JPH06292323A

JPH06292323A - 放電監視装置

Info

Publication number: JPH06292323A
Application number: JP5077261A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Yamada; 守山田
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1993-04-05
Filing date: 1993-04-05
Publication date: 1994-10-18

Abstract

(57)【要約】【目的】鉄塔に設置された避雷器の動作確認のために放
電部近くに設置される光センサとしての蛍光ファイバの
光を監視場所まで導く光ファイバの所要長さを短くして
安価でかつ信頼性の高いものにする。【構成】複数の放電部３１ａ，３１ｂ，３１ｎに設けら
れた光センサとしての蛍光ファイバ２０ａ，２０ｂ，２
０ｎを、光ファイバ１ａ，１ｂ，１ｎを介して直列に接
続して１本の光検出ファイバ１００を構成し、この光検
出ファイバ１００の一方の端部に光検出器１０を設け
る。放電部３１ａ，３１ｂ，３１ｎの１つに放電が発生
し蛍光ファイバ２０ａ，２０ｂ，２０ｎ内に蛍光が発生
するとこの蛍光は光検出ファイバ１００内を伝播して光
検出器１０に到達して検出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、超高圧送電線を雷撃
などの異常電圧から保護するために、鉄塔上に設けられ
る避雷器、アーキングホーン、避雷針などの放電を伴う
動作を光学的に検出し、遠方の監視場所で監視する放電
監視装置、特にセンサとして蛍光ファイバが使用された
ものに関する。

【０００２】

【従来の技術】蛍光ファイバを光センサとして使用した
放電監視装置として、この発明と同じ出願人による特願
平３−２０７０７０号公報がある。この公報によれば、
鉄塔に設置された避雷器のアーキングホーンの近傍に光
センサとしての蛍光ファイバを設けられて、この蛍光フ
ァイバに接続された通常の光ファイバによって検出され
た光が伝送され、監視場所に設置された光検出器によっ
て電気信号に変換されて適宜処理される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前述のように従来の蛍
光ファイバを光センサとして使用した放電監視装置の場
合、個々の避雷器ごとに１本の蛍光ファイバとこれに接
続された光ファイバが監視場所まで引き回されるととも
に、それぞれごとに受光器が設けられるので、光ファイ
バの使用量が膨大になるとともに受光器の数も多くな
り、高価な放電監視装置になるばかりでなく部品点数の
増大による信頼性の低下という問題もある。

【０００４】この発明の目的はこのような問題を解決
し、安価でかつ信頼性の高い放電監視装置を提供するこ
とにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明によれば、複数の放電部の近傍に設けられ
た蛍光ファイバが、光ファイバを介して直列に接続され
て１本の光検出ファイバが構成され、この光検出ファイ
バの少なくとも一方の端部に光検出器が設けられてなる
ものとし、また、光検出器が光検出ファイバの一方の端
部だけに設けられ、もう一方の端部に断線検出用の発光
器が設けられてなるものしと、また、光検出器が、光分
岐器、この光分岐器で分岐された一方の光の中の蛍光成
分を含む所定の波長以下の光だけを通過させる光フィル
タ、この光フィルタの出力光を電気信号に変換する光検
出器、光分岐器で分岐された他方の光の中の前記所定の
波長以上の光だけを通過させる光フィルタ、この光フィ
ルタの出力光を電気信号に変換する光検出器とからな
り、断線検出用の発光器が発する光の波長が前記所定の
波長よりも長く設定されてなるものとし、また、光検出
ファイバの両側に光検出器が設けられ、これら２つの光
検出器が出力する電気信号の立ち上がり部の時間差を基
に、放電光が発生した放電部が標定されるものとする。

【０００６】

【作用】この発明の構成において、複数の放電部に設け
た光検出センサとしての蛍光ファイバを、光ファイバを
介して直列に接続して１本の光検出ファイバを構成し、
この光検出ファイバの少なくとも一方の端部に光検出器
を設けることによって、放電部の１つに放電が発生して
これが蛍光ファイバに侵入してその中で蛍光が発生する
と、この蛍光は光検出ファイバ内を伝播して光検出器に
到達して検出される。

