JPH0642214Y2

JPH0642214Y2 - 電流計測装置

Info

Publication number: JPH0642214Y2
Application number: JP1987126378U
Authority: JP
Inventors: 耕一杉山; 順夫安藤; 裕志川神
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 1987-08-21
Filing date: 1987-08-21
Publication date: 1994-11-02
Anticipated expiration: 2002-08-21
Also published as: JPS6433077U

Description

【考案の詳細な説明】［産業上の利用分野］本考案は電流を計測して光出力する電流計測装置に係
り、特に光変換回路に自己診断機能を持たせたものに関
する。

［従来の技術］光出力タイプの電流計測装置は広範な分野で使用される
が、絶縁度が高いことから特に高電圧・高電流を取扱う
分野で利用されることが多い。これを送電線故障区間標
定システムで用いられる計測装置を例にとって説明す
る。この装置は故障点を標定するために故障時の架空地
線に流れる電流を変成器を用いて光を検知するものであ
る。

現在開発されているこの種の電流計測装置としては、ア
ナログ出力タイプとパルス出力タイプの２種類がある。

前者は、例えば「送電線故障区間標定システムの開発」
昭和61年電気学会全国大会,A−166に記載されているよ
うに、電流値の大きさに比例した光出力を出すもので、
ダイナミックレンジを大幅に拡大しずらいという欠点を
有している。

後者は、変成器の飽和特性を利用しており、電流値が大
きくなる程光出力パルス幅が狭くなり、このパルス幅を
計測することによって電流値を計測するものである。ダ
イナミックレンジを広くできるものの、電流に含まれて
いる高調波やノイズの影響を受けやすく、精度上問題が
あった。

このような欠点や問題は送電線故障区間標定システムで
用いられる計測装置に限られるものではなく、他分野の
光式の電流計測装置にも当てはまる。

上記したように、アナログ出力タイプの電流計測装置で
はダイナミックレンジを大きくとれず、またパルス出力
タイプのものでは、ダイナミックレンジは大きくとれる
が、精度の点で問題があった。

これらの原因は、前者にあっては２次電流波形そのもの
を光出力に変換することにあり、後者にあっては２次電
流波形の一部を光出力に変換するようにしてあるもの
の、飽和電流のレベル設定、即ち一点設定によってパル
ス幅を得ていることにある。

そこで、本考案者は先に、電流の大きさをパルス発生頻
度に変換することによって、上記した従来技術の欠点を
解消し、計測レンジが大きくとれて、しかも精度良く計
測できる電流計測装置を提案した（特願昭62−105322号
明細書）。

［考案が解決しようとする問題点］上記した電流計測装置では、電流の大きさをパルス発生
頻度に変換して精度良く計測できるようにしてある。

しかし、いくら精度が良くなっても、一度、装置が故障
した場合には無意味になる。もし、計測結果が出鱈目に
なれば一見して故障とわかるが、それらしい計測結果が
出たときは故障していることが容易にはわからない。従
って、故障がわからないまま誤った結果を、精度の良い
結果として処理してしまう可能性がある。

また、変成器の出力電流が零のときには、計測結果が出
ないため、全く故障を知ることができない。従って、故
障した計測装置を放置したまま、次の計測に備えるとい
う事態に陥ってしまうことになる。

本考案の目的は、上記した従来技術の欠点を解消して計
測レンジが大きくとれ、精度良く計測できる上に、更に
自己診断機能を備えた電流計測装置を提供することにあ
る。

［問題点を解決するための手段］本考案の要旨は、１次電流によって変成器の２次側に発
生する２次電流を整流してコンデンサに充電する充電回
路と、コンデンサに充電された充電量が所定値に達する
毎に放電して電流半波当りの放電回数を１次電流の大き
さに比例させる放電回路と、放電回路の放電電流で発光
する発光手段と、パルス発生器とタイマで構成され該発
光手段に適当な時間間隔でパルス電圧を発生させて規則
的に電流を流して上記放電回路とは別個に発光手段を発
光させる自己診断回路と、発光手段の放電電流による発
光回数を計数して１次電流を計測すると共に、規則電流
による発光回数を計数して回路故障を判定する計測手段
とを備えたことにある。

［作用］高調波やノイズを重畳した１次電流が流れても、変成器
の２次巻線抵抗と充電回路のコンデンサとによってノイ
ズは積分された形で、また高調波はコンデンサによって
バイパスされた形で上記１次電流がコンデンサに充電さ
れる。このため、高調波やノイズは吸収ないし平滑化さ
れて、コンデンサには１次電流の基本波成分のみが充電
される。充電回路のコンデンサに充電された充電量の、
放電回路における放電時間を短くすると、電流半波当り
の放電回路が増加して、１次電流の大きさが、より多い
発光回数で計測される。

一方、自己診断回路の規則電流によって発光手段から出
力される発光回数もまた、計測手段に導かれる。発光回
数が規則電流に対応しているのであれば、装置は正常と
判定され、逆に発光回数が規則電流と不一致であれば、
装置は故障と判定される。この場合において、規則電流
は放電回路の放電電流とは別個に発光手段に流れるの
で、変成器の２次側に２次電流が発生していないときに
も故障診断がなされる。

