JPS62272158A - 検電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 （産業上の利用分野） この発明は、送・配電線路に用いられ、かつ、電線路の
零相電流あるいは零相電圧などを検出・測定するための
光センサーを用いた検電装置に関するものである。

（従来の技術） 近年、電力需要の多様化に伴い、電力供給の正確で迅速
な対応が必要となっている。このため、電力系統の供給
及び管理施設も複雑化し、かつ多様化するとともに、自
動化のシステム開発や実用化が推進されている。又、電
力供給に係わる情報の収集、例えば、線路の電圧及び電
流などの検出測定は、正確かつ迅速に、さらには、広範
囲で多数の箇所で行う必要がある。

ところで、従来多相の交流線路主に三相線路において、
零相電流及び零相電圧を検出・測定する装置として、例
えば第４図及び第５図に示すような装置があった。

零相電流を検出・測定する装置は、第４図に示すように
、電￥１ｉ５１に取付けられた変流器５２の二次側出力
端子のリード線５３が、直列に接続されるとともに、同
リード線５３の両端には抵抗体５４が接続されていた。

そして出力端子５５．５５からは、各電線５１の電流変
化に応じた電圧変化が出力されるようになっていた。

このように構成された装置では、出力端子５５゜５５か
ら平常時に出力される電気的信号は、各相電流の位相和
が零値を示す零相電流である。ところが、線路事故が発
生すると、出力端子５５．５５から出力される電気的信
号は零値を示さず、線路事故の規模に応じた電気的信号
の変化が出力される。

一方、零相電圧を検出・測定する装置は、第５図に示す
ように、電線５１に一次端子をＹ結線した三相変圧器、
もしくは、三個の単相の変圧器５６の二次側端子をΔ結
線したリード線５３の両端に抵抗体５４が接続され、出
力端子５５．５５からは、各電線５１の電流変化に応じ
た電圧変化が出力されるようになっていた。

このように構成された装置では、出力端子５５゜５５か
ら平常時に出力される電気的信号は、各相電圧の位相和
が零値を示す零相電圧である。ところが、線路事故が発
生すると、出力端子４５．４５から出力される電気的信
号は零値を示さず、線路事故の規模に応じた電気的信号
の変化が出力される。

このように、零相電流や零相電圧、もしくは、その両方
を検出することにより、線路事故が検出されていた。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、前述した従来の装置では、変流器５２あるい
は変圧器５６から導出されるリード線５３が外部から電
磁誘導を受けるので、ＳＮ比が低下して測定精度が良く
ないという欠点があった。特に、近年は、送・配電線路
の信鯨性を更に向上させて、これまで検出の困難であっ
た事故（瞬時地絡、間歇地絡など）の検出も必要となり
つつあるので、精度の高い線路電圧・電流の検出が望ま
れている。

又、リード線５３の老朽化で短絡事故の虞や、変調器５
２あるいは変圧器５６の絶縁性の低下で地絡事故の虞も
あった。

この発明は前記の事情を鑑み、絶縁性が高く、しかも、
ＳＮ比や測定精度の高い検電装置の提供を目的としてい
る。

（問題点を解決するための手段） 本発明の検電装置は、単一の発光素子と、複数の交流電
線路のそれぞれに設置した光センサーヘッドと単一の受
光素子とからなり、前記単一の発光素子より出射した光
を並列に配置した前記各々の光センサーヘッドを透過さ
せた後前記単一の受光素子により受光する構成であって
、各線路の電気的変化に応じて各々の光センサーヘッド
により強度変調された光量の和が、直流成分と交流成分
とからなることを特徴とするものである。

（作　用） 上述した構成において、装置は絶縁物で構成される光伝
送路および光学素子により絶縁信頬性が向上されるとと
もに、外部からの電磁誘導が防止される。

さらに、発光素子および受光素子をそれぞれ単一とする
ことにより、複数素子を使用した場合に生ずる発光素子
および受光素子の特性のバラツキに起因する測定精度の
悪化を有効に防止している。

これら素子の特性のバラツキは、素子の置かれた環境温
度あるいは経年変化による特性の変化に起因するもので
、特に半導体素子において顕著である。また、本構成で
は使用する部品数を減少することができる。

なお光センサーヘッドとしては、線路の電圧に感応する
ものあるいは線路に流れる電流により発生する磁界に感
応するものであって、素子内を光が通過する際先の属性
（位相、偏光、強度など）を変化させるものであり、例
えば従来公知のファラデー素子、ポッケルス素子を使用
すると好適である。

