JPS62865A - 光方式電流変成器 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、光方式電流変成器に係り、特にファラデー効
果を利用して小電流から大電流までの電流を測定するに
好適な光方式電流変成器に関する。

〔発明の背景〕

磁界内における偏光面の回転現象すなわち磁気光学効果
を利用して電流を測定することができることは知られて
いる。その原理は、電流によって生じた磁界中に置かれ
た磁気光学効果を有する媒体すなわちファラデーセルの
中を偏光が通過する際に、偏光面が次式（１）で与えら
れる角度ψだけ回転することを利用している。

ψづＶ　、　・Ｈｔ−ｄｔ　　　　・・”（１）ここで
、■、：ベルデ定数 ＨＬ：光の進行方向の磁界の強さ ｔ　：ファラデーセル中の光路長 すなわち、この回転量ψを周知の方法で検出し、磁界の
強さＨｔから電流を測定するものである。

しかし、この原理による光方式電流変成器〈よって電力
系統の１１ｔ流を測定しようとすると、被測定電流が作
る磁界とそれ以外の導体が作る磁界との区別が原理上難
しいため、大きな誤差が生じてしまう。

このような問題を解消するものとして提案されたのが特
開昭５８−１５３１７４号公報に示されるものであり、
第１図および第２図に示す構成となっている。第１図に
おいて入射側は、光源駆動回路１、発光ダイオード等の
光源２及び光源２の光をセンナ３に導く光ファイバ４で
構成される。一方、出射側は、センサ３からの出射光を
フォトダイオード５及び信号処理回路６に導く光７アイ
パ７で構成される。

センサ３は、導体ｌＯを周回して設けられた７アラデー
セル１１とこれに接着剤等で固着された偏光子１２．検
光子１３、偏光子１２に固着されたコリメートレンズ１
４及び検光子１３に固着されたコリメートレンズ１５で
構成される。

このような構成において、光源駆動回路１によって発光
させられた光源２の光は、光７アイパ４によって伝送さ
れ、コリメートレンズ１４で平行光にされた後、偏光子
１２によって直線偏光にされる。この直線偏光は、破線
で示される光路に沿ってファラデーセル１１中を進む。

第２図は、７アラデーセルの斜視図であり、前記光路を
示している。光は■、■、■、■、■、■と全反射を繰
り返しながら導＃−１０を周回して進みながら、導体ｌ
Ｏの作る磁界によって偏光面の回転を受ける。

偏光面の回転を受けた光は、偏光子１２と方位が４５°
異なった検光子１５によって光の強さに変換されコリメ
ートレンズ１５によって集光された後、光７アイパ７を
通して、フォトダイオード５に送られる。なお、特開昭
５８−１５３１７４号公報に示されたものでは、検光子
１５から、２つの光を取出しているが、原理的には第１
図と変わらないため、ここでは１つの光のみを取り出す
場合について説明する。

フォトダイオード５によって測定された光の強さ枦は次
式で表わされる。

Ｐ＝Ｐｏ（１＋５ｉａ２ψ）　　　　　・−−−−・−
・・（２）ここで、Ｐ（１：７ア２デーセルへの入射光
ファラデー回転量ψは、すでに（１）式で与えているが
、第１図、１４２図のように光を周回した結果としてア
ンペールの法則が成立し、ψは次のようになる。　　　
　　− ψ＝Ｖ、　Ｉ　　　　　　　　　　　　・・・・・・・
・・（３）ここで　工：導体１０に流れる′＃ｌ流（３
）式を（２）式に代入し、かつＩ＝Ｉ◎ｓｉａωｔ（Ｉ
◎：′ｔ１．流の振１＠１　ω：角周波数）とするとＣ
）式は次のようになる。

Ｐ　＝　Ｐａ　（１＋ｓｉｎ　（２Ｖ、　ｌ６ｓｉｏω
ｔ）　）　　・・・””（４）信号処理回路６では、電
気的に（４）式の交流外が取り出され、導体１０を流れ
る電ｆｉｌｌ　Ｉ　６　ｓｉｎωＢｃ比例する電圧信号
として出力端子２ｏに出力する。

