JPH0865887A - 光磁界センサを用いた短絡電流抑制装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】複雑な電気回路を必要としなく、かつ高精度に
短絡電流を検出して短絡電流抑制装置に設置されたリア
クトルを確実に投入し、短絡電流を抑制する。 【構成】電力系統５００に直列に挿入される直列コンデ
ンサ５３０と、この直列コンデンサ５３０に直列に接続
され、電力系統５００に流れる短絡電流を検出して光信
号を発する光磁界センサを有する短絡電流検出装置６０
０と、この短絡電流検出装置の光磁界センサに光ファイ
バを介して光を出射する発光源１００と、直列コンデン
サ５３０に並列に接続され、電力系統５００の電源周波
数で直列コンデンサ５３０と並列共振するリアクトル５
２０と、このリアクトル５２０に直列に接続され、短絡
電流検出装置６００からの光出力に基づきリアクトル５
２０を投入させる光スイッチ３００とを有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は短絡電流抑制装置に係
り、特に、光磁界センサを用いて短絡電流に基づくファ
ラディ回転角の変化を光出力の変化として検出して、こ
の検出した光出力により短絡電流抑制装置に配置された
リアクトルを投入する短絡電流抑制装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電力需要の増加に伴って電力系統
の広域化や大容量化が進み、系統の安定度の向上や短絡
容量増加が課題となっている。そこで、常時は系統を直
列補償し、短絡故障発生時に故障電流（短絡電流）を抑
制する方法が考えられるようになった。図８は並列共振
型短絡電流抑制装置の回路構成を示す図であり、図８に
おいて、常時は直列コンデンサＣ₁で系統を直列補償
し、短絡事故時には直列コンデンサＣ₁と並列に電源周
波数で並列共振するリアクトルＬ₁を投入し、高インピ
ーダンスのＬＣ並列共振回路を構成して短絡電流を抑制
するようにしている。このものは、リアクトルＬ₁の投
入スイッチとしてサイリスタを用いた半導体スイッチＳ
Ｗ₁を使用し、常時は半導体スイッチＳＷ₁はオフ状態で
あり、直列コンデンサＣ₁で系統を直列補償する。短絡
故障が発生した場合、短絡電流を検出して半導体スイッ
チＳＷ₁をターンオンしてリアクトルＬ₁を投入し、短絡
故障を保護するものである。なお、直列コンデンサＣ₁
には過電圧保護素子ＺｎＯが並列接続されている。

【０００３】また、図９は直列コンデンサバイパス型短
絡電流抑制装置の回路構成を示す図であり、図９におい
て、常時は直列コンデンサＣ₂とこの直列コンデンサＣ₂
に直列に接続した限流リアクトルＬ₂との合成リアクタ
ンスを容量性とすることで系統を直列補償し、短絡事故
時には直列コンデンサＣ₂をバイパスし、限流リアクト
ルＬ₂で短絡電流を抑制するようにしている。このもの
は、図８の並列共振型と同様に、バイパススイッチとし
てサイリスタを用いた半導体スイッチＳＷ₂を使用し、
常時は半導体スイッチＳＷ₂はオフ状態であり、短絡故
障が発生した場合、短絡電流を検出して、半導体スイッ
チＳＷ₂をターンオンして直列コンデンサＣ₂をバイパス
し、短絡故障を保護するものである。なお、直列コンデ
ンサＣ₂には、図８の並列共振型と同様に過電圧保護素
子ＺｎＯが並列接続されている。

【０００４】ここで、短絡電流を抑制したい期間は電力
系統に設置されている保護継電装置が動作し、遮断器Ｃ
Ｂがトリップするまでの間であり、理想的には、短絡故
障発生後、瞬時に抑制できるのがよい。このためには、
短絡故障発生時に生じる短絡電流を瞬時に検出して、半
導体スイッチＳＷ₁、ＳＷ₂のサイリスタをターンオンし
てリアクトルＬ₁を投入、または直列コンデンサＣ₂をバ
イパスする必要がある。

【０００５】一方、電力系統に流れる電流を検出するた
めに、光磁界センサを用いることが知られている。光に
よる磁界の測定は、物質の中で磁界の方向と平行に進む
直線偏光の偏光面が回転する現象、即ち、ファラディ効
果を利用している。図１０はその原理を示す図であり、
偏光子により直線偏光された光は、光磁気効果素子（フ
ァラディ素子）内を伝搬する間に、外部磁界によって偏
光面が回転し、検光子でその回転角φに応じた光強度に
変換される。この偏光面での回転角φは一般に次の式数
１によって表される。

【０００６】

【数１】φ＝Ｖ・Ｈ・Ｌ ここで、Ｖはファラディ素子のヴェルデ定数、Ｈは印加
磁界、Ｌはファラディ素子の厚みである。偏光子と検光
子の偏光方向の相対角度（光学的バイアス）をφ_Bとす
ると、検光子から出力される光強度Ｐは、次の式数２に
よって表される。