ファラデー素子を使ったセンサーヘッドの構成の一例は
偏光子、ファラデー素子、検光子よりなり、偏光子、フ
ァラデー素子、検光子の順に光が通る構成である。

′　偏光子を通過した光は直線偏光となり、厚さｌをも
つ素子を通過するが、そのとき偏光面の回転角θは外部
磁界に正比例もしくは正比例に近似できる量回転を受け
る場合 θ＝ｖ）（Ｉｌ　　　　　　　　　　　　・・・（１）
ここで、■：ベルデ定数、Ｈ：磁界強度、ｌ：素子厚で
表される。

検光子通過後の光量Ｐは、検光子を偏光子に対し４５°
傾けて配置した場合以下の（２）式で表される。

■ 一−Ｐｔａ（１＋５ｉｎ２（ｖＨ６））　　−（２１ま
た、磁界Ｈは電線路に流れる電流Ｉに比例するため Ｈ＝ａ　Ｉ＝ａ１．　ｓｉｎωｔ ここで、ａ：比例係数、■。：電流の最大値、ω：角周
波数、ｔ：時間とすると ■ ｐｏ、、＝　　Ｐｉｎ　（１＋　ｓｉｎ　２（ｖｆｆａ
ｌ））＝　　Ｐｉｎ　（１＋　ｓｉｎ　２（ｖｌａＩｏ
　ｓｉｎωｔ））・・・（３） となり、センサーヘッドを通過後の光は電線路の電流に
対応した強度変調を受けることとなる。

次にポッケルス素子を使った素子の一例は、偏光子、ポ
ッケルス素子、λ／４板、検光子よりなり、偏光子、ポ
ッケルス素子、λ／４板、検光子の順に光が通る構成で
ある。

偏光子を通過した光は直線偏光となり、素子を通過する
が、そのとき、光学的位相差φは素子に加わった電圧■
に正比例するかもしくは正比例として近似できる場合 φ＝ＣＶ１　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・
・（４）ここで、Ｃ；比例係数、Ｖ；電圧強度、２：素
子長である。

λ／４板、検光子を通過後の光量は、検光子を偏光子に
対しＯ″傾けて配置した場合以下の（５）式で表される
。

ここで、Ｖπ：半波長電圧（光を０〜１００％変調する
に必要な電圧）である。また、電圧Ｖは電線路にかかる
電圧に比例し、ｖｏ：電圧の最大値、ｂ＝比例係数とす
ると となり、センサーヘッド通過後の光は電線路の電圧に対
応した強度変調を受けることとなる。

ここで、（３）と（６）式におけるｓｉｎωｔにかかる
係数Ａが小さい場合を考えると Ｐｏｕｃ＝　−Ｐｔｎ　（１＋５ｉｎ（Ａ　ｓｉｎωｔ
）１”　　　Ｐｉｌｌ　　（１＋Ａ　ｓｉｎωｔ）　　
　　　　−（７）各三相線を流れる電流をベクトル１．
、　ｈ、　１．の振幅および位相が平常時に対しくδ１
．δ１）、（δ２゜δ２）ズレるとすると、光量Ｐは ＰヴＰＩ＋Ｐ２＋Ｐ！ ε、δが小さい範囲で考えると ・・・（９） ここで、 α となる。

であるため、 ＝（α、β） より （９１，００１式より となり光強度Ｐは直流成分と零相電流に対応した交流成
分とからなることとなる。

複数線路の電圧に対する知見も同様の計算を行うことが
でき ・・・（２） となり、合成した光は直流成分と零相電圧に比例した交
流成分とからなることとなる。

さらに本方式の検電光量の精度を上げるため、受光素子
で得られた光量を電気量に変換し、直流分と交流骨の比
をとる回路構成を用いることにより（９）、０２式より
Ｐｏを消去でき、発光素子、受光素子の変動を抑制する
ことができ、より零相電流、零相電圧を精度よく検出で
きる。

また、本方式の検電装置の精度をさらに上げるには、発
光素子より出射する光を線路に流れる交流電流の周波数
より高い周波数を有す交流あるいはパルス波で重畳し、
受光器側でこれ等周波数で同期をとる方式も可能である
。

発光素子としては発光ダイオード、半導体レーザー、気
体レーザー等があり、また受光素子としてはフォトダイ
オード、フォトトランジスタ、光電子増倍管等従来公知
のものを使用できる。

さらに、光伝送路の一部に光量調整器を設けた場合は、
発光素子から出射した光を各伝送路に等分配できるよう
調整することにより、零相電流・零相電圧をより精度よ
（検出可能となる。

（実施例） 第１図は本発明の概念を三相交流の場合を例にとって説
明するための線図である。まず、単一の発光素子１から
出射された光Ｐ０をビームスプリッタ−等の光分割手段
２により均等に３等分する。

