架空電線、電力ケーブ
ル等の高電圧の測定に好適な碍子内蔵型光電圧センサに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高電圧電力機器における高電圧充電部の
電圧測定は、従来、ＰＴ，ＰＤ等の計器用変成器を用い
て計測可能な電圧まで降圧あるいは分圧して測定を行っ
ていた。しかし、この方法では測定電圧が高電圧になる
と装置が大型となり、価格も高価なものとなる。

【０００３】そこで最近では、高電圧充電部の電圧測定
を電気光学効果を持つポッケルス素子と光ファイバーを
備えた光学的手段により行うことが実用化されつつあ
る。この方法によれば、電気的絶縁が容易であり、ま
た、信号伝送において電磁誘導の影響を受けにくいなど
の効果が得られ、従来のものに較べ装置を小型化できる
とともに、安全性を向上させることができる。

【０００４】電気光学効果を有するポッケルス素子を応
用した光電圧センサとしては、Ｂi₁ ₂Ｓi Ｏ₂₀，Ｂi₁₂
Ｇe Ｏ₂₀，Ｌi Ｎb Ｏ₃，水晶等のポッケルス素子・電
気光学結晶を用いたものが知られている。図３は光電圧
センサの基本構成の１例であり、同図において、１０１
は偏光子、１０２はポッケルス素子等の電気光学素子、
１０３は１／４λ波長板、１０４は検光子、１０５はロ
ッドレンズ、１０６は光ファイバー、１０７は光コネク
タ、１１１は発光部、１１２は帰還回路、１１３は受光
部、１１４は帯域フィルタ、１１５は増幅器、１１６は
交流／直流変換器、１１７は交流出力、１１８は直流出
力、１１９は電源である。

【０００５】同図において、発光部１１１から発生する
光は光ファイバー１０６を介してセンサ部で受光され
る。センサ部において、センサ部への入射光は偏向子１
０１で偏光され、電気光学素子１０２を透過する。電気
光学素子は印加電界の大きさに応じて軸方向の屈折率が
変化する性質を持ち、電気光学素子１０２に入射した偏
光光は印加電界大きさに応じて偏光状態が変化する。電
気光学素子１０２により偏光状態の変化した光は１／４
λ波長板１０３を介して検光子１０４に入射し、光の強
度変化として検知される。

【０００６】検光子１０４からの射出光は光ファイバー
１０６を介してＰｉｎ−ＰＤを用いた受光部１１３で受
光され、交流電圧が重畳した直流電圧に変換される。受
光部１１３の出力は帯域フィルタ１１４に加えられて信
号成分が取り出され、増幅器１１５で増幅され、交流／
直流変換器１１６で直流信号１１８に変換され、交流出
力１１７、直流出力１１８が出力される。また、帰還回
路１１２は受光した光の強度に基づき発光部の光の強度
を調節し、光量を安定化する。

【０００７】計測部の交流出力１１７と直流出力１１８
は、例えば、割算器（図示せず）に与えられ、直流成分
１１８と交流成分１１７の比より印加電界に応じた出力
が求められる。上記光電圧センサの特徴を生かして、光
電圧センサを高電圧測定に適用したものとして、従来か
ら、ポッケルス素子などの電気光学部品を中空碍子内に
収納した光電圧センサ内蔵碍子が知られている（例え
ば、実開昭６１−１３９５２０号公報、実開昭６１−１
４２３３０号公報等参照）。

【０００８】上記した従来の光電圧センサ内蔵碍子は、
課電側電極、接地側電極およびセンサ部を中空碍子中に
埋め込み樹脂等で固定するものであり、光電圧センサ内
蔵碍子の外形形状をコンパクトにすることができる反
面、その製造、調整にあたり次のような問題点を有して
いた。（１）上記した従来の光電圧センサ内蔵碍子において
は、課電側電極、接地側電極およびセンサ部を中空碍子
中に埋め込んでいるので、中空碍子の内部に埋め込まれ
る課電側電極、接地側電極およびセンサ部の形状・寸法
に合つた中空碍子または碍管を用いる必要があり、既製
の規格品の碍子または碍管を用いることができない。

