JPS63265177A - 零相電流検出装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、屋外あるいは屋内に配置され単相。

３相またはその他の相の電力系統の零相電流を検出する
零相電流検出装置に関するものである。

（従来の技術〕 従来の第１の零相電流検出装置は、第３図（Ａ）。

（Ｂ）に示すように、３相の電力系統の送配電線５１．
５２．５３に流れる電流Ｉａ、Ｉｓ、Ｉｃを合成してな
る零相電流！。を零相変流器５４で検出するようになっ
ていた。この零相変流器５４は、リング状のコア５４ａ
に送配７４線５１．５２゜５３を一次回路として挿通し
、コア５４ａに巻線５４ｂを二次回路として巻装してあ
り、巻線５４ｂより零相電流Ｉ０に比例した二次電流１
０を出力するようになっていた。

従来の第２の零相電流検出装置は、第４図（Ａ）。

（Ｂ）に示すように、３相の電力系統の送配電線５１．
５２．５３に流れる電流！Ａ＋　　ＩＩ、ＩＣを合成し
てなる零相電流１．を３個の変流器５５゜５６．５７で
検出するようになっていた。各変流器５５，５６．５７
は３本の送配電線５１，５２゜５３をリング状のコア５
５ａ、５６ａ、５７ａにそれぞれ一次回路として挿通し
、コア５５ａ。

５６ａ、５７ａに巻線５５ｂ、５６ｂ、５７ｂを二次回
路として巻装してあり、各巻線５５ｂ。

５６ｂ、５７ｂより電ｍｌＡ、Ｉｎ　、Ｉｃに比例した
二次電流’　Ａ　Ｉ　　’ヨ＋　　’Ｃを出力するよう
になっており、さらに二次電流ｊＡ＋　　’＠＋　　’
Ｃを合成した電流ｉ、を出力するようになっていた。

上記第３図に示した零相電流検出装置は、屋内用に使用
する場合は、送配電線５１’、５２．５３が絶縁被覆さ
れており、送配電線５１，５２．５３を一箇所にまとめ
ることができ、送配電線５１゜５２．５３を通すコア５
４ａは小径のものでよいが、屋外用に使用する場合は送
配電線５１，５２゜５３が十分に絶縁被覆されていると
は限らず、絶縁のために送配電！５１．　５２．　５３
の相互の間隔を大きくとる必要があり、コア５４ａも送
配電線５１，５２．５３から絶縁するため、大形のもの
が必要となり、全体として大形化するとともに、重（な
り、柱上環に設置する場合大きな問題となる。

また、送配電線５１．５２．５３と巻線５４ｂとの間は
絶縁処理が施しであるものの、万一絶縁が破れたときに
は送配電！５１，５２．５３の相間短絡、地絡が生じ、
さらに二次回路に接続された機器（リレー、メータ等）
を破損するという問題がある。このような絶対に起きて
はならない問題を考慮して絶縁距離を十分にとるように
すると、全体がさらに大形化するとともに重くなる。

第４図に示した零相電流検出装置は、送配電線５１．５
２．５３の電流ＩＡ、ＩＢ、ＩＣを３個の変流器５５，
５６．５７で検出し、変流器５５゜５６．５７の巻線５
５ｂ、、５６ｂ、５７ｂの二次電流’Ａ＋　　’Ｉｎ　
　ｔ（を合成するため、絶縁が破れた場合に相間短絡は
生じないが、地絡が生じ、さらに巻線５５ｂ、５６ｂ、
５７ｂに接続された機器（リレー、メータ等）が破損す
るという問題がある。

また、上記第３図のものと同様に絶縁の問題を考慮する
と、大形化するとともに、重くなる。

上記した第３図および第４図に示した零相電流検出装置
の各種問題を解決できるものとして、第５図に示すよう
な零相電流検出装置が提案されている。この零相電流検
出装置は、３相の電力系統の送配電線６１，６２．６３
に３個の変流器６４゜６５．６６を設けることにより、
送配電！、？１６１゜６２．６３に流れる電流ＩＡ＋　
　ＩＩ、ＩＣに比例した二次電流’Ａ＋　　’ｌ＋　　
’Ｃをコア６４ａ、６５ａ。