【０００７】

【数２】Ｐ＝Ｐ₀ｃｏｓ²（φ_B−φ） ここで、Ｐ₀はファラディ素子の入射光量である。磁界
検出感度を最大かつ直線性が最良となるように光学的バ
イアスφ_Bを４５°に設定すると、検光子から出力され
る光強度Ｐは、次の式数３によって表される。

【０００８】

【数３】Ｐ＝（１／２）Ｐ₀（１＋ｓｉｎ２φ） ここで、被測定磁界を交流磁界Ｈ＝Ｈ₀ｓｉｎωｔと
し、２φ《１と仮定すると、検光子から出力される光強
度Ｐは、次の式数４によって表される。

【０００９】

【数４】 Ｐ＝（１／２）Ｐ₀（１＋２Ｖ・Ｈ₀・Ｌ・ｓｉｎωｔ） このように、偏光子、光磁気効果素子（ファラディ素
子）、検光子を組み合わせることにより、印加磁界の大
きさに比例した強度の光を得ることができる。

【００１０】光磁界測定器は、これらの偏光子、光磁気
効果素子（ファラディ素子）、検光子からなる光磁界セ
ンサ部と、光送信器、光受信器、増幅器等を備えた信号
処理部とにより構成されている。図１１に光磁界測定器
の構成例を示す。図１１において、光送信器の発光ダイ
オードから出射された光は、光ファイバの中を伝搬し、
光磁界センサ部で光強度変換される。この光強度変換さ
れた光は、受光用光ファイバを介して、光受信器の受光
素子に入力されて、光−電圧変換される。この光−電圧
変換された電圧信号から光変調成分（交流成分）のみを
取り出すことにより、印加磁界を測定できる。

【００１１】ところで、光磁界センサを透過する光量
と、偏光子と検光子との相対角度（光学バイアス）の関
係は、図１２に示すような特性となる。この特性から分
かるように、偏光子と検光子との相対角度（光学バイア
ス）がπ／４（４５°）となる点が直線性が最大（直線
性誤差が最小）となり、通常、この点が基準点となるよ
うに、偏光子と検光子とを組み合わせて使用している。

【００１２】したがって、検出対象を電流とした場合、
この電流により発生する磁界を検出し、その磁界に比例
した出力を取り出すことにより、電線に流れる電流量を
検出することができる。このような目的で光磁界センサ
を用いる場合、偏光子と検光子との相対角度（光学バイ
アス）がπ／４（４５°）となるようにして使用する必
要がある。

【００１３】また、所定値以上の磁界強度によりファラ
ディ回転角が飽和する光磁気効果素子、例えば、強磁性
体よりなる光磁気効果素子を用いた光磁界センサの場
合、印加磁界に対するファラディ回転角の関係は、図１
３に示すような特性となる。この特性から分かるよう
に、印加磁界零の点を基準とし、検出電流に比例した交
流または直流の磁界が印加された場合に直線性のある領
域（０〜Ｈ_F）で使用する必要がある。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】このため、光磁界セン
サを用いて短絡電流を検出して短絡電流抑制装置に設置
されたリアクトルを投入させようとする場合、この光磁
界センサにより光強度変換した後、受光素子に入力して
光−電圧変換し、この光−電圧変換された電圧信号を増
幅して、その後フィルタを通してノイズを除去した電圧
信号と基準信号とを比較し、この電圧信号が基準信号よ
り大きい場合に短絡電流を検出して短絡電流抑制装置に
設置されたリアクトルを投入させる信号を発するように
する必要があるため、複雑な電気回路が必要になるとい
う問題を生じる。また、その電気回路自体が複雑になる
という問題も生じる。また、短絡電流を判定する場合
に、増幅してフィルタを通した電圧信号と基準信号とを
比較するため、短絡電流の判定精度にも問題を生じる。

【００１５】さらに、使用する回路素子によりその温度
特性にも考慮する必要があり、高価になるという問題も
生じる。さらに、この種光磁界センサの信頼性を担保す
るために、定期的に点検しなければならなく、その保守
も容易ではないという問題も生じる。そこで、本発明は
上記問題点に鑑みてなされたものであり、複雑な電気回
路を必要としなく、かつ高精度に短絡電流を検出して短
絡電流抑制装置に設置されたリアクトルを確実に投入で
きるようにすることを目的とするものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、短絡電流に基
づくファラディ回転角の変化を光出力の変化として検出
する光磁界センサを用いた短絡電流抑制装置であって、
本発明の構成上の第１の特徴は、電力系統に直列に挿入
される直列コンデンサと、この直列コンデンサに直列に
接続され、電力系統に流れる短絡電流を検出して光信号
を発する光磁界センサを有する短絡電流検出装置と、こ
の短絡電流検出装置の光磁界センサに光を出射する発光
源と、直列コンデンサに並列に接続され、電力系統の電
源周波数で直列コンデンサと並列共振するリアクトル
と、このリアクトルに直列に接続され、短絡電流検出装
置からの光出力に基づきリアクトルを投入させる光スイ
ッチとを有することにある。