【０００９】一方、碍子または碍管は焼成により製作す
る磁器製あるいは注型製作するエポキシ樹脂製であるた
め、迅速な設計、試作に対応しにくく、また、少量製作
の場合には安価に製作することができず、上記のように
課電側電極、接地側電極およびセンサ部などを埋め込む
ことができる特殊な形状・寸法の碍子は容易に入手する
ことができない。（２）センサ部が中空碍子内部に埋め込まれているた
め、中空碍子内部へのセンサ部、電極などの各部品の挿
入、設置、固定、また、光ファイバへの接続、光ファイ
バの外部への導出は極めて難しく、組み立てにあたって
の作業性が悪く、組み立てが難しい。また、保守時にお
ける内部点検が困難であり、劣化した部品等の交換を行
うことが困難である。（３）ポッケルス素子と課電側電極、接地側電極との間
隔が固定されており、被測定電圧あるいはポッケルス素
子に印加する電界強度の調整のために電極間隔を調整す
ることが不可能である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来装置
の欠点に鑑みなされたものであって、既製の規格品の碍
子を用いることができ、装置の組立、調整が容易であ
り、被測定電圧や求められる測定精度に応じて設計の自
由度が大きな、高電圧を測定するに好適な碍子内蔵型光
電圧センサを提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の請求項１の発明は、碍子内蔵型光電圧セン
サにおいて、内部に絶縁性の流体を封入した中空な碍子
または碍管４の両端部を第１および第２のフランジ１，
１４により密封し、第１および第２のフランジ１，１４
に、電極面が平行に配設された高圧電極６および低圧電
極６’をそれぞれ固定する。

【００１２】また、電極面が平行に配設された高圧電極
６と低圧電極６’間にポッケルス素子を備えたセンサ部
７を配置し、センサ部７を取り付けた素子取付台８を素
子取付台支持体９により支持し、素子取付台支持体９
を、第１あるいは第２のフランジ１，１４に固定するよ
うに構成したものである。また、本発明の請求項２の発
明は、請求項１の発明において、電極面が平行に配設さ
れた高圧電極６と低圧電極６’の距離を調整できるよう
に構成したものである。

【００１３】本発明の請求項３の発明は、請求項１の発
明において、高圧電極６と低圧電極６’の電極面に直交
する方向のセンサ部７の厚さを、同方向の素子取付け台
８の厚さより大としたものである。

【００１４】

【作用】電極面が平行に配設された高圧電極６と低圧電
極６’間に被測定電圧を印加し、高圧電極６と低圧電極
６’間に発生する被測定電圧の大きさに対応した電界を
ポッケルス素子を備えたセンサ部７に印加する。センサ
部７のポッケルス素子は、図示しない計測部より光ファ
イバを介して伝送される光信号を、印加される電界の大
きさに応じて光強度変調する。ポッケルス素子により光
強度変調された光信号は光ファイバにより計測部に伝送
され、電気信号に変換される。

【００１５】ポッケルス素子は計測部より伝送される光
信号を被測定電圧の大きさに応じて光強度変調するの
で、光変調された光信号を電気信号に変換することによ
り、被測定電圧を計測することができる。また、平行に
配設された高圧電極６と低圧電極６’間の距離を調整で
きるように構成することにより、ポッケルス効果による
光強度の変調率も自由に設定することができる。

【００１６】さらに、高圧電極６と低圧電極６’の電極
面に直交する方向のセンサ部７の厚さを、同方向の素子
取付け台８の厚さより大とすることにより、センサ部７
と素子取付台８の取り付け面での沿絶縁破壊を発生しに
くくすることができる。