６６ａにそれぞれ巻装した巻線６４　ｂ、　、　６５ｂ
。

６６ｂより得、この二次電流’Ａ＋　　ｉＩ＋　　ＩＣ
をシャント抵抗６７．６８．６９でもってそれぞれ電圧
Ｅ＾、Ｅｘ　、Ｅｃに変換し、これらの電圧Ｅａ　、Ｅ
ｍ　、Ｅｃを３個のポッケルス素子７０゜７１．７２の
光の透過方向の両端間に印加するようにしている。

一方、各ポッケルス素子Ｔｏ、７１．７２の光の透過方
向の一端面に偏光子７３，７４．７５と１／４波長板？
６，７７．７８とで構成される円偏光手段７９，８０．
８１をそれぞれ密着配置し、また、各ポッケルス素子？
０，７１．７２の光の透過方向の他端面に検光子８２，
８３．８４をそれぞれ密着配置している。

また、発光素子８５，８６．８７の出力光を光ファイバ
８８．８９．９０をそれぞれ通して３個のポッケルス素
子７０，７１．７２の一端面の円偏光手段７９，８０．
８１に導き、３個のポッケルス素子７０，７１．７２の
他端面の検光子８２゜８３．８４から出た光を光ファイ
バ９１．９２゜９３を通して受光素子９４，９５．９６
に導き、受光素子９４，９５．９６の出力を次段の自動
利得制御機能を有する信号処理回路９７．９８．９９に
加え、信号処理回路９７，９８．９９の出力を加算器１
００で加算するようになっている。

この場合、二次電流’Ａｔ　　Ｉｌ＋　　ＩＣによりシ
ャント抵抗６７．６８．６９の両端に発生する電圧Ｅａ
　、Ｅｉ　、Ｅｃは、振幅が同一になるように設定され
ており、またポッケルス素子？０．７１゜７２も、光透
過方向の感度が同一に設定されている。また、検光子８
２，８３．８４は、偏光子７３゜７４．７５の偏波面に
対して検波面が平行となるように設定されている。なお
、検波面が偏波面と直角であっても結果的に同じである
。

この零相電流検出装置は、送配電線６１．６２゜６３に
流れる電流ＩＡ、Ｉ１．ＩＣを変流器６４゜６５．６６
により検出してそれをシャント抵抗６７゜６８．６９に
より電圧ＥＡ、Ｅｌ、Ｅ、に変換し、この電圧Ｅａ、Ｅ
ｍ、Ｅｃをポッケルス効果による電圧検出原理に従って
検出するようになっているので、全体の動作の説明の前
にポッケルス素子による電圧検出の原理について第６図
および第７図により説明する。電圧検出は、送配電線に
流れる電流に比例した電圧Ｅによる電界中にポッケルス
素子１０４を光軸方向と電界方向とを一致させて配置し
、この方向に直線偏光または円偏光を通過させると、ポ
ッケルス素子１０４における光の直交２成分の各々に対
する屈折率が加えた電圧Ｅにより変化し、前記光の直交
２成分の伝搬速度が異なり、前記光の直交２成分の間に
位相差が生じ、出射光が楕円偏光となる、いわゆるポッ
ケルス効果を利用して検出するようになっている。

今、発光素子１０１から出た光が偏光子１０２゜Ａ波長
板１０３．ポッケルス素子１０４．検光子１０５を透過
して受光素子１０６に入るものとする。このとき、発光
素子１０１から出た光は、偏光子１０２を透過すること
によって直線偏光される。偏光子１０２を出て直線偏光
された光は、高速軸が偏光子１０２の偏波面に対して４
５度の角度をなすように配置された×波長板１０３を透
過する際に、×波長板１０３の高速軸に平行なベクトル
をもつ直線偏光とこれに直交する低速軸に平行なベクト
ルをもつ直線偏光とに分けられ、両回線偏光の位相差が
丁度９０度になって×波長板１０３から出る光は両回線
偏光を合成したものとなって円偏光状態となる。この円
偏光は、ポッケルス素子１０４を透過する際に、ポッケ
ルス素子１０４に加えられる電圧Ｅの瞬時値に応じてＡ
波長板１０３の高速軸に平行な方向のポッケルス素子１
０４の屈折率と同低速軸に平行な方向のポッケルス素子
１０４の屈折率とが、すなわち直交２成分の屈折率が変
化し、Ａ波長板１０３の高速軸に平行なベクトルをもつ
直線偏光と同低速軸に平行なベクトルをもつ直線偏光と
の位相差、すなわら直交２成分の位相差がＡ波長板１０
３を出た状態の９０度から電圧Ｅの瞬時値に応して変化
することになり、ポッケルス素子１０４から出る光の直
交２成分を合成した光は、偏光子１０２の偏波面と平行
な方向を長軸または短軸とする楕円偏光を呈することに
なる。