【０００７】また、光検出器を光検出ファイバの一方の
端部だけに設け、もう一方の端部に断線検出用の発光器
を設けることによって、光検出ファイバの断線を検出し
ようとしたときに断線検出用の発光器を発光させてこれ
を光検出器で検出すれば、断線がなければ正常に光が検
出され、１箇所でも断線箇所があるとそこで光が途切れ
て検出されないことから断線箇所のあることが検知され
る。また、光検出器を、１つの光分岐器、２つの光フィ
ルタとその後に設けた光検出器とで構成して分岐器によ
ってそれぞれの光フィルタに光を分岐させ、一方の光フ
ィルタを、蛍光ファイバが発生する蛍光を含む所定の波
長以下の光だけが通過するようなものににし、他方の光
フィルタを前述の所定の波長以上の光だけを通過させる
ようなものにし、そして、断線検出用の発光器が発する
光の波長を前述の所定の波長よりも長く設定することに
よって、蛍光は前の光フィルタだけを通過してその後段
の光検出器によっ検出され、断線検出光は後の光フィル
タだけを通ってその後段の光検出器で検出される。した
がって、断線検出機能と放電検出機能とは互いに干渉せ
ず独立に動作することができる。

【０００８】また、光検出ファイバの両側に光検出器を
設け、これら２つの光検出器が出力する電気信号の立ち
上がり部の時間差を求めると、この時間差は放電部で発
生した蛍光が検出器に伝播するまでの時間の差であり、
放電部の位置に一義的に関係していることから、此の時
間差の値に基づいて放電が発生した放電部を特定するこ
とができる。

【０００９】

【実施例】以下この発明を実施例に基づいて説明する。
図１はこの発明の実施例を示す放電監視装置のブロック
図を含む模式図である。この図において、前述の避雷器
のアーキングホーンのような放電部３１ａの近傍に光セ
ンサとしての蛍光ファイバ２０ａが設けられている。他
の放電部３１ｂ〜３１ｍにもそれぞれ蛍光ファイバ２０
ｂ〜２０ｍが設けられ、これら蛍光ファイバ２０ａ〜２
０ｍは光コネクタ２１ａ〜２１ｍ，２２ａ〜２２ｍによ
って光ファイバ１ｂ〜１ｎに接続されて全体として１本
の光検出ファイバ１００が形成されている。光検出ファ
イバ１００の一端は光ファイバ１ａであってこれは監視
場所に設置された光検出器１０まで接続されている。光
検出ファイバ１００のもう一方の端部である光ファイバ
１ｎの端部には光検出器は設けられていない。

【００１０】前述のように、同じ部材の符号には同じ数
字に異なる英小文字の添字を付けてあるが、以下で添字
を省略して数字だけを記載したときには異なる添字のも
のに共通の事項であることを表す。なお、前述の英小文
字ａからｍはａからｍまでの１３組のものがあることを
表すのではなく任意の数の多数の組があることを表すも
のである。

【００１１】放電部３１で放電光が発生すると、蛍光フ
ァイバ２０がこの放電光を受光し内部で蛍光を発する。
この蛍光は蛍光ファイバ２０内を長手方向に伝播して光
コネクタ２１，２２を介して光ファイバ１に伝播する。
このとき蛍光は長手方向の両側に別れて伝播する。図の
左側に向かって伝播した蛍光は光ファイバ１ａを通って
光検出器１０に入り、Ｏ／Ｅ変換部１１によって電気信
号に変換され信号増幅部１２によって以下のアナログ演
算処理に必要な強度に増幅された上で検出部１３入力さ
れ、この検出部１３によって蛍光が受信されたか否かの
判定などが行われてその結果が表示部１４に表示され
る。