［実施例］本考案の実施例を第１図〜第６図を用いて説明する。

第１図は本考案の電流計測装置の実施例を示す。変成器
CT内を電線１が貫通して１次側を構成し、この１次側電
線１に流れる１次電流I₀で変成器CTを励磁する。

変成器CTの２次側には電気／光変換回路（E/O回路）２
を構成する充電回路10と放電回路11とが接続されてい
る。充電回路10はダイオードD₁と抵抗R₁，コンデンサＣ
で主に構成され、コンデンサＣと変成器CTの２次巻線抵
抗及び抵抗R₁から決まる時定数でコンデンサＣに２次電
流の正の半波成分が充電される。なお、R₂及びD₂は保護
用の抵抗，ダイオードである。

放電回路11は充電回路10のコンデンサＣに並列に接続さ
れ、リアクタL,抵抗R₃を直列に挿入した発光ダイオード
LEDに、サイリスタSCRを直列接続して構成されている。
リアクタＬはコンデンサＣと共に、適当な電圧のときに
サイリスタSCRをOFFにするための共振素子である。サイ
リスタSCRのゲートには、アノードと接地間に直列接続
されたツエナーダイオードZDと抵抗R₄との接続点がつな
がれている。

12は本装置が正常に動作することを診断するために設け
た自己診断回路であり、パルス発生器13とタイマ14で構
成され、その出力を、放電回路11の抵抗R₃と発光ダイオ
ードLEDの直列回路の両端に加えるようになっている。
自己診断回路12は適当な時間間隔でパルス電圧を発生さ
せて、規則的な電流を発光ダイオードLEDに加え、放電
回路11の放電電流の他にダイオードLEDを規則的に発光
させ得る。

上記発光ダイオードLEDには光ファイバケーブル４が接
続され、光ファイバケーブル４の遠端部には発光ダイオ
ードLEDの発光信号を電気信号に変換して発光信号数を
カウントする計測手段６が接続されている。

この計測手段６は、また、規則電流によって発光ダイオ
ードLEDが発光する発光回数を計数して回路故障を判定
する機能を有する。即ち、故障が生じれば発光回数が零
となるか、又は規則的な発光と異なる発光が生じるた
め、故障の判定が可能となる。

次に第１図に示す回路の動作について説明する。電線１
に電流I₀が流れると、ダイオードD₁の導通方向の半波成
分のときコンデンサＣが充電される。コンデンサＣに充
電される充電電圧がツエナーダイオードZDの動作電圧を
超えると、サイリスタSCRのゲートにトリガ電流が流れ
るため、サイリスタSCRがONする。サイリスタSCRのONに
よってコンデンサＣに充電された電荷が直列接続された
リアクタL,抵抗R₃を介して放電され、これらに直列接続
されている発光ダイオードLEDをパルス発光させる。こ
の発光ダイオードLEDのパルス光は光ファイバケーブル
４を介して計測手段６に伝送される。

放電回路の放電が停止すると、コンデンサＣは再び充電
を開始し、この充電電圧がツエナーダイオードZDの動作
電圧に達すると再放電する。この状況を図示したものが
第２図であり、１次電流I₀が正のときで、その大きさが
大きい程放電パルスＰの数が増大する。

すなわち、変成器CTの出力電流が大きくなる程、コンデ
ンサＣは早く充電されるため、放電発生頻度は高くな
る。

ところで、１次電流半波当りの光パルス数が多ければ多
いほど検出精度が上がる。したがって、第１図に示すコ
ンデンサＣと抵抗R₃とで決まる時定数を小さく選定し、
光パルス幅を狭くすることによってダイナミックレンジ
を大きくとることができる。

この半サイクル中のパルス数Ｎをカウントし、１次電流
I₀との関係を示したものが第３図となる。したがって、
パルス数を第１図中の計測手段６側でカウントすると、
１次電流I₀の大きさを計測できる。

この場合において、変成器CTの出力電流の大きさによら
ず、コンデンサＣの充電電圧はツエナーダイオードZDの
動作電圧と等しい値となる。従って、変成器出力電圧
は、出力電流を大きくしても一定値（動作電圧の数倍程
度）に設定できることとなり、その結果変成器CTの磁気
コアを小型化できる。

一方、発光ダイオードLEDには放電回路11とは別個に設
けた自己診断回路12からも規則的な電流が加えられる。
即ち、自己診断回路12で発生した適当な時間間隔のパル
ス電圧が発光ダイオードLEDに加えられると、発光ダイ
オードLEDで光パルスに変換され、計測手段６で受信さ
れる。そして、その受信結果から、E/O回路２から計測
手段６の初段に当る光／電気変換回路（O/E回路）まで
が正常に動作しているか否かが診断される。このよう
に、E/O回路２内に自己診断回路12を設置しているた
め、変成器出力電流があるときは勿論、それが零のとき
でも、E/O回路２からO/E回路３までの故障を診断でき
る。その結果、誤った計測データを使ったり、故障した
計測装置を放置したままにするという不具合がなくな
る。