ポッケルス素子１０４を出た光は、偏光子１０２の偏波
面と平行な検波面を有する検光子、１０５を透過するこ
とで検光されて受光素子１０６に入ることになる。

第６図の構成において、発光素子１０１から偏光子１０
２に入る光の強度をＰｏとし、ポッケルス素子１０４に
印加される電圧をＥとし、ポッケルス素子１０４の半波
長電圧をＥπとすると、検光子１０５から出て受光素子
１０６に入る光の強度Ｐ　ｏａｔは、 ２Ｅπ で表される。これをグラフに表すと、第７図のようにな
る。今、Ｅ　　＜Ｅπであるなら、２Ｅπ で近似することができる。この場合、電圧Ｅは、送配電
線に流れる電流に比例した形で表され、振幅をＥｌ、角
速度をω、時間をｔとしたときに、Ｅ＝Ｅ、自ωｔ となる。すなわち、検光子１０５を透過した光の強度Ｐ
ｏＬｌｉはポッケルス素子１０４に加えられる電圧Ｅ、
すなわち送配電線に流れる電流に比例した形に近似でき
ることになる。

つぎに、この第５図の零相電流検出装置の全体的な動作
を説明する。発光素子８５から出た光は、光ファイバ８
８を通して偏光子７３に入って直線偏光される。直線偏
光された光は１／４波長板７６を透過する際に円偏光さ
れ、さらにポッケルス素子７０を透過し、このときにポ
ッケルス素子７０に印加される電圧ＥＡに応じて偏光状
態が円偏光から楕円偏光に変化し、この楕円偏光を検光
子８２で検光することにより楕円偏光の状態が光の強度
に変換されて受光素子９４に入ることになる。受光素子
９４では、入力される光を電気信号に変換し、その出力
は、直流分に送配電線６１に流れる電流ＩＡに比例した
交流分、すなわちポッケルス素子７０に印加される電圧
ＥＡに比例した交流分が重畳したものとなる。この受光
素子９４の出力は自動利得制御機能を有する信号処理回
路９７によって信号処理され、直流分の振幅に応じてレ
ベル補正された交流分が出力されることになり、この交
流分が送配電線６１に流れる電流ＩＡに比例したものと
なる。

なお、信号処理回路９７は、例えば交流分抽出用のＣＲ
フィルタと直流レベル検出用の積分器とＣＲフィルタの
出力を積分器の出力で割算してレベル補正する割算器と
で構成される。

送配電線６２．６３に流れる電流１）．ＩＣについても
、上記と同様に検出され、信号処理回路９７と同じ構成
の信号処理回路９８．９９より送配電線６２．６３に流
れる電流ｔ、、ｒｃに比例したものが出力されることに
なる。