【００１２】複数の蛍光ファイバ２０がそれぞれ直列接
続になっているので、光検出器１０が設けられる遠方に
ある監視場所までは１本の光ファイバ１ａだけでよく、
これに伴って１つの光検出器１０で複数の放電部３１の
放電を検出することができる。図２は放電部３１ａとし
ての避雷器とその周辺の立面図である。この図におい
て、図示しない鉄塔に支持金具１０３によって取付けら
れた碍子を介して導線１０１が支持されており、避雷器
１０５も支持金具１０３から突き出した符号を付けない
支持棒を介してぶら下がる状態に支持されている。避雷
器１０５の下先端に一方の電極１０６１と、碍子１０２
の下部の導線１０１の取付け金具から突き出した他方の
電極１０６２からなるアーキングホーン１０６が設けら
れている。光センサとしての蛍光ファイバ２０ａは避雷
器１０５の下部に設けられていて光コネクタ２１ａによ
って接続された光ファイバ１ａ、光コネクタ２２ａによ
って接続された光ファイバ１ｂは平行して上の方向に引
き出されて支持金具１０３から隣の放電部に移ったり光
検出器１０まで導かれる。

【００１３】図３は蛍光ファイバ２０とその周辺の詳細
を示す平面図である。この図において、蛍光ファイバ２
０は板状の遮光板１０７の一方の面にしゃもじ状に折り
曲げて取付け、その両端に光コネクタ２１ａ、２２ａを
取付けて光ファイバ１ａ、１ｂが接続されている。遮光
板１０７は太陽光が直接蛍光ファイバ２０ａに侵入しな
いためのものである。

【００１４】避雷器１０５が動作するとこれに流れた電
流はアーキングホーン１０６に転流し、電極１０６１と
１０６２との間で放電が発生するのでその放電光を蛍光
ファイバ２０が検出する。図４は放電光が発生したとき
の光や電気信号などの強度の時間的変化を示す波形図で
ある。この図において、横軸は時間（ｔ）、縦軸はそれ
ぞれの強度であり、最上の波形図は放電光、次の波形図
は放電光が蛍光ファイバ２０に侵入することによって生
じた蛍光出力、次の波形図はＯ／Ｅ変換部１１への入力
光、最下の波形図はこの入力光がＯ／Ｅ変換部１１によ
って変換された電気信号である。

【００１５】今、時点ｔ₀で放電が発生したとすると、
この時点から放電光の強度は立ち上がり、最大値に達し
た後減衰する。蛍光出力には主に太陽光の反射光による
外来ノイズＰ₀が常時存在するが放電光が発生すること
によって僅か遅れて立ち上がり、放電光と略同じ形状の
波形が外来ノイズＰ₀に加わった形の波形となる。Ｏ／
Ｅ変換部１１の入力光は放電が発生した放電部の位置か
ら光検出器１０までの光検出ファイバ１００の長さに比
例した時間差Δｔ遅だけれて立ち上がり、電気信号はこ
の入力光の波形に比例した波形となる。外来ノイズＰ₀
に対応する電気信号の強度を図のようにＥ₀、放電光の
最大値に対応する電気信号の強度をＥ_dとすると、Ｅ_d
／Ｅ₀がＳＮ比になる。前述の遮光板１０７は外来ノイ
ズ成分Ｅ ₀を小さくするために設けられたものである
が、放電光が検出される方向からも太陽の反射光が蛍光
ファイバ２０に侵入するので外来ノイズ成分Ｅ₀をあま
り小さくすることはできない。ただ、放電光は周知のよ
うに非常に明るい光源であるので、実用上充分なＳＮ比
が得られる。光検出器１０の検出部１３による放電光発
生の有無の判定はこのＳＮ比が考慮されて電気信号強度
Ｅ_dに対する判定値が定められ、電気信号強度Ｅ_dがこ
の判定値を越えたときに放電光が発生したものと判定さ
れる。