さて、次に上記した本電流計測装置を電力ケーブル故障
区間標定装置に用いた応用例について説明する。電力ケ
ーブル故障区間標定装置は、第４図に示すように、電気
所20,電力ケーブル21及び絶縁接続部22等で構成される
地中送電系統に設置される。

上記標定装置は変成器CT,E/O回路２等で構成されるセン
シング部，情報伝送路としての光ファイバケーブル４及
び標定回路５等で構成され、センシング部は、複数ヶ所
の絶縁接続部22に設置され、標定回路５は、電気所20内
等に設置される。

第５図はセンシング部の設置例である。地中送電系統で
は、シース回路の循環電流を低減するため、絶縁接続部
22においてクロスボンド線23でねん架を施こしている
が、クロスボンド線23の３相分に変成器CTを３ケ設置
し、この出力を配線24を用いて、E/O回路２に並列接続
することにより零相電流値化し、これを光信号として、
光ファイバケーブル４を介してO/E回路３に導き、ここ
で、電気情報に変換した後、標定回路５にて、送電線路
の故障区間を標定するものである。O/E回路３と標定回
路５とから本考案の計測手段が構成される。

本実施例では、１回線分のみしか示してないが、２回線
以上の送電系統でも同様なシステムが構成でき、この場
合でも、変成器CTは１台／相必要となるが、E/O回路2,O
/E回路３及び光ファイバケーブル４は、各１組で対応で
きる。

第６図は、電力ケーブル線路で地絡故障が発生したとき
の金属シース回路の零相電流を計算した例であり、故障
点を境にして、その両側で、片電源系統の場合（第６図
ａ）は電流値ｉが、両電源系統の場合（第６図ｂ）には
位相φが大巾に変化することが分かる。従って、上記し
た電力ケーブル故障区間標定装置を用いれば電力ケーブ
ル線路に沿って設置した複数個のセンシング部により、
零相電流を検出し、標定回路５で、零相電流の大きさや
位相を比較することによって、故障区間を標定できる。

なお、第６図の計算例は１回線送電線路の計算例である
が２回線以上の送電線路でも、シース零相故障電流とし
ては全く同様な分布を示す。このため、例えば、第１図
に点線で示すように変成器を並列接続して各シース電流
を並列にE/O回路２に入力すればシース零相電流を検出
できるので、このような複数回路でもE/O回路等は１回
線系統と同じ数だけ設置すれば良い。

上記した電力ケーブル故障区間標定装置によれば、入力
電流が大きくても変成器出力電圧を一定にできる本電流
計測装置を使っているため、変成器の飽和電圧を低く設
定できる上、さらに電力ケーブル本体ではなくこれより
小径のクロスボンド線に変成器を設置するため、変成器
を大幅に小型化できる。

また、零相電流情報としてシース回路の零相成分を利用
しているため、E/O回路，光ファイバケーブル,O/E回路
を各相ごとに設置する必要はなく、計測箇所当り１組設
置すれば目的を達成できることとなる。従って、大幅に
回路構成を単純化でき、これにより、比較的割高な光学
部品（例えばLED,光ファイバケーブル）が少なくなっ
て、より安価に構成できる。

［考案の効果］本考案によれば次の効果がある。

（１）本装置は充電回路を設けて、１次電流半波当りの
発光回数を１次電流の積分値に比例するようにしたの
で、１次電流に高調波やノイズが重畳していても、これ
らに影響されない。また。放電回路を設けて、１次電流
の大きさを放電回数に変換するようにしたので、放電時
間を短くするこによって電流計測レンジを大幅に拡大で
きる。

（２）更に、本装置内に自己診断回路を設けて、放電電
流とは別個に発光手段を規則的に発光させるようにした
ので、変成器の２次電流が零のときでも、本装置の故障
を診断できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る電流計測装置の一実施例を示す回
路図、第２図は同じく動作説明図、第３図は同じく回路
特性図、第４図は本考案の電流計測装置を電力ケーブル
故障区間標定装置に用いた場合の布設例を示す構成図、
第５図は第４図の要部詳細構成図、第６図は第４図に示
す標定装置によって得られる電力ケーブル地絡故障時の
シース零相電流の計算例を示す説明図である。図中、６は計測手段、10は充電回路、11は放電回路、12
は自己診断回路、I₀は１次電流、CTは変成器、D₁は整流
用ダイオード、Ｃはコンデンサ、LEDは発光ダイオード
である。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】１次電流によって変成器の２次側に発生す
る２次電流を整流してコンデンサに充電する充電回路
と、コンデンサに充電された充電量が所定値に達する毎
に放電して電流半波当りの放電回数を１次電流の大きさ
に比例させる放電回路と、放電回路の放電電流で発光す
る発光手段と、パルス発生器とタイマで構成され該発光
手段に適当な時間間隔でパルス電圧を発生させて規則的
に電流を流して上記放電回路とは別個に発光手段を発光
させる自己診断回路と、発光手段の放電電流による発光
回数を計数して１次電流を計測すると共に、規則電流に
よる発光回数を計数して回路故障を判定する計測手段と
を備えたことを特徴とする電流計測装置。