各信号処理回路９７．９８．９９の出力は、加算器１０
０によって加算されるので、加算器１００の出力は、零
相電流■。に比例したものとなる。

この零相電流検出装置は、電力系統の送配電線６１．６
２．６３に流れる’ｌ流１＾、■寓、ＩＣをポッケルス
素子？０，７１．７２および光ファイバ８８．　８９．
　９０．　９１．　９２．　９３．発光素子８５．８６
．８７．受光素子９４，９５．９５を用いて検出し、信
号処理回路９７，９８．９９で信号処理した後、加算器
１００で加算して零相電流１．に相当する電圧信号を出
力するようにしテイルノテ、送配ｔｔｌｔｔ＊６１．　
６２．　６３トＪ相を流検出装置とを電気的に完全に絶
縁することができ、絶縁のための特別な構成が不要で小
形、軽量化を図ることができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、この零相電流検出装置は、送配電線６１．６
２．６３に流れる電１）Ａ、Ｉｓ　、Ｉｃを個別に検出
して信号処理回路９７，９８．９９で電気的に信号処理
した後、加算器１００で加算することにより零相電流Ｉ
ｓに相当する電圧信号を出力させる構成であるため、信
号処理回路９７゜９８．９９および加算器１００には、
送配電線６１゜６２．６３に流れる定格電流（例えば６
００Ａ）に相当する信号が入力され、これを歪なく出力
する必要があることから定格電流に比べて微少な零相・
電流（例えば０．６Ａ程度）は、信号処理回路９７９８
．９９および加算器１００のＳ／Ｎ比の関係から雑音に
埋もれてしまうことになり、零相電流Ｉ０を正確に検出
することはできなかった。

したがって、この発明の目的は、小形、軽量化を図るこ
とができ、しかも零相電流を雑音に埋もれさせることな
く正確に検出することができる零相電流検出装置を提供
することである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明の零相電流検出装置は、電力系統の複数本の送
配電線に流れる電流を各々個別に検出する複数個の変流
器と、この複数個の変流器の二次電流をそれぞれ電圧に
変換する複数個のシャント抵抗と、この複数個のシャン
ト抵抗の両端電圧がそれぞれ個別に印加される複数個の
ポッケルス素子と、この複数個のポッケルス素子を光学
的に直列結合する偏波面保存型光ファイバと、発光素子
と、この発光素子の出力光を前記複数個のポッケルス素
子および偏波面保存型光ファイバからなる直列結合体の
一端に入射させる第１の光ファイバと、偏光子およびＡ
波長板からなり前記発光素子から出て前記第１の光ファ
イバを通して前記直列結合体の一端に入射する光を円偏
光する円偏光手段と、受光素子と、前記直列結合体の他
端から出た光を前記受光素子に入射させる第２の光ファ
イバと、前記直列結合体の他端から出て前記第２の光フ
ァイバを通して前記受光素子に入射する光を検光する検
光子とを備えている。

〔作用〕

この発明の構成によれば、電力系統の複数本の送配電線
に流れる電流を複数個の変流器で各々検出し、これをシ
ャント抵抗でもって電圧に変換し、得られた電圧を複数
個のポッケルス素子に印加するようになし、複数個のポ
ッケルス素子をそれぞれ偏波面保存型光゛ファイバで光
学的に直列結合し、発光素子の出力光を第１の光ファイ
バを通して偏光子およびＡ波長板からなる円偏光手段で
円偏光した状態で複数個のポッケルス素子および偏波面
保存型光ファイバよりなる直列結合体の一端に入射させ
、直列結合体中を通り直列結合体の他端から出た光を第
２の光ファイバを通して検光子で検光した状態で受光素
子に入射させるため、円偏光が複数個のポッケルス素子
を順次通る際に、電力系統の複数本の送配電線に流れる
電流の瞬時値、すなわち複数個のポッケルス素子のそれ
ぞれの両端に加えられる電圧の瞬時値にそれぞれ対応し
てＡ波長板から出た円偏光の直交２成分に対する複数個
のポッケルス素子における屈折率が変化して直交２成分
の位相差が変化することになる。この位相差の変化分は
微小な範囲ではポッケルス素子の両端に印加される電圧
の瞬時値に比例し、直列結合体の一端から入って直列結
合体の他端から出る光の直交２成分の位相差の変化分は
各ポッケルス素子における光の直交２成分の位相差の変
化分を合成したものとなる。上記複数個のポッケルス素
子の各々による光の直交２成分の位相差の変化分は、複
数本の送配ＴＨ，線に流れる電流の瞬時値にそれぞれ比
例するから、結局直列結合体の他端から出た光の直交２
成分の位相差の変化分は、複数本の送配電線の各々に流
れる電流を合成した合成電流、すなわち零相電流の瞬時
値に比例することになる。したがって、直列結合体から
出る光の直交２成分の位相差、すなわち偏光の状態を検
光子を用いて検出し、さらに受光素子を用いて電気信号
に変換することにより複数本の送配電線に流れる零相電
流を検出することができる。