【００１７】また、本発明の構成上の第２の特徴は、上
述の光磁界センサとして、発光源より出射された光を直
線偏光する偏光子と、この偏光子により直線偏光された
光を磁界の強度に応じてファラディ回転し所定値以上の
磁界強度によりファラディ回転角が飽和する光磁気効果
素子と、この光磁気効果素子によりファラディ回転され
た光を当該ファラディ回転角に応じた光強度に変換する
検光子とを用い、偏光子と検光子の偏光方向の相対角度
を光磁気効果素子のファラディ回転角が飽和したとき光
出力が零となるような位置関係に偏光子と検光子とを配
置するとともに、電力系統に通常の負荷状態での電流が
流れることにより発生する磁界強度で光磁気効果素子の
ファラディ回転角が飽和するような直流磁界を印加する
直流磁界印加手段を備えたことにある。

【００１８】さらに、本発明の構成上の第３の特徴は、
電力系統に短絡電流が流れることにより発生する大きな
磁界の発生方向に係わりなく光スイッチを確実に動作さ
せるために、発光源より出射された光を受光する第１の
光路と、発光源より出射された光を受光するとともに電
力系統の電線を挟んで第１の光路と平行な第２の光路と
により光磁界センサを構成したことにある。また、本発
明の構成上の第４の特徴は、上述の光スイッチとして双
方向光サイリスタを用いたことにある。

【００１９】

【発明の作用・効果】上記のように構成した本発明の短
絡電流抑制装置においては、光磁界センサによって短絡
電流を検出し、この検出出力によって直接、双方向光サ
イリスタをターンオンしてリアクトルを投入するので、
この種短絡電流抑制装置の動作信頼性が向上するととも
に、動作時間が短縮するという格別の効果を生じる。ま
た、光磁気効果素子（ファラディ素子）そのものが持つ
磁界による飽和特性を利用しているので、常に物理的に
安定した状態にあり、かつ長期間にわたってその特性が
変化しないという格別の効果を生じる。また、変電所等
の電磁ノイズの多い環境で使用しても、これらの電磁ノ
イズに何等影響されることなく、高精度で、かつ安価な
この種短絡電流抑制装置を提供できるという格別の効果
を生じる。

【００２０】また、通常の負荷状態での電流が流れるこ
とにより発生する磁界の大きさでは光出力が零となるよ
うにし、短絡電流が流れることにより発生する大きな磁
界においては光出力が得られるようになされているの
で、短絡電流の有無に対応したリアクトルを投入させる
信号を直接得ることができるようになる。そして、短絡
電流の有無に対応したリアクトルを投入させる信号の切
り換えは瞬時に行われるため、リアクトルの投入を瞬時
に行うことができるようになるという格別の効果を生じ
る。

【００２１】また、偏光子と検光子の偏光方向の相対角
度をファラディ素子のファラディ回転角が飽和したとき
光出力が零となるような位置関係に偏光子と検光子とを
配置しており、常にファラディ素子が飽和する直流磁界
が印加されているので、通常の負荷状態での電流が流れ
ることにより発生する磁界の大きさでは光出力が零とな
り、短絡電流が流れることにより発生する大きな磁界に
おいては光出力が得られ、リアクトルを投入させるため
の複雑な電気回路が一切必要でなく、短絡電流判定の精
度も格段に向上するという格別の効果を生じる。

【００２２】さらに、複雑な電気回路を一切使用してい
ないので、その電気回路の温度特性を考慮する必要もな
くなり、この種短絡電流抑制装置を安価に製造できると
いう格別の効果を生じる。また、複雑な電気回路を一切
使用していないので、短絡電流抑制装置としての信頼性
も向上し、かつ、その保守も容易になるという格別の効
果を生じる。

【００２３】また、光磁界センサは、電力系統の電線を
挟むようにして、第１の光路と、この第１の光路と平行
に配置された第２の光路とにより形成されているので、
電力系統の電線にプラス方向に短絡電流が流れても、あ
るいは、マイナス方向に短絡電流が流れても、この短絡
電流に基づいて、これらの光路のどちらかが光出力を発
するので、電力系統の電線にどの方向の短絡電流が流れ
ても短絡電流を検出してリアクトルを正確に投入させる
ことができる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の短絡電流抑制装置の実施例を
図面に基づいて説明する。図１は、本発明の光磁界セン
サを用いた短絡電流抑制装置の一実施例の全体構成を示
す図である。図１において、本実施例の光磁界センサを
用いた短絡電流抑制装置７００は、電力系統５００に直
列に挿入された直列コンデンサ５３０と、この直列コン
デンサ５３０に直列に接続され、電力系統５００に流れ
る短絡電流を検出して光信号を発する光磁界センサ２０
０（図２参照）を有する短絡電流検出装置６００と、こ
の短絡電流検出装置６００に光ファイバ６１０を介して
光を出射する発光源１００と、直列コンデンサ５３０に
並列に接続され、電源周波数で直列コンデンサ５３０と
並列共振するリアクトル５２０と、このリアクトル５２
０に直列に接続され、短絡電流検出装置６００からの光
出力を光ファイバ６５０を介して入射させ、この光出力
に基づきリアクトル５２０を投入させる双方向光サイリ
スタ３００と、直列コンデンサ５３０に並列に接続さ
れ、直列コンデンサ５３０に印加される過電圧から直列
コンデンサ５３０を保護する過電圧保護素子（ＺｎＯ）
５４０とから構成されている。