電力系統の′４流測定は、短絡事故を想定して２８０　
Ａ　ｐｅａｋ程度から１５０　ｋＡ　ｐｅａｋ付近まで
を精度良く検出することが要求されるが、従来は７デラ
デーセル１１として鉛ガラスなどベルデ定数が大きい材
料を用いていたため、（４）式で２Ｖ　ｅ　Ｉ　６がｉ
より大きくなり数１０ｋＡ以上で出力が減少することか
ら系統事故時の大ｔｍが測定できなかった。一方、小さ
いベルデ定数の材料を７アラデーセル１１に用いると、
今度は２００Ａ　ｒｍａ　　付近の電流がノイズのため
に精度良く測定できなかった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、このような事情に基づいてなされたも
のであり、前述した小電流から大電流まで測定するとい
う課題を解決できる光方式電流変成器を提供することに
ある。

〔発明の概要〕

このような目的を達成するため１本発明は、被測定を流
が流れる導体とその導体を周回して設置される磁気光学
効果を有する媒体を備えた光方式電流変成器において、
前記磁気光学効果を有する媒体を１．２　Ｘ　１０−’
　（ｒａｄ／　ＡＴ　）から５．２×１０−６（ｒａｄ
／ＡＴ　）のベルデ定数をもつ媒体とするようにしたも
のである。

すなわち、第３図に示すように、電流（ｋＡｐｅａｋ）
に対するフォトダイオードの交流出力電圧のグラフで表
わされるように、同図（［）のケースで。

１５０　ｋ　Ａ　ｐｅａｋの電流を測定したときの光の
強れ、その波形を第４図に示す。ここで、第４図の光の
強さをフォトダイオード５によって電圧変換したときに
、信号処理回路６の電子回路が飽和しないようにするた
め、例えば第４図のａをＩＯＶと規定する。したがって
、フォトダイオード５から信号処理回路６の初段回路に
入力される電圧Ｖ＋、（Ｖ）は（４）式から次のように
表わされる。

Ｖｔａ＝５　Ｘ　（１＋ｓｉｏ　（２Ｖ＊Ｉｏｓｉａω
１））−（η一方ペルデ定数の下限ｖ、１．は次のよう
に決められる。第３図で電流の非常に小さい部分を拡大
したのが、第５図である。第３図、第５図で、ベルデ定
数がもつとも小さい場合が（ＩＩＩ）であるが。

この場合でも、約２８０　ｋＡｐｅａｋの電流を誤差±
２％程度で測定することが要求される。したがって、信
号処理回路の初段回路における入力換算雑音は最大０．
１　ｍＶ　ｐｅａｋ楊度まで押えられるとすると、誤差
±２１％程度で測定しようとするとフォトダイオード５
から初段回路に入力される出力電圧の交流分は少なくと
も５ｍＶ以上でなければならない。

５　Ｘ　１　Ｇ−”＝ｂ３１１　（２Ｖｍ＋ａ　Ｉ＋＋
＋＋ｍ　）　　　””””（８）ここでＩ　ｍｌａ　：
測定電流の最小値（＝　２８０　Ａｐｅａｋ　）ｂ　ニ
アオドダイオードの変換定数 さらに、この場合においても１５０　ｋＡｐｅａｋで７
オトダイオード５から出力される電圧がｌ０Ｖｐｅａｋ
を越えてならないため次式が成立しなければならない。

１０−　ｂ　（１＋　Ｓｕｌ　（２Ｖｓ＋ｔａ　Ｉｍａ
ｘ　ｓｕωＬ））　”””（９）したがって、上式（８
）、　（９）式からＶｌｍを求めると次の値となる。

Ｖ　１ｍ　＝１．２　Ｘ　１０−’　（ｒａｄ　／Ａ　
Ｔ　）　　＝−＝α呻一方、第３図は、第１図の７アラ
デーセル１１の材料として、３種類のものを用いた場合
の出力電圧と導体１０の、［鬼の関係を示している。横
軸。

の電流の最大値（１５０ｋＡｐｅａｋ）は、電力系統に
おける事故時電流の最大値である。曲線（１）のケース
は、ファラデーセルＩＩＫ用いた材料のベルデ定数が大
きすぎるものであり１図から明らかなように約１００　
ｋＡｐｅａｋで飽和してしまうことが判る。このことか
ら、ベルデ定数の上限Ｖ□８は、１５０　ｋＡｐｅａｋ
で飽和点になるような第３図の曲線（Ｉ［）の場合から
決められる。曲線（Ｉｆ）のケースの場合、（３）及び
（４）式から次式が成立する。