以上述べた通り、この発明の零相電流検出装置は、複数
個のポッケルス素子を偏波面保存型光ファイバで直列に
光結合し、複数本の送配電線に流れる電流を複数個のポ
ッケルス素子による光の直交２成分の位相差の変化とい
う形で光学的に合成し、この合成光を検光子に通すこと
で零相電流の瞬時値に比例した光強度をもつ光信号を得
、この光信号を受光素子で電気信号に変換するため、複
数本の送配電線の各々に流れる電流に比べて微少な零相
電流を雑音に埋もれさせることなく正確に検出すること
ができる。

また、複数本の送配電線に流れる電流を光学的に検出し
て電気信号に変換する構成であるため、複数本の送配Ｔ
！ｊ、ｗＡと零相電流検出装置とを電気的に完全かつ確
実に絶縁することができ１．零相電流検出装置およびそ
れに接続される機器の破壊を確実に防止することができ
る。

また、複数本の送配電線の電流を複数個の変流器で個別
に検出し、それをシャント抵抗でもって電圧に変換し、
各電圧をポッケルス素子に個別に印加して合成する構成
であり、複数本の送配電線の全体を一体的に囲んでそれ
らの磁界を合成する大形のコアは不要で、複数本の送配
電線に変流器を個別に設けるだけでよ（、零相電流検出
装置を小形化することができる。

〔実施例〕

この発明の一実施例を第１図に基づいて説明する。すな
わち、この零相電流検出装置は、電力系統の３本の送配
電！１．　２．　３に流れる電流ＩＡ＋Ｉｓ、Ｉ。を３
個の変流器４．　５．　６で各々個別に検出し、この３
個の変流器４，５．６の２次電流ｔＡ、１ｍ＋　　’ｅ
を３個のシャント抵抗７．８゜９でそれぞれ電圧ＥＡ、
ＥＩ、ＥＣに変換し、この３個のシャント抵抗７，８．
９の両端電圧Ｅ＾。

Ｅｍ、Ｅｃを３個のポッケルス素子１０，１）゜１２に
それぞれ個別に印加するように構成するとともに、この
３個のポッケルス素子１０．１）゜１２を偏波面保存型
光ファイバ１３．１４で光学的に直列結合し、発光素子
１５の出力光を高圧側・大地側絶縁用の第１の光ファイ
バ１７を通して３個のポッケルス素子１０，１）．１２
および偏波面保存型光ファイバ１３．１４からなる直列
結合体１６の一端に入射させ、直列結合体１６の他端か
ら出た光を高圧側・大地側絶縁用の第２の光ファイバ２
２を通して受光素子２１に入射させるようにしている。

この場合、偏光子１日およびＡ波長板１９からなる円偏
光手段２０を直列結合体１６の一端のポッケルス素子１
０に密着配置することにより発光素子１５から出て第１
の光ファイバ１７を通して直列結合体１６の一端に入射
する光を円偏光するとともに、検光子２３を直列結合体
１６の他端のポッケルス素子１２に密着配置することに
より直列結合体１６の他端から出て第２の光ファイバ２
２を通して受光素子２１に入射する光を検光するように
している。また、二次電流ＩＡ＋　　ｌｌ＋　　Ｉｃに
よりシャント抵抗？、８．９の両端に発生する電圧Ｅａ
　、　Ｅｘ　、Ｅｃは振幅が同一になるように設定され
ており、また、ポッケルス素子１０．１）゜１２も光透
過方向の感度が同一に設定されている。

また、検光子２３は、偏光子１８の偏波面に対して検波
面が平行となるように設定されている。また、受光素子
２１の出力は、自動利得制御機能を有する信号処理回路
２４（信号処理回路９７と同様の構成）で信号処理され
るようになっている。