【００２５】なお、この短絡電流抑制装置７００は、複
数の絶縁碍子８１０、８１０・・・に支持された絶縁架
台８００上に載置されており、複数の絶縁碍子８１０、
８１０・・・の内１本は光が透過できる光ファイバを埋
設したオプト碍子８１１により構成されている。また、
発光源１００は、高電界、高磁界の影響を受けないよう
にするために、短絡電流抑制装置７００を収容する容器
（図示せず）の外部に設置されている。

【００２６】本実施例の短絡電流検出装置６００は、図
２に示されるように、電力系統５００の電線を挟むよう
にして第１の光路２００ａと第２の光路２００ｂとが配
置された光磁界センサ２００と、発光源１００から出射
された光を第１の光路２００ａに透過するとともに第２
の光路２００ｂに向けて９０度反射させる第１のハーフ
ミラー１１０と、第１のハーフミラー１１０により９０
度反射された光を第２の光路２００ｂに向けて９０度反
射する第１のミラー１２０と、第２の光路２００ｂより
出射された光を第１の光路２００ａに向けて９０度反射
する第２のミラー３２０と、第１の光路２００ａからの
光を透過するとともに第２の光路２００ｂより出射され
た光を９０度反射する第２のハーフミラー３１０とから
構成されている。

【００２７】光磁界センサ２００は、図２に示されるよ
うに、第１の偏光子２１０ａ、ファラディ素子からなる
第１の光磁気効果素子２２０ａおよび第１の検光子２３
０ａよりなる第１の光路２００ａと、この第１の光路２
００ａと電力系統５００の電線を挟むようにして平行に
配置された、第２の偏光子２１０ｂ、ファラディ素子か
らなる第２の光磁気効果素子２２０ｂおよび第２の検光
子２３０ｂよりなる第２の光路２００ｂと、第１の光路
２００ａ内に設置されて第１の光磁気効果素子２２０ａ
に直流磁界を印加する第１の永久磁石２４０ａと、第２
の光路２００ｂ内に設置されて第２の光磁気効果素子２
２０ｂに直流磁界を印加する第２の永久磁石２４０ｂと
から構成されている。なお、電力系統５００の電線には
紙面の裏から表に向けて電流が流れているものとする。

【００２８】なお、上述の第１のハーフミラー１１０の
代わりに偏光ビームスプリッタＰＢＳを用いてもよい。
この場合、偏光子２１０ａ、２１０ｂは不要となる。ま
た、第１のミラー１２０の代わりに偏光ビームスプリッ
タＰＢＳを用いてもよい。この場合、偏光子２１０ｂは
不要となる。

【００２９】ここで、偏光子２１０ａと検光子２３０ａ
および偏光子２１０ｂと検光子２３０ｂとは、次のよう
な位置関係となるように配置されている。即ち、第１の
偏光子２１０ａと第１の検光子２３０ａの偏光方向の相
対角度を第１の光磁界効果素子２２０ａのファラディ回
転角が飽和したとき光出力が零となるような位置関係に
第１の偏光子２２０ａと第１の検光子２３０ａとを配置
するとともに、第２の偏光子２１０ｂと第２の検光子２
３０ｂの偏光方向の相対角度を第２の光磁界効果素子２
２０ｂのファラディ回転角が飽和したとき光出力が零と
なるような位置関係に第２の偏光子２１０ｂと第２の検
光子２３０ｂとを配置している。

【００３０】偏光子２１０ａ、２１０ｂおよび検光子２
３０ａ、２３０ｂとしては誘電体膜や天然方解石を素材
とするものが、また、光磁気効果素子２２０ａ、２２０
ｂとしては、ＹＩＧ系（Ｔｂ−ＹＩＧ、Ｂｉ−ＹＩＧな
ど）等の所定値以上の磁界強度によりファラディ回転角
が飽和する特性を有する強磁性体を用いる。また、発光
源１００としては、レーザダイオード、発光ダイオード
（ＬＥＤ）、Ｈｅ−Ｎｅレーザ、Ａｒイオンレーザ等が
好適に採用される。なお、例えば、光磁界効果素子とし
てＹＩＧ素子を用いる場合は、発光源１００としては、
ＹＩＧ素子の光吸収係数が小さく、受光素子の感度があ
る１．０５μｍ付近の波長を有するものを用いる。ま
た、ＹＩＧ素子の光吸収係数が極小さい１．３μｍ付近
の波長のものを用い、ＹＩＧ素子通過後に非線形光学素
子、アップコンバージョン結晶およびガラス等を用い
て、双方向光サイリスタに適した波長に波長変換するこ
とも可能である。

【００３１】永久磁石２４０ａ、２４０ｂとしては、光
磁気効果素子２２０ａ、２２０ｂを囲う大きさの径を有
する円筒状の永久磁石を用いる。また、図３、図４に示
されるように、被測定用の電力系統５００の電線に通常
の負荷電流の範囲の電流（−Ａ₁〜＋Ａ₁）（例えば−４
ＫＡ〜＋４ＫＡ）が流れることにより生じる磁界強度
（−Ｈ₁〜＋Ｈ₁）（例えば−６８Ｏｅ〜＋６８Ｏｅ）に
おいて常に飽和領域にあるような直流磁界（Ｈ₀）（例
えば１８００Ｏｅ）を印加するものである。