【００１７】

【実施例】図１は本発明の１実施例を示す図であり、同
図において、１は高圧電極フランジ、２は高圧側接続端
子、３，１７，１８，１９はボルト、４は碍管、５，
５’は電極用シャフト、６は高圧電極、６’は接地電
極、７はセンサ部、８は素子取付台、９は素子取付台支
持体、１０は光ファイバ、１１は光コネクタ、１２は光
ファイバ・ケーブル、１３はパッキン、１４は接地電極
フランジ、１５は台座、１６は接地線である。

【００１８】同図において、磁器、エポキシ樹脂、ポリ
マー等からなる碍管４の上部には、黄銅等の導体からな
る高圧電極フランジ１がボルト３により固定されてお
り、碍管４と高圧電極フランジ１の間にはパッキン１３
が設けられている。高圧電極フランジ１の上側には高圧
側接続端子２が取り付けられており、また、その下側に
は電極用シャフト５を介して高圧電極６が取り付けられ
ている。

【００１９】碍管４の下部には黄銅等の導体からなる接
地電極フランジ１４がボルト１８により固定されてお
り、碍管４と接地電極フランジ１４の間にはパッキン１
３が設けられている。また、碍管４の内部は、気体絶縁
空間もしくは液体絶縁空間となっておりＳＦ6 ガス等の
絶縁性ガス、空気あるいは絶縁油が封入されており、高
圧電極６と接地電極６’の間の絶縁耐力、センサ部７の
沿面絶縁耐力を確保している。

【００２０】なお、絶縁ガスなどを加圧封入できるよう
にするため、高圧電極フランジ１と接地電極フランジ１
４は碍管４にパッキン１３により気密に取り付けられて
いる。接地電極フランジ１４の上側には、電極用シャフ
ト５’を介して接地電極６’が取り付けられているとと
もに、ボルト１７によりＦＲＰなどの絶縁体からなる円
筒状の素子取付台支持体９が取り付けられている。

【００２１】上記電極用シャフト５，５’の長さは、セ
ンサ部７に印加される電界強度、すなわち、ポッケルス
効果による光強度の変調率を勘案して定めることがで
き、実際には、絶縁設計と変調設計を総合的に勘案して
電極用シャフト５，５’の長さ、即ち電極６，６’の間
隔、および、碍管４中に封入される流体の種類、圧力な
どを選定することとなる。

【００２２】また、素子取付台支持体９の上部には、セ
ラミックなどの絶縁体からなる素子取付台８が固定され
ており、素子取付台８にはポッケルス素子を備えたセン
サ部７が固定されている。ポッケルス素子は、例えば、
Ｂi₁₂Ｓi Ｏ₂₀，Ｂi₁₂Ｇe Ｏ₂₀，Ｌi Ｎb Ｏ₃，水晶
等の電気光学素子であり、その側面には図３に示したよ
うに、偏光子、１／４λ波長板、検光子が取り付けられ
ている。

【００２３】センサ部７の上下方向の寸法は、素子取付
台８の厚さより厚く、同図に示すように、センサ部７は
素子取付台８の上下に所定の寸法だけ突出している。こ
のため、センサ部７を素子取付台８に取り付けたとき、
その間に僅かな間隙が形成されても、電界分布が不均一
になることがなく、絶縁耐力を向上させることができ
る。

【００２４】例えば、センサ部７の上下方向の寸法を素
子取付台と同一とした場合、素子取付台８へのセンサ部
７の取付精度が悪く、その間に微小な間隙等が出来る
と、その付近で電界分布が不均一となり沿面放電を発生
する可能性があるが、上記のように構成することによ
り、このような問題が生じない。また、センサ部７より
光ファイバ１０が導出され、光ファイバ１０は接地電極
フランジ１４に取り付けられた光コネクタ１１に接続さ
れている。

【００２５】さらに、光コネクタ１１は光ファイバ１０
を介して光ファイバ・ケーブル１２が接続されており、
光ファイバ・ケーブル１０には計測部（図示せず）が接
続されている。計測部には、図３に示したように、発光
部と、光電気変換器が設けられており、計測部の受光部
が発光する光信号を光ファイバ・ケーブル１２および光
ファイバ１０を介してセンサ部７に入射するとともに、
センサ部７において光強度変調した光信号を光ファイバ
１０および光ファイバ・ケーブル１２を介して計測部の
光電気変換器に入射して電気信号に変換し表示器により
表示したり、外部出力する。