なお、上記において、検波面が偏波面と直角であっても
、同じ結果が得られる。

つぎに、この第１図の零相電流検出装置の動作を説明す
る０発光素子１５から出た光は第１の光ファイバ１７を
通して偏光子１８に入って直線偏光される。直線偏光さ
れた光は、×波長板１９により円偏光され、さらにポッ
ケルス素子１０を透過し、このときに偏光状態、すなわ
ち×波長板１９の高速軸に平行なベクトルを有する直線
偏光と同低速軸に平行なベクトルを有する直線偏光との
位相差、すなわち直交２成分の位相差が９０度を中心と
して送配電線１に流れる電流ＩＡの大きさ、すなわちポ
ッケルス素子ｌＯに加えられる電圧ＥＡに応じてθ、だ
け変化する。ポッケルス素子１０を出た光の直交２成分
は偏波面保存型光ファイバ１３を通して位相差が保存さ
れた状態でつぎのポッケルス素子１）に達してポッケル
ス素子１）を透過し、このときに偏光状態、すなわち×
波長板１９の高速軸に平行なベクトルを有する直線偏光
と同低速軸に平行なベクトルを有する直線偏光との位相
差、すなわち直交２成分の位相差が送配電線２に流れる
電流■、の大きさ、すなわちポッケルス素子１）に加え
られる電圧Ｅ、に応じてθ。

だけ変化する。ポッケルス素子１）を出た光の直交２成
分は偏波面保存型光ファイバ１４を通して位相差が保存
された状態でつぎのポッケルス素子１２に達してポッケ
ルス素子１２を透過し、このときに偏光状態、すなわち
１／４波長板１９の高速軸に平行なベクトルを有する直
線偏光と同低速軸に平行なベクトルを有する直線偏光と
の位相差、すなわち直交２成分の位相差が送配電線３に
流れる電流■。の大きさ、すなわちポッケルス素子１２
に加えられる電圧Ｅｃに応じてθ。だけ変化する。

したがって、ポッケルス素子１２を出た光の直交２成分
の合成位相差は５ 、θ。＝θ、＋θ３＋θ。＋π／２　・・・・・・α〔
となる。

そして、円偏光の直交２成分の位相差π／２に変化分θ
。を加えた合成位相差（π／２）十〇。

をもつ直交２成分の合成光すなわち楕円偏光は、検光子
２３を通ることにより、光の強度に変換されて受光素子
２１に入ることになる。受光素子２１では、入力される
光を電気信号に変換し、その出力は、円偏光の直交２成
分の位相差に相当する直流分に直交２成分の位相差の変
化分θ。に比例し　　　゛た交流骨が重畳したものとな
る。この受光素子２１の出力は自動利得制御機能を有す
る信号処理回路２４によって直流分の振幅に応じてレベ
ル補正された交流分が出力されることになる。

なお、受光素子２１に入る光の弾度Ｐ。ｕ７を数式で表
すと、以下のようになる。

３相の電力系統の送配電線１，２．３に流れる電流ＩＡ
＋　　Ｉｓ、Ｉｃを検出する変流器４，５゜６の二次側
のシャント抵抗７，８．９の両端の電圧ＥＡ、Ｅｍ　、
Ｅｃは、振幅をそれぞれＢ　Ａ１）＋Ｅ１ｍ、　　ＥＣ
＋ａとすれば、 ＥＡ　＝Ｅ４１Ｉａｌｎωｔ Ｅ　＠　＝　Ｅ　１）．ａｔｎ　（ωｔ　＋　（２／３
）　　π〕Ｅ　（＝　Ｅ　（ｌＩｓｉｎ　（ωｔ　＋（
４／３）　　π〕であり、第１図の構成では、光の強度
Ｐ。Ｕ７は、十−（ωｔ＋□π） となる、３相の電力系統が正常であって、Ｅ　Ａ−＝　
Ｅ　ｍ−＝　Ｅ　ｃ−＝　Ｅ　−であるなら、 馴ω’ｔ＋ａｌｎ（ωｔ＋□π） ＋ａｌｎ（ωｔ＋□π） ＝０ となり、零相電流■。が流れていないときは、Ｐｏｕｙ
　−（１／２）　ＰＩＮ である。

この零相電流検出装置は、電力系統の３本の送配電線１
．　２．　３に流れる電流ＩＡ、Ｉｍ＋　　Ｉｃを３個
の変流器４，５．６で各々検出し、これをシャント抵抗
？、８．９でもつて電圧Ｅ＾、Ｅａ。