【００３２】ついで、本実施例の動作を説明する。図
１、図２において、レーザダイオード、発光ダイオード
（ＬＥＤ）、Ｈｅ−Ｎｅレーザ、Ａｒイオンレーザ等か
らなる発光源１００から出射された光は、光ファイバ６
１０を介して第１のハーフミラー１１０に入射される。
この入射光は第１のハーフミラー１１０により、二方向
に分岐され、一方の光は第１のハーフミラー１１０を透
過して第１の光路２００ａの第１の偏光子２１０ａに入
射され、他方の光は第１のハーフミラー１１０により９
０度反射されて第１のミラー１２０に入射し、この第１
のミラー１２０により再度９０度反射されて第１の光路
２００ａに平行な第２の光路２００ｂの第２の偏光子２
１０ｂに入射される。この偏光子２１０ａ、２１０ｂに
入射された各々の光は偏光子２１０ａ、２１０ｂにより
各々直線偏光され、上述のファラディ素子よりなる光磁
気効果素子２２０ａ、２２０ｂに入射される。

【００３３】この光磁界効果素子２２０ａ、２２０ｂに
入射された各々の光は、電力系統５００の電線に流れる
電流により生じる磁界の強度に応じて、その偏光面がフ
ァラディ回転する。光磁界効果素子２２０ａ、２２０ｂ
によりファラディ回転された各々の光は、それぞれ検光
子２３０ａ、２３０ｂに入射され、これらの検光子２３
０ａ、２３０ｂにより各々のファラディ回転角に応じた
光強度に変換される。偏光子２１０ａと検光子２３０ａ
および偏光子２１０ｂと検光子２３０ｂとは、上述のよ
うな配置関係に配置しており、永久磁石２４０ａ、２４
０ｂにより、常に光磁界効果素子２２０ａ、２２０ｂが
飽和する直流磁界（Ｈ₀）が印加されているので、図
３、図４に示されるように、通常の負荷電流（−Ａ₁〜
＋Ａ₁）の範囲の電流（例えば−４ＫＡ〜＋４ＫＡ）が
流れることにより生じる磁界強度（−Ｈ₁〜＋Ｈ₁）（例
えば−６８Ｏｅ〜＋６８Ｏｅ）においては、即ち、図４
の時間ｔ₀〜ｔ₁までの間は検光子２３０ａ、２３０ｂよ
り出力される出力光は零となる。

【００３４】このような状態において、図４のｔ₁の時
点にて、Ａ地点において短絡、地絡等の事故が発生して
電力系統５００の電線に短絡電流Ａ₂（例えば最大電流
３１ＫＡ）が流れた場合、この短絡電流Ａ₂が流れるこ
とにより第１の光路２００ａに生じる磁界は、図４に示
されるように（−Ｈ₂）（例えば−８８０Ｏｅ）とな
り、第１の光路２００ａの光磁界効果素子２２０ａのフ
ァラディ回転角はθ_Bとなり、したがって、第１の光路
２００ａの検光子２３０ａより出力される出力光は、図
４のＢ₂で示されるような大きな光強度となる。このよ
うな大きな光強度においては、双方向光サイリスタ３０
０はターンオンし、リアクトル５２０が投入される。

【００３５】双方向光サイリスタ３００がターンオン
し、リアクトル５２０が投入されると、このリアクトル
５２０と直列コンデンサ５３０とで高インピーダンスの
ＬＣ並列共振回路が構成され、短絡電流が抑制されるこ
ととなる。なお、一旦、双方向光サイリスタ３００がタ
ーンオンすると、双方向光サイリスタ３００はこの状態
を維持し、短絡事故が回復して双方向光サイリスタ３０
０の各ゲートにターンオフ信号を導入することにより、
双方向光サイリスタ３００はターンオフする。

【００３６】一方、短絡電流Ａ₂が流れることにより第
２の光路２００ｂに生じる磁界は、図３に示されるよう
に（＋Ｈ₂）（例えば＋８８０Ｏｅ）となり、第２の光
路２００ｂの光磁界効果素子２２０ｂのファラディ回転
角はθ_Fで飽和したままであるので、第２の光路２００
ｂの検光子２３０ｂより出力される出力光は零のままで
ある。

【００３７】続いて、図４のｔ₂の時点において、電力
系統５００の電線に短絡電流Ａ₂とは逆向きの短絡電流
Ａ₃が流れた場合、この短絡電流Ａ₃が流れることにより
第２の光路２００ｂに生じる磁界は、図４に示されるよ
うに（−Ｈ₃）となり、第２の光路２００ｂの光磁界効
果素子２２０ｂのファラディ回転角はθ_Cとなり、した
がって、第２の光路２００ｂの検光子２３０ｂより出力
される出力光は、図４のＢ₃で示されるような大きな光
強度となる。しかしながら、双方向光サイリスタ３００
は既にターンオンされているので、双方向光サイリスタ
３００はこの状態を継続する。一方、短絡電流Ａ₃が流
れることにより第１の光路２００ａに生じる磁界は、図
３に示されるように（＋Ｈ₃）となり、第１の光路２０
０ａの光磁界効果素子２２０ａのファラディ回転角はθ
_Fで飽和したままであるので、第１の光路２００ａの検
光子２３０ａより出力される出力光は零のままである。