Ｖ□ｌｌ１１１１１１１””−・・・・・・・・・αυ
ただし　工、、□：系統事故時電流の最大値０９式でＩ
　ｓａｇ　＝　１５０　ｋ　Ａ　ｐｅａｋを代入すると
ベルデ定数の上限値は次のようになる。

Ｖｌｍ５．２Ｘ１０−”（ｒａｄ／ＡＴ）　　−・−−
−−（ＬＳｅ以上、電力系統の電流を精度良く測定する
ためにファラデーセル１１のベルデ定数を次式ａυの範
囲内にすれば良いことになる。

１．２Ｘ１０−’＜Ｖ、（５，２Ｘ１０−’　　　・−
・・・・−Ｏｎ〔発明の実施例〕 以下、本発明による光方式電流変成器の一実施例につい
て説明する。まず、第１図に示す構成において、半導体
光源２を約８００〜９００ｎｍ範囲にある発光波長のＧ
、ＡｔＡ、系のものを用い。

かつ、７アラデーセル１１として硼珪クラウンガラスで
構成されたものを用いる。

前述したベルデ定数は、光源２０波長とファラデーセル
１１の材質によって定まるもので、前記光源２と７アラ
デーセル１１をそれぞれ、約８０゜〜９００　ｎｍの範
囲にある発光波長のＧ、ＡｔＡ。

系のもの、および硼珪クラウンガラスのものを用いれば
、前記ベルデ定数を前記００式、すなわち１．２Ｘ１０
”から５．２Ｘ１０−６までの範囲内のものとすること
ができる。

また、他の実施例として、半導体光源２を約１２００〜
１３００ｎｍの範囲内にある発光波長の１、Ｇ、Ａ、Ｐ
系のものを用い、かつ、ファラデーセル１１として鉛ガ
オスあるいは硼珪クラウンガラスで構成されたものを用
いても、前記ベルデ定数を所望の範囲内とすることがで
きる。

〔発明の効果〕

以上、説明したことから明らかなようＫ、本発明によれ
ば、被測定電流が流れる導体とその導体を周回して設置
される磁気光学効果を有する媒体を備えた光方式電流変
成器において、前記磁気光学効果を有する媒体として１
．２　Ｘ　１０”　（ｒａｄ／ＡＴ）から５．２　Ｘ　
１０−’　（ｒａｄ／ＡＴ　）のヘルプ定数をもつよう
にしたため、電力系統で要求される小電流から大電流ま
での電流測定を精度良くできる光方式電流変成器を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の光方式電流変成器の一実施例を示す平
面図、第２図は、第１図の部分詳細を示す斜視図、第３
図は１本発明の原理説明図、第４図は、センナの出射光
の時間波形、第５図は、第３図のＡ部拡大を示すグラフ
である１、ｌＯ・・・導体、１１・・・磁気光学効果を
有する媒体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被測定電流が流れる導体とその導体を周回して設置
   される磁気光学効果を有する媒体とを備え、前記媒体を
   周回する光の偏光回転角に基づいて前記導体を流れる電
   流を検出する光方式電流変成器において、前記磁気光学
   効果を有する媒体を１．２×１０＾−＾６（ｒａｄ／Ａ
   Ｔ）から５．２×１０＾−＾６（ｒａｄ／ＡＴ）のベル
   デ定数をもつ媒体としたことを特徴とする光方式電流変
   成器。 ２、前記ベルデ定数の範囲をＧ＿ａＡｌＡ＿ｓ系の成分
   からなる半導体光源と硼珪クラウンガラスの組合わせと
   して実現させた特許請求の範囲第１項記載の光方式電流
   変成器。 ３、前記ベルデ定数の範囲をＩ＿ａＧ＿ａＡ＿ｓＰ系の
   成分からなる半導体光源と硼珪クラウンガラスあるいは
   鉛ガラスの組合わせとして実現した特許請求の範囲第１
   項記載の光方式電流変成器。