Ｅ、に変換し、得られた電圧ＥＡ、Ｅ＊　、Ｅｃを３個
のポッケルス素子１０．１）．１２に印加するようにな
し、３個のポッケルス素子１０，１）゜１２をそれぞれ
偏波面保存型光ファイバ１３．１４で光学的に直列結合
し、発光素子１５の出力光を第１の光ファイバ１７を通
して偏光子１８およびχ波長板１９よりなる円偏光手段
２０で円偏光した状態で３個のポッケルス素子１０，１
）．１２および偏波面保存型光ファイバ１３．１４より
なる直列結合体１６の一端に入射させ、直列結合体１６
中を通り直列結合体１６の他端から出た光を第２の光フ
ァイバ２２を通して検光子２３で検光した状態で受光素
子２１に入射させるため、円偏光すなわちＡ波長板１９
の高速軸と平行なベクトルを有する直線偏光と同低速軸
に平行なベクトルを有する直線偏光とが３個のポッケル
ス素子１０゜１）．１２を順次通る際に、電力系統の３
本の送配電ｍｌ、　　２．　３に流れる電流ｒＡ＋　　
Ｉｓ、Ｉｃの瞬時値、すなわち３個のポッケルス素子１
０゜１）．１２のそれぞれの両端に加えられる電圧Ｅａ
　、Ｅｓ　、Ｅｃの瞬時値にそれぞれ対応して気液長板
１９の高速軸と平行なベクトルを存する直線偏光と同低
速軸と平行なベクトルを有する直線偏光と（×波長板１
９から出た円偏光の直交２成分）に対する３個のポッケ
ルス素子１０，１）゜１２における屈折率が変化して直
交２成分の位相差が変化することになる。この位相差の
変化分θ１．θ８．θ。は微小な範囲ではポッケルス素
子１０，１）．１２の両端に印加される電圧ＥＡ。

Ｅ、、ＥＣの瞬時値に比例し、直列結合体１６の一端か
ら入って直列結合体１６の他端から出る光の直交２成分
の位相差の変化分は各ポッケルス素子１０．１）．１２
における光の直交２成分の位相差の変化分θ１．θ１．
θ、を合成したものとなる。上記３個のポッケルス素子
１０，１）．１２の各々による光の直交２成分の位相差
の変化分は、３本の送配電線１，２．３に流れる電流ｌ
Ａ、ＴＩ。

■。の瞬時値にそれぞれ比例するから、結局直列結合体
１６の他端から出た光の直交２成分の位相差の変化分は
３本の送配電！％！１，２．３の各々に流れる電流ＩＡ
＋　　１）＋　　ｔＣを合成した合成電流、すなわち零
相電流■。の瞬時値に比例することになる。したがって
、直列結合体１６から出る光の直交２成分の位相差、す
なわち偏光の状態を検光子２３を用いて検出し、さらに
受光素子２１を用いて電気信号に変換することにより３
本の送配電線１，２．３に流れる零相電流■。を検出す
ることができる。

以上述べた通り、この発明の零相電流検出装置は、３個
のポッケルス素子１０，１）．１２を偏波面保存型光フ
ァイバ１３．１４で直列に光結合し、３本の送配電線１
，２．３に流れる電流１ａ。

Ｉｓ、Ｉｃを３個のポッケルス素子１０，１）゜１２に
よる光の直交２成分の位相差の変化という形で光学的に
合成し、この合成光を検光子２３に通すことで零相電流
Ｔｏの瞬時値に比例した光強度をもつ光信号を得、この
光信号を受光素子２１で電気信号に変換するため、３本
の送配電ｗＡｔ　。

２．３の各々に流れる電流１ａ＋　　Ｉｌ＋　　Ｉｃに
比べて微少な零相電流■。を雑音に埋もれさせることな
（正確に検出することができる。

また、３本の送配電線１．２．３に流れる電流ＩＡ、Ｉ
Ｉ、ＩＣを光学的に検出して電気信号に変換する構成で
あるため、３本の送配電線１．２゜３と零相型２Ｉｔ検
出装置とを電気的に完全かつ確実に絶縁することができ
、零相電流検出装置およびそれに接続される機器の破壊
を確実に防止することができる。