【００３８】同様にして、Ａ₄、Ａ₆、Ａ₈、Ａ₁₀の短絡
電流が電力系統５００の電線に流れた場合には、第２の
光路２００ｂの第２の光磁界効果素子２２０ｂのファラ
ディ回転は飽和したままであるが、第１の光路２００ａ
の第１の光磁界効果素子２２０ａがファラディ回転して
第１の検光子２３０ａより光が出力（Ｂ₄、Ｂ₆、Ｂ₈、
Ｂ₁₀）される。一方、Ａ₅、Ａ₇、Ａ₉の短絡電流が電力
系統５００の電線に流れた場合には、第１の光路２００
ａの第１の光磁界効果素子２２０ａのファラディ回転は
飽和したままであるが、第２の光路２００ｂの第２の光
磁界効果素子２２０ｂがファラディ回転して第２の検光
子２３０ｂより光が出力（Ｂ₅、Ｂ₇、Ｂ ₉）される。

【００３９】しかしながら、これらの場合も、双方向光
サイリスタ３００は既にターンオンしているので、双方
向光サイリスタ３００はこの状態を継続し、短絡事故が
回復して双方向光サイリスタ３００の各ゲートにターン
オフ信号を導入することにより、双方向光サイリスタ３
００はターンオフする。

【００４０】以上に説明したように、本実施例において
は、各々の偏光子２１０ａ、２１０ｂと各々の検光子２
３０ａ、２３０ｂの偏光方向の相対角度を各々の光磁界
効果素子２２０ａ、２２０ｂのファラディ回転角が飽和
したとき光出力が零となるような位置関係に各々の偏光
子２１０ａ、２１０ｂと各々の検光子２３０ａ、２３０
ｂとを配置しており、永久磁石２４０ａ、２４０ｂによ
り、常に光磁界効果素子２２０ａ、２２０ｂが飽和する
直流磁界（Ｈ₀）が印加されているので、通常の負荷状
態で電力系統５００の電線に電流が流れることにより発
生する磁界の大きさ（−Ｈ₁〜＋Ｈ₁）では光出力が零と
なり、短絡電流が流れることにより発生する大きな磁界
においては光出力が得られることとなるので、短絡電流
の有無に対応して双方向光サイリスタ３００をターンオ
ンさせてリアクトル５２０を投入することができる。

【００４１】そして、短絡電流の有無に対応した双方向
光サイリスタ３００をターンオンさせる信号の切り換え
は瞬時に行われるため、リアクトル５２０の投入を瞬時
に行うことができるようになるという格別の効果を生じ
る。また、短絡電流検出のための複雑な電気回路が一切
必要でなく、短絡電流判定の精度も格段に向上するとい
う格別の効果を生じる。さらに、複雑な電気回路を一切
使用していないので、その電気回路の温度特性を考慮す
る必要もなくなり、この種、短絡電流抑制装置７００を
安価に製造できるという格別の効果を生じる。また、複
雑な電気回路を一切使用していないので、短絡電流抑制
装置７００としての信頼性も向上し、かつ、その保守も
容易になるという格別の効果を生じる。

【００４２】また、光磁界センサ２００は、電力系統５
００の電線を挟むようにして、第１の光路２００ａと、
この第１の光路２００ａと平行に配置された第２の光路
２００ｂとにより形成されているので、電力系統５００
の電線にプラス方向に短絡電流が流れても、あるいは、
電力系統５００の電線にマイナス方向に短絡電流が流れ
ても、この短絡電流に基づいて、これらの光路２００ａ
もしくは２００ｂのどちらかが光出力を発するので、電
力系統５００の電線にどの方向の短絡電流が流れても短
絡電流を検出して双方向光サイリスタ３００をターンオ
ンさせてリアクトル５２０を正確に投入することができ
る。

【００４３】なお、簡易型の光磁界センサとすることも
できる。この場合、第２の光路２００ｂをなくし、電力
系統５００の電線にプラス方向の短絡電流が流れた時の
み、短絡電流が検出できるようにする。この場合、当
然、ハーフミラー１１０、３１０およびミラー１２０、
３２０は不要となる。