【００２６】接地電極フランジ１４は、ボルト１９によ
り、アルミ等の導体よりなる台座１５に固定されてお
り、その間にはパッキン１３が設けられている。また、
台座１５には接地線１６が接続されている。図２はセン
サ部７の取り付け状態を示す図であり、同図は図１の上
部から見たセンサ部７の取り付け状態を示したものであ
って、同図において、図１と同一のものには同一の符号
が付されている。

【００２７】図２に示すように、素子取付台支持体９に
は絶縁材で構成されたボルト等の手段により、素子取付
台８が固定されており、素子取付台８には、センサ部７
が、例えば接着剤などにより固定されている。なお、図
１，２には素子取付台支持体９として円筒型のものを用
いる例が示されているが、その他、箱型、門型、片持棒
型等の種々の形状のものを用いることができる。但し、
電界分布を一様にするという点からは円筒型が好まし
く、また、素子取付台を堅牢に支持するという点からは
円筒型、箱型が好ましい。

【００２８】また、センサ部７を固定する素子取付台８
の形状として図１，２に示す形状の外、円板型、棒型な
どの形状とすることができるが、電界分布の点からは、
小さく薄いものの方が好ましい。図１および図２におい
て、本実施例の光電圧センサを組み立てるには、まず、
素子取付台８に接着剤などにより、光ファイバ１０が導
出されたセンサ部７を固着し、素子取付台８を絶縁ボル
トなどにより素子取付台支持体９に取り付ける。

【００２９】ついで、センサ部７が取り付けられた素子
取付台支持体９を、予め、接地電極６’が取り付けらて
いる接地電極フランジ１４にボルト１７により取り付け
るとともに、光ファイバ１０の他端を光コネクタ１１に
接続する。以上のようにしてセンサ部７が取り付けられ
た接地電極フランジ１４をボルト１８により碍管４に固
定するとともに、ボルト１９により台座１５を接地電極
フランジ１４に取り付ける。

【００３０】ついで、予め高圧電極６が取り付けられた
高圧電極フランジ１をボルト３により碍管４に固定した
後、碍管４の内部に、必要に応じて、大気圧もしくは大
気圧より若干高い圧力のＳＦ6 ガスもしくは絶縁油など
を封入する。以上のように、本実施例においては、接地
電極フランジ１４に、センサ部７を取り付けた素子取付
台支持部９と接地電極６’を取り付けておき、接地電極
フランジ１４を碍管４にボルト１８により固定すること
によりセンサ部７と接地電極６’を碍管４内に組み込む
ことができるので、組立が容易であり、また、組立精度
が高い。

【００３１】次に図１および図２により本発明の光電圧
センサによる電圧測定について説明する。電圧の測定に
あたり、まず、図１の高圧電極フランジ１に取り付けら
れた高圧側接続端子２を測定対象の機器、線路などの充
電部に接続するとともに、接地線１６を接地する。

【００３２】ついで、図示しない計測部の発光部より光
ファイバ・ケーブル１２−光ファイバ１０−光コネクタ
１１−光ファイバ１０を介してセンサ部７に光を入射し
て、高圧電極６と接地電極６’の間にできる被測定電圧
による電界によりセンサ部７に入射する光を光強度変調
する。センサ部７により変調された光信号は光ファイバ
１０−光コネクタ１１−光ファイバ１０−光ファイバ・
ケーブル１２を介して図示しない計測部の光電気変換器
に入射し、被測定電圧に対応した電気信号に変換され、
例えば、表示装置などに表示される。