３等分した光の各々を交流電線路３−１〜３−３のそれ
ぞれに設置した光センサーヘッド４−１〜４−３に光伝
送路５−１〜５−３を介して入射する。次に、線路３−
１〜３−３の電気的変化に応じて各々の光センサーへラ
ド４−１〜４−３により強度変調されたＰＩ＋ｐ、、　
ｐ、を、光伝送路６−１〜６−３を介して光合成手段７
により合成して光の和Ｐをとる。最後に、合成された光
Ｐを単一の受光素子８に入射して、零相電流あるいは零
相電圧の大きさに対応した交流成分の存在を検知してい
る。

天皇■上 第２図はファラデー素子を使用した本発明の検電装置を
、三相交流に応用した場合の構成を示す線図である。本
実施例では、発光素子１１にＩｎＧａＡｓＰＬＥＤ　（
波長λ＝　１．３　ｐ　ｎ＋）を使用し、受光素子２１
にＩｎＧａＡｓ　ＰＩＮ−Ｐｏを使用している。各光セ
ンサーヘッド１２−１〜１２−３の構成は、ＹＩＧ（Ｙ
ＪｅｓＯ＋ｚ）よりなるファラデー素子１３−１〜１３
−３、偏光子１４−１〜１４−３、検光子１５−１〜１
５−３、ロンドレンズ１６−１〜１６−３；　１７−１
〜１７−３および光ファイバーからなる光伝送路１８−
１〜１８−３の光量比を調整するためのアッテネータ１
９−１〜１９−３からなり、この各光センサーヘッド１
２−１〜１２−３を電線路２０〜１〜２０−３の近傍に
設けている。

この構成により、電線路２０−１〜２０−３に流れる電
流により発生した交流磁界がファラデー素子１３−１〜
１３−３に加わり、そのファラデー効果により透過する
光を偏光変調している。そのため、発光素子１１より出
射した光の１７３の光量が光分割手段２３を介して各光
伝送路１８−１〜１８−３に供給され、光センサーへラ
ド１２−１〜１２−３を通過した光は強度変調を受けた
後光合成手段２４により再び合成され受光素子２１に入
射する。なお、アッテネータ１８−１〜１８−３は各フ
ァラデー素子１３−１〜１３−３に入射する光の量が等
しくなるよう調整するために使用する。

受光素子２０に入射する光は平常時は主に直流成分であ
るが、三相交流の電線路１９−１〜１９−３に異常等が
生じて零相電流が流れた場合、零相電流に対応した交流
成分を含むことになる。最後に変換器２２において、受
光素子２０の出力は電気的に変換され、交流出力を直流
出力で除算できるようにしてあり、ＬＥＤを使用した発
光素子１１の誤差要因を除去する構成をとっている。

去旌貫主 第３図はポッケルス素子を使用した本発明の検電装置を
、三相交流に応用した場合の構成を示す線図である。本
実施例では、発光素子３１にＡＩＧａＡｓＬＥＤ　（波
長λ＝０．８５ｐｍ）を使用し、受光素子４４に５ｉＰ
ＩＮ−ＰＤを使用している。各センサーヘッド３２−１
〜３２−３の構成は、ＬｉＮｂ０：＋よりなるポッケル
ス素子３３−１〜３３−３、偏光子３４−１〜３４−３
、検光子３５−１〜３５−３、λ／４板３６−１〜３６
−３、ロッドレンズ３７−１〜３７−３；　３８−１〜
３８−３および光ファイバーからなる光伝送路３９−１
〜３９−３の光量比を調整するためのアッテネータ４０
−１〜４０−３からなる。また、各電線路４１−１〜４
１−３の電圧をアースに対しコンデンサＣ１〜Ｃ１１お
よびコンデンサｃ！ｔ　”’　Ｃ２Ｊで分割し、コンデ
ンサＣ１ｌ　〜Ｃ１１の両端電圧がポッケルス素子３３
−１〜３３−３に形成した電橋４２−１〜４２−３：　
４３−１〜４３−３に印加されるよう構成する。

この構成により、電線路４１−１〜４１−３に加わる電
圧によりポッケルス素子３３−１〜３３−３に交流の電
圧が加わり、そのポッケルス効果により透過する光を位
相変調している。そのため、発光素子３１より出射した
光の１７３の光量が光分割手段４６を介して各光伝送路
３９−１〜３９−３に供給され、光センサーヘッド３２
−１〜３２−３を通過した光は強度変調を受けた後光合
成手段４７により再び合成され受光素子４４に入射する
。なお、アッテネータ４０−１〜４０−３はポッケルス
素子３３−１〜３３−３に入射する光の量が等しくなる
よう調整するために使用する。