【００４４】変形例１ 以下、本実施例の第１変形例を図面に基づいて説明す
る。図５は第１変形例の全体構成を示す図であり、図５
において、本第１変形例の短絡電流検出装置６００は、
電力系統５００の電線を挟むようにして第１の光路２０
０ａと第２の光路２００ｂとが配置された光磁界センサ
２００を配置するとともに、発光源１００から出射され
た光を光ファイバ６１０を介して入射させて第１の光路
２００ａと第２の光路２００ｂに分岐する第１の光ファ
イバカプラー１４０と、この第１の光ファイバカプラー
１４０から第１の光路２００ａに出射する光ファイバ６
１０ａと、第２の光路２００ｂに出射する光ファイバ６
１０ｂと、第１の光路２００ａからの光を出射する光フ
ァイバ６５０ａと、第２の光路２００ｂからの光を出射
する光ファイバ６５０ｂと、両光ファイバ６５０ａ、６
５０ｂからの光を入射させて合成する第２の光ファイバ
カプラー３４０とから構成されている。なお、光磁界セ
ンサ２００の構成およびその動作は上述の実施例と同様
であるので、その説明は省略する。

【００４５】本第１変形例においては、ハーフミラーお
よびミラー等を使用しなくて、光ファイバにより直接各
光路２００ａ、２００ｂに光を導くようにしているの
で、光が減衰することがなく、効率よく短絡電流を検出
できるようになる。また、１つの発光源を使用して光フ
ァイバカプラー１４０により光を分岐して各光路２００
ａ、２００ｂに光を導入し、あるいは各光路２００ａ、
２００ｂから光を導出して光ファイバカプラー３４０に
より合成するので、この種短絡電流検出装置を安価に製
造することができるようになる。

【００４６】変形例２ 以下、本実施例の第２変形例を図面に基づいて説明す
る。本第２変形例は、発光源を２つ用いたことにその特
徴がある。図６は第２変形例を示す図であり、図６にお
いて、本第２変形例の短絡電流抑制装置７００は、電力
系統５００の電線を挟むようにして第１の光路２００ａ
と第２の光路２００ｂとが配置された光磁界センサ２０
０を配置するとともに、この第１の光路２００ａに光を
出射する第１の発光源１５０と、この第１の発光源１５
０から出射された光を第１の光路２００ａに入射させる
光ファイバ６１０と、第２の光路２００ｂに光を出射す
る第２の発光源１６０と、この第２の発光源１６０から
出射された光を第２の光路２００ｂに入射させる光ファ
イバ６３０と、第１の光路２００ａからの光を出射する
光ファイバ６５０ｃと、第２の光路２００ｂからの光を
出射する光ファイバ６５０ｄと、両光ファイバ６５０
ｃ、６５０ｄからの光を入射して合成する光ファイバカ
プラー３５０と、光ファイバカプラー３５０からの光を
双方向光サイリスタ３００に出射する光ファイバ６５０
とから構成されている。

【００４７】本第２変形例においては、ハーフミラーお
よびミラー等を使用しなくて、直接各光路２００ａ、２
００ｂ用の発光源１５０および１６０により、各光路２
００ａ、２００ｂに光を導くようにしているので、光が
減衰することがなく、効率よく短絡電流を検出できるよ
うになる。

【００４８】なお、上述の実施例および第１、第２変形
例においては、永久磁石２４０ａおよび２４０ｂにより
印加する直流磁界はＨ₀と固定されていたが、光磁界セ
ンサ２００を設置する系統により、系統の短絡、故障に
起因して発生する短絡電流の大きさの程度が相違するの
で、永久磁石２４０ａおよび２４０ｂにより印加する直
流磁界の大きさをそれらの系統に対応させる必要があ
る。この場合、図７に示されるように、系統の短絡、故
障に起因して発生する短絡電流が大きい系統の場合は、
永久磁石２４０ａおよび２４０ｂにより印加する直流磁
界をＨ₀₁からＨ₀₂に変化させるようにする。

【００４９】例えば、永久磁石２４０ａおよび２４０ｂ
により印加する直流磁界をＨ₀₁、Ｈ₀₂となるように設定
しておき、光磁気効果素子２２０ａ、２２０ｂの位置を
変更することによって実現できる。また、直流磁界Ｈ₀₁
を印加した光磁気効果素子２２０ａ、２２０ｂと、直流
磁界Ｈ₀₂を印加した光磁気効果素子２２０ａ、２２０ｂ
を用意しておき、設置する系統によりこれらを切り換え
ることによっても実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の全体構成の概略を示す図であ
る。