【００１６】図１において、光検出器１０は光ファイバ
１ａの端部にしか設けてられていないが、これを光ファ
イバ１ｎの端部にも設けて光検出ファイバ１００の両側
で蛍光を検出する構成を採用することも可能である。そ
の場合、両端の２つの光検出器１０の２値としての検出
結果としての信号をそれぞれＯＲ回路に入力することに
よってどちから一方で蛍光が検出されたらどれかの放電
部３１で放電があったと判定することができる。特に光
検出ファイバ１００の全長が長くて減衰量が大きい場合
には図１の構成では例えば放電部３１ｎでの放電光の検
出感度が低下することになるが、前述のように両側に光
検出器１０を設けことによってこのような欠点を解決す
ることができる。

【００１７】図５はこの発明の別の実施例を示す放電監
視装置の模式図、図６は図５の光検出器のブロック図で
ある。これらの図において、光検出ファイバ１００の両
端がそれぞれ光検出器４０に接続されており、光ファイ
バ１ａが発光器としてのＥ／Ｏ変換部４１に接続され、
光ファイバ１ｎが光分岐器４２を介して２つの光フィル
タ４３１，４３２に接続されこれらはまたそれぞれ検出
器４４１，４４２に接続されている。

【００１８】図１と同じような放電光の検出は後述のよ
うに検出器４４１によって行われる。また、Ｅ／Ｏ変換
部４１は断線検出光を発光するためのもので、この断線
検出光が光検出ファイバ１００を通って光検出器４０に
達したものは検出器４４２によって検出される。蛍光フ
ァイバ２０によって発生する蛍光の波長領域は混入され
る蛍光物質によって決まる。実際には波長が５００ｎｍ
前後のものが実用されている。したがって、光フィルタ
４３１では波長が８００ｎｍ以下の光だけが通過するよ
うにしておく。一方、Ｅ／Ｏ変換部４１で発光する光は
例えばＬＥＤで発光される１３５０ｎｍの赤外光を使用
し光フィルタ４３２として波長が８００ｎｍ以上の光だ
けを通過させるものにする。そうすると、放電光によっ
て発生した蛍光は検出器４４１だけに検出され、Ｅ／Ｏ
変換部４１の発光は検出器４４２だけに検出される。し
たがって、Ｅ／Ｏ変換部４１を発光させて検出器４４２
だ受光することによって光検出ファイバ１００が断線し
ているかどうかを放電光の有無とは無関係に検出するこ
とができる。また、放電光の検出の際にＥ／Ｏ変換部４
１の発光がノイズとなって検出感度を低下させる恐れも
ない。

【００１９】図７は図５及び図６の各部の光信号、電気
信号の波形を示す波形図であり、図４と同じ要素には共
通の名称及び表現を用いて詳しい説明を省く。この図に
おいて、最上の波形はＥ／Ｏ変換部４１が発光する断線
検出光、その下の波形図は放電光、その下がその蛍光出
力、その下がこの蛍光出力が光検出ファイバ１００によ
って伝送され、光分岐器４２、光フィルタ４３１を介し
て検出器４４１に入力された入力光、その下が検出器４
４２の入力光、下から２つ目が検出器４４１の出力信
号、最下が検出器４４２の出力信号である。

【００２０】放電光、蛍光出力、検出器４４１入力光、
検出器４４１出力はそれぞれ図４の放電光、蛍光出力、
Ｏ／Ｅ変換器入力光及び電気信号と基本的に同じであ
る。ただ、分岐器４２や光フィルタ４４１を通過するた
めに減衰量が大きいという点が異なるだけである。ま
た、断線検出光の成分が光フレルタ４３１を僅かながら
でも通過する成分もある。なお、断線検出光の波長は前
述のように蛍光よりも長い波長のものが使用されるの
で、この断線検出光によって蛍光物質が蛍光を発すると
いうことはない。