【００３３】なお、上記実施例においては、素子取付台
支持体９を接地電極フランジ１４に取り付ける例を示し
たが、素子取付台支持体９を高圧電極フランジ１に取り
付けてもよい。また、上記実施例においては、電極を支
持する電極用シャフトとして長さが固定のものを用いる
例を示したが、長さが調整可能な電極用シャフトを用い
ることもできる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明の光電圧センサにおいては、碍管の上部、下部に
取り付けた高圧電極フランジもしくは接地電極フランジ
に素子取付台支持体を固定し、素子取付台支持体に、セ
ンサ部を固定した素子取付台を取り付けてセンサ部を支
持するとともに、高圧電極フランジ、接地電極フランジ
に高圧電極、接地電極を電極用シャフトを介して支持さ
せ、碍子または碍管内に絶縁性流体を封入したので次の
効果を得ることができる。センサ部を収納する碍子または碍管として、既製の
種々の規格品を用いることができるので、安価に製作す
ることができる。センサ部を収納する碍子または碍管の内部が流体絶
縁空間になっているので、センサ部、高圧電極、接地電
極などを設置、取付け、固定する作業性がよく、光ファ
イバの引出しも容易であり、製作し易い。

【００３５】また、センサ部が取付られた素子取付台支
持体を、電極が取り付けられた高圧電極フランジあるい
は接地電極フランジに固定して碍管に取り付けることに
より、センサ部を組み込むことができるので、組立が簡
単であり、また、組立精度が高い。さらに、接地電極フ
ランジあるいは高圧電極フランジを取り外すことにより
容易に内部の点検ができ、保守、点検が容易である。センサ部と電極を任意に選定し、あるいは、碍子ま
たは碍管内部に封入する絶縁ガスの種類と圧力を選定す
ることにより、絶縁設計を自由に行うことができる。センサ部と電極の間隔を任意に選定することで、ポ
ッケルス効果による光強度の変調率も自由に設計するこ
とができる。

【００３６】さらに、碍子または碍管、素子取付台支持
体の高さ、電極用シャフトの長さ、封入する流体の種
類、圧力等を選定することにより、異なった電圧の測定
に容易に対応できる。センサ部の上下方向の寸法を、素子取付台の厚さよ
り長くし、センサ部が素子取付台８の上下に所定の寸法
だけ突出するように構成することにより、センサ部の取
り付け精度が若干悪くても、電界分布が不均一になるこ
とがなく、絶縁性能が向上する。総合的に、被測定電圧や求められる測定精度に応じ
て、設計の自由度が大きな碍子内蔵型光電圧センサを提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す図である。

【図２】センサ部の取付状態を示す図である。

【図３】光電圧センサの基本構成を示す図である。

【符号の説明】

１高圧電極フランジ２高圧側接続端子３，１７，１８，１９ボルト４碍管５，５’ 電極用シャフト６高圧電極６’ 接地電極７センサ部８素子取付台９素子取付台支持体１０光ファイバ１１光コネクタ１２光ファイバ・ケーブル１３パッキン１４接地電極フランジ１５台座１６接地線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部に絶縁性の流体を封入した、中空な
碍子または碍管(4)と、碍子または碍管(4) の両端部を密封する第１および第２
のフランジ(1,14)と、第１および第２のフランジ(1,14)にそれぞれ固定され、
電極面が平行に配設された高圧電極(6) および低圧電極
(6')と、平行に配設された高圧電極(6) と低圧電極(6')の電極面
間に配置されたポッケルス素子を備えたセンサ部(7)
と、センサ部(7) を取り付けた素子取付台(8) と、第１あるいは第２のフランジ(1,14)に固定され、素子取
付台(8) を支持する素子取付台支持体(9) とを備えた碍
子内蔵型光電圧センサ。
【請求項２】電極面が平行に配設された高圧電極(6)
と低圧電極(6')の距離を調整できるように構成したこと
を特徴とする請求項１の碍子内蔵型光電圧センサ。
【請求項３】高圧電極(6) と低圧電極(6')の電極面に
直交する方向のセンサ部(7) の厚さを、同方向の素子取
付け台(8) の厚さより大としたことを特徴とする請求項
１の碍子内蔵型光電圧センサ。