【図２】図１の短絡電流検出装置の概略を示す図であ
る。

【図３】本発明の光磁界センサに用いる光磁気効果素子
（ファラディ素子）の印加磁界とファラディ回転角の関
係を示す図である。

【図４】負荷電流と光磁界センサ出力および受光素子出
力の関係を示す図である。

【図５】本発明の実施例の第１変形例を示す図である。

【図６】本発明の実施例の第２変形例を示す図である。

【図７】本発明の光磁界センサの直流磁界を変化させた
場合の光磁気効果素子（ファラディ素子）の印加磁界と
ファラディ回転角の関係を示す図である。

【図８】従来の短絡電流抑制装置の一例を示す図であ
る。

【図９】従来の短絡電流抑制装置の他の例を示す図であ
る。

【図１０】ファラディ効果を示す原理図である。

【図１１】一般的な光磁界測定器の構成例を示す図であ
る。

【図１２】偏光子と検光子との偏波面の相対角度と出力
光強度との関係を示す図である。

【図１３】強磁性体の光磁気効果素子（ファラディ素
子）のの印加磁界とファラディ回転角の関係を示す図で
ある。

【符号の説明】

１００、１５０…光源、２００ａ、２００ｂ…光磁界セ
ンサ、２１０ａ、２１０ｂ…偏光子、２２０ａ、２２０
ｂ…光磁気効果素子（ファラディ素子）、２３０ａ、２
３０ｂ…検光子、３００…受光部、３１０、３４０…受
光素子、４００…遮断器、５００…電力系統。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】過電流に基づくファラディ回転角の変化を
   光出力の変化として検出する光磁界センサを用いた短絡
   電流抑制装置であって、 電力系統に直列に挿入される直列コンデンサと、 前記直列コンデンサに直列に接続され、電力系統に流れ
   る短絡電流を検出して光信号を発する光磁界センサを有
   する短絡電流検出装置と、 前記短絡電流検出装置の光磁界センサに光を出射する発
   光源と、 前記直列コンデンサに並列に接続され、電力系統の電源
   周波数で前記直列コンデンサと並列共振するリアクトル
   と、 前記リアクトルに直列に接続され、前記短絡電流検出装
   置からの光出力に基づき前記リアクトルを投入させる光
   スイッチと、を有することを特徴とする光磁界センサを
   用いた短絡電流抑制装置。
2. 【請求項２】過電流に基づくファラディ回転角の変化を
   光出力の変化として検出する光磁界センサを用いた短絡
   電流抑制装置であって、 電力系統に直列に挿入される直列コンデンサと、 前記直列コンデンサに直列に接続され、電力系統に流れ
   る短絡電流を検出して光信号を発する光磁界センサを有
   する短絡電流検出装置と、 前記短絡電流検出装置の光磁界センサに光を出射する発
   光源と、 前記直列コンデンサに並列に接続され、電力系統の電源
   周波数で前記直列コンデンサと並列共振するリアクトル
   と、 前記リアクトルに直列に接続され、前記短絡電流検出装
   置からの光出力に基づき前記リアクトルを投入させる光
   スイッチと、を有し、 前記光磁界センサは、前記発光源より出射された光を直
   線偏光する偏光子と、前記偏光子により直線偏光された
   光を磁界の強度に応じてファラディ回転し所定値以上の
   磁界強度によりファラディ回転角が飽和する光磁気効果
   素子と、前記光磁気効果素子によりファラディ回転され
   た光を当該ファラディ回転角に応じた光強度に変換する
   検光子とを備え、 前記偏光子と前記検光子の偏光方向の相対角度を前記光
   磁気効果素子のファラディ回転角が飽和したとき光出力
   が零となるような位置関係に前記偏光子と前記検光子と
   を配置するとともに、 電力系統に通常の負荷状態での電流が流れることにより
   発生する磁界強度で前記光磁気効果素子のファラディ回
   転角が飽和するような直流磁界を印加する直流磁界印加
   手段を備えたことを特徴とする光磁界センサを用いた短
   絡電流抑制装置。
3. 【請求項３】過電流に基づくファラディ回転角の変化を
   光出力の変化として検出する光磁界センサを用いた短絡
   電流抑制装置であって、 電力系統に直列に挿入される直列コンデンサと、 前記直列コンデンサに直列に接続され、電力系統に流れ
   る短絡電流を検出して光信号を発する光磁界センサを有
   する短絡電流検出装置と、 前記短絡電流検出装置の光磁界センサに光を出射する発
   光源と、 前記直列コンデンサに並列に接続され、電力系統の電源
   周波数で前記直列コンデンサと並列共振するリアクトル
   と、 前記リアクトルに直列に接続され、前記短絡電流検出装
   置からの光出力に基づき前記リアクトルを投入させる光
   スイッチと、を有し、 前記光磁界センサは、前記発光源より出射された光を受
   光する第１の光路と、前記発光源より出射された光を受
   光するするとともに、電力系統の電線を挟んで前記第１
   の光路と平行に形成された第２の光路とを有し、 前記光磁界センサの第１の光路および第２の光路は、 前記発光源より出射された光を直線偏光する偏光子と、 前記偏光子により直線偏光された光を磁界の強度に応じ
   て偏光面がファラディ回転し、所定値以上の磁界強度に
   よりファラディ回転角が飽和する光磁気効果素子と、 前記光磁気効果素子によりファラディ回転された光を当
   該ファラディ回転角に応じた光強度に変換する検光子
   と、をそれぞれ有し、 前記偏光子と前記検光子の偏光方向の相対角度を前記光
   磁気効果素子のファラディ回転角が飽和したとき光出力
   が零となるような位置関係に前記偏光子と前記検光子と
   をそれぞれ配置するとともに、 通常の負荷状態での電流が流れることにより発生する磁
   界強度で前記光磁気効果素子のファラディ回転角が飽和
   するような直流磁界を印加する直流磁界印加手段を備え
   たことを特徴とする光磁界センサを用いた短絡電流抑制
   装置。
4. 【請求項４】前記光スイッチを双方向光サイリスタによ
   り構成したことを特徴とする請求項１乃至３記載の光磁
   界センサを用いた短絡電流抑制装置。