【００２１】断線検出光はその強度がＰ_Cであり、これ
が光検出ファイバ１００、光分岐器４２及び光フィルタ
４３２で減衰して検出器４４２の入力光でＰ_C1になる。
この入力光が検出器４４２によって電気信号に変換され
て出力される。検出器４４２の入力光には光フィルタ４
３２で除去しきれない放電光による蛍光が含まれるが断
線検出の機能に支障が生ずるほどの値ではない。

【００２２】この図に示すように、分岐器４２と光フィ
ルタ４３１，４３２によって断線検出光と蛍光を分離し
て検出することができるので、それぞれの機能である断
線検出機能と放電検出機能とが互いに独立して果たされ
る。図８はこの発明の第３の実施例を示すブロック図で
ある。この図において、光ファイバ１ａと１ｎをＯ／Ｅ
変換部１２接続しそれぞれごとのＯ／Ｅ変換器１２ａ，
１２ｎで変換された電気信号が判定器１３に入力され
る。判定器１３によって、後述するように２つの電気信
号の立ち上がりの時間差を求めこれから放電光が生じた
放電部を特定しようとするものである。

【００２３】図９は図８の各部の光信号、電気信号の波
形図であり、図８とともに動作の説明をする。時点ｔ₀
に放電部で放電光が発生するとその波形に応じた蛍光が
蛍光ファイバ内で発生するが、この蛍光は光検出ファイ
バ１００内を両端に向かって概ね２分の１ずつに別れて
反対方向に伝播する。光ファイバ１ａに伝わった光信号
はＯ／Ｅ変換器１２ａによって受光され、光ファイバ１
ｎに伝わった光信号はＯ／Ｅ変換器１２ｎによって受光
される、それぞれが電気信号に変換される。受光部から
２つのＯ／Ｅ変換器１２ａ，１２ｂまでの距離は異なる
のが普通であるから、それぞれのＯ／Ｅ変換器１２ａ，
１２ｂが出力する電気信号は図９に示すように時間差
（Δｔ）が生ずる。これらの出力信号の立ち上がり時点
に立ち上がるパルスをパルス発生器１３１ａ，１３１ｎ
によって発生させ、これを加算器１３２に入力してれら
２つのパルスが加算した信号を出力して双安定マルチバ
イブレータ１３４に入力する。周知のように、双安定マ
ルチバイブレータ１３４は最初のパルスでLow から Hig
h に変化し、２つめのパルスが入力されることによって
Low に戻る。したがって、双安定マルチバイブレータ１
３４は２つのパルスの時間差Δｔのパルス幅を持つ方形
パルスを出力する。この方形パルスを積分器１３５に入
力して方形パルスの面積を積分するとその値の波高値Ｖ
は方形パルスのパルス幅、すなわち、前述の時間差Δｔ
に比例した値となる。波高値Ｖはホールド回路１３６で
保持され図示を省略した比較器などの判定部で具体的な
放電部３１の位置の特定が行われ図１と同様に適宜表示
器で表示される。

【００２４】鉄塔ごとに放電部３１が設けられていて放
電光が検出されたときにどの鉄塔で避雷器が動作したか
を特定する場合、鉄塔の間隔は１００ｍ〜３００ｍある
ので、この間を光が伝播する時間は０．３〜１μsec と
なり、その差を検出するのは容易である。ただ、１本の
鉄塔の中の複数の放電部の放電を検出するのは困難であ
る。なお、蛍光ファイバ２０の長さはせいぜい２０cm程
度なので伝播時間への影響は無視できる。

【００２５】

【発明の効果】この発明は前述のように、複数の放電部
に設けた蛍光ファイバを光ファイバを介して直列に接続
して１本の光検出ファイバにし、この光検出ファイバの
一方又は両方の端部に光検出器を設けることによって、
放電部の１つに放電が発生してこれが蛍光ファイバに侵
入してその中で蛍光が発生すると、この蛍光は光検出フ
ァイバ内を伝播して光検出器に到達して検出されること
によって放電が発生したことを検出することができる。
光検出ファイバは１本なので光検出器の数は多くてもそ
の両端に設けた２つでよく、また、放電部から放電監視
場所までに導く光ファイバも複数の放電部に共通の１本
だけでよいので減衰量の小さな高価な光ファイバの使用
量が少なくてよい。このように部品数、量の低減によっ
て放電監視装置が安価になるととともに、光検出器の数
の低減による信頼性の向上という効果が得られる。