受光素子４４に入射する光は平常時は主に直流成分であ
るが、三相交流の電線路４１−１〜４１−３に異常等が
発生して零相電圧が生じた場合、零相電圧に対応した交
流成分を含むことになる。最後に変換器４５において、
受光素子４４の出力は電気的に変換され、交流出力を直
流出力で除算できるようにしてあり、ＬＥＤを使用した
発光素子３１の誤差要因を除去する構成をとっている。

本発明は上述した実施例にのみ限定されるものではなく
、幾多の変形、変更が可能である。例えば、上述した実
施例で使用したファラデー素子およびポッケルス素子を
利用した光センサーヘッドの代わりに、電圧あるいは磁
界による光の位相変化あるいは偏光の変化が上述した素
子と同一の関係にあるもの、例えば特開昭５８−１７２
５５７に示される光フアイバー干渉計等を用いて零相電
流あるいは零相電圧を測定することもできる。

（発明の効果） 以上詳細に説明したところから明らかなように、本発明
の検電装置によれば、伝送路として光ファイバーを使用
できるため跪縁性が高く、単一の発光素子および受光素
子を使用しているため、ＳＮ比および測定精度の高い検
電装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の概念を三相交流の場合を例にとって説
明するための線図、 第２図および第３図はそれぞれ本発明の検電装置の一実
施例を示す線図、 第４図および第５図はそれぞれ従来の検電装置の一実施
例を示す回路図である。 １、１１．３１・・・発光素子 ２、２３．４６・・・光分割手段 ３−１〜３〜３．　２０−１〜２０−３．４１−１〜４
１−３・・・電線路４−１〜４−３．　１２−１〜１２
−３．３２−１〜３２−３・・・光センサーヘッド ５−１〜５−３．６−１〜６−３．　１８−１〜１８−
３．３９−１〜３９−３・・・光伝送路 ？、２４．４７・・・光合成手段 ８、２１．４４・・・受光素子 １３−１〜１３−３・・・ファラデー素子１４−１〜１
４−３．３４−１〜３４−３・・・偏光子１５−１〜１
５−３．３５−１〜３５−３・・・検光子１６−１〜１
６−３．１７−１〜１７−３．３７−１〜３７−３．３
８−１〜３８−３・・・ロッドレンズ １９−１〜１９−３．４０−１〜４０−３・・・アッテ
ネータ２２、４５・・・変換器 ３３−１〜３３−３・・・ポッケルス素子３６−１〜３
６−３・・・λ／４板 ４２−１〜４２−３．４３−１〜４３−３・・・電極第
１図 第４図 第５図 手続補正書 昭和６１年　７月　８日 特許庁長官　宇　　賀　　道　　部　殿１、事件の表示 昭和６１年持重許　願第１１３７７０号３、補正をする
者 事件との関係　特許出願人 ４、代理人 １、明細書第４頁第１２行の［出力端子４５，４５　Ｊ
を「出力端子５５，５５　Ｊと訂正する。 ２、同第９頁第１２行の と訂正する。 ３、同第１０頁第１３行の と訂正する。 ４、同第１２頁第１行の 「 と訂正する。 ５、同第１２頁第６行の 「 と訂正する。 ６、同第１２頁第１２行のｒ　ｆ９１　、亜式より」を
「ａυ、（ロ）式より」と訂正する。 ７、同第１５頁第１０行および第１４行の「受光素子２
０］を「受光素子２１」と訂正する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、単一の発光素子と、複数の交流電線路のそれぞれに
   設置した光センサーヘッドと単一の受光素子とからなり
   、前記単一の発光素子より出射した光を並列に配置した
   前記各々の光センサーヘッドを透過させた後前記単一の
   受光素子により受光する構成であって、各線路の電気的
   変化に応じて各々の光センサーヘッドにより強度変調さ
   れた光量の和が、直流成分と交流成分とからなることを
   特徴とする検電装置。 ２、前記光センサーヘッドが光電流センサーヘッドであ
   り、前記交流成分が零相電流の大きさに対応する特許請
   求の範囲第１項記載の検電装置。 ３、前記光センサーヘッドが光電圧センサーヘッドであ
   り、前記交流成分が零相電圧の大きさに対応する特許請
   求の範囲第１項記載の検電装置。 ４、前記光センサーヘッドの偏光変調特性が、電線路の
   電流あるいは電圧に正比例かもしくは正比例として近似
   できる特性である特許請求の範囲第１項記載の検電装置
   。 ５、光伝送路が光ファイバーである特許請求の範囲第１
   項記載の検電装置。 ６、光伝送路の一部に光量調整器を設ける特許請求の範
   囲第１項記載の検電装置。