【００２６】また、光検出器を光検出ファイバの一方の
端部だけに設け、もう一方の端部に断線検出用の発光器
を設けて、この発光器を発光させ光検出器で光検出ファ
イバを伝わって伝播してきた光を検出すると、断線がな
ければ正常に光が検出され、１箇所でも断線箇所がある
とそこで光が途切れて検出されないことから、断線の有
無を検知することができる。断線が検出されれば、適宜
断線箇所を探しその部分を正常なものと取り替えること
によって、放電監視装置の更に信頼性向上に資するとい
う効果が得られる。このときの光検出器を、１つの光分
岐器、２つの光フィルタとその後に設けた光検出器とで
構成して前述のように断線検出用の光と放電光検出のた
めの蛍光を分離して受光することによって、断線検出機
能と放電検出機能とは互いに干渉せず独立に動作するこ
とができることから、断線検出と放電検出をそれぞれ確
実に行うことができるという効果が得られる。

【００２７】また、光検出ファイバの両側に光検出器を
設けて２つの信号の立ち上がり部の時間差を求めること
きによって放電部の位置が特定できることから、その後
の処置を迅速に行えるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例を示す放電監視装置の
ブロック図を含む模式図

【図２】図１の放電部としての避雷器とその周辺の立面
図

【図３】図２の蛍光ファイバとその周辺の詳細を示す平
面図

【図４】図１の各部の光信号、電気信号の波形図

【図５】この発明の第２の実施例を示す放電監視装置の
模式図

【図６】図５の光検出器のブロック図

【図７】図５及び図６の各部の光信号、電気信号の波形
図

【図８】この発明の第３の実施例を示す放電監視装置の
ブロック図

【図９】図８の各部の光信号、電気信号の波形図

【符号の説明】

１光検出ファイバ１ａ，１ｂ，１ｍ，１ｎ光ファイバ２０ａ，２０ｂ，２０ｍ蛍光ファイバ３１ａ，３１ｂ，３１ｍ放電部１０，４０光検出器４１Ｅ／Ｏ変換器４２分岐器４３１，４３２光フィルタ４４１，４４２検出器１２Ｏ／Ｅ変換部１２ａ，１２ｎＯ／Ｅ変換器１３判定部１３１ａ，１３１ｎパルス発生器１３２加算器１３４双安定マルチバイブレータ１３５積分器１３６ホールド回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の放電部の近傍に設けられた蛍光ファ
イバが、光ファイバを介して直列に接続されて１本の光
検出ファイバが構成され、この光検出ファイバの少なく
とも一方の端部に光検出器が設けられてなることを特徴
とする放電監視装置。
【請求項２】光検出器が光検出ファイバの一方の端部だ
けに設けられ、もう一方の端部に断線検出用の発光器が
設けられてなることを特徴とする請求項１記載の放電監
視装置。
【請求項３】光検出器が、光分岐器、この光分岐器で分
岐された一方の光の中の蛍光成分を含む所定の波長以下
の光だけを通過させる光フィルタ、この光フィルタの出
力光を電気信号に変換する光検出器、光分岐器で分岐さ
れた他方の光の中の前記所定の波長以上の光だけを通過
させる光フィルタ、この光フィルタの出力光を電気信号
に変換する光検出器とからなり、断線検出用の発光器が
発する光の波長が前記所定の波長よりも長く設定されて
なることを特徴とする請求項２記載の放電監視装置。
【請求項４】光検出ファイバの両側に光検出器が設けら
れ、これら２つの光検出器が出力する電気信号の立ち上
がり部の時間差を基に、放電光が発生した放電部が標定
されることを特徴とする請求項１記載の放電監視装置。