また、３本の送配電線１，２．３の電流ＩＡ。

Ｉｓ、Ｉｃを３個の変流器−４，５，６で個別に検出し
、それをシャント抵抗？、８．９でもって電圧Ｅａ　、
Ｅｓ　、Ｅｃに変換し、各電圧ＥＡ＋ＥＩ。

Ｅ、をポッケルス素子１０，１）．１２に個別に印加し
て合成する構成であり、３本の送配電線１゜２．３の全
体を一体的に囲んでそれらの磁界を合成する大形のコア
は不要で、３本の送配電線１゜２．３に変流器４，５．
６を個別に設けるだけでよく、零相電流検出装置を小形
化することができ、屋外用、例えば柱上用に使用する場
合に有利である。

なお、この実施例の零相電流検出装置においては、シャ
ント抵抗７，８．９として可変抵抗器を用いることによ
り、ポッケルス素子１０，１）゜１２に印加する電圧Ｅ
Ａ、Ｅｌ、ＥＣを各々微調整することができ、ポッケル
ス素子１０，１）゜１２の位相変化量の誤差および変流
器４，５．６の出力誤差などを補正することができる。

また、上記実施例では、１／４波長板１９を用いて円偏
光を作っているが、直列結合体１６に入射させる光は完
全な円偏光でな（でもよく、多少円偏光の状態からずれ
た楕円偏光の状態にあっても所期の目的を達成すること
ができるので、請求の範囲における「Ｚ波長板Ｊは正確
に位相をＡ波長ずらせるもの以外に、Ａ波長の前後の範
囲で位相をずらせるものも含むものである。

この発明の第２の実施例を第２図に基づいて説明する。

この零相電流検出装置は、偏光子１８を発光素子１５側
に配置するとともに、検光子２３を受光素子２１側に配
置し、偏光子１８とポッケルス素子１０とを光学的に連
絡する光ファイバ１７および検光子２３と受光素子２１
とを連絡する光ファイバ２２として、それぞれ偏波面保
存型光ファイバを用いたもので、その他の構成は第１の
実施例と同様である。

この零相電流検出装置の場合は、偏光子Ｉ８を出て直線
偏光された光が偏波面保存型光ファイバを通して偏波面
が保存された状態でポッケルス素子１０に入ることにな
り、また、ポッケルス素子１２から出た光が偏波面保存
型光ファイバを通して偏波面が保存された状態で検光子
２３に入ることになる。

この実施例の零相電流検出装置においても、前記の実施
例と同様の作用効果を有する。

なお、この発明の零相電流検出装置は３相以外の電力系
統、例えば単相の電力系統にも適用できる。また、この
零相電流検出装置は、屋外用として使用するだけでなく
、屋内用としても使用可能である。

〔発明の効果〕

この発明の零相電流検出装置によれば、複数個のポッケ
ルス素子を偏波面保存型光ファイバで直列に光結合し、
複数本の送配電線に流れる電流を複数個のポッケルス素
子による光の直交２成分の位相差の変化という形で光学
的に合成し、この合威光を検光子に通すことで零相電流
の瞬時値に比例した光強度をもつ光信号を得、この光信
号を受光素子で電気信号に変換するため、複数本の送配
電線の各々に流れる電流に比べて微少な零相電流を雑音
に埋もれさせることなく正確に検出することができる。

また、複数本の送配電線に流れる電流を光学的に積出し
て電気信号に変換する構成であるため、複数本の送配電
線と零相電流検出装置とを電気的に完全かつ確実に絶縁
することができ、零相電流検出装置およびそれに接続さ
れる機器の破壊を確実に防止することができる。

また、複数本の送配電線の電流を複数個の変流器で個別
に検出し、それをシャント抵抗でもって電圧に変換し、
各電圧をポッケルス素子に個別に印加して合成する構成
であり、複数本の送配電線の全体を一体的に囲んでそれ
らの磁界を合成する大形のコアは不要で、複数本の送配
電線に変流器を個別に設けるだけでよく、零相電流検出
装置を小形化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例の零相電流検出装置の
構成を示す概略図、第２図はこの発明の第２の実施例の
零相電流検出装置の構成を示す概略図、第３図（Ａ）は
従来の第１の零相電流検出装置の構成を示す斜視図、第
３図（Ｂ）は同じく電気回路図、第４図（Ａ）は従来の
第２の零相電流検出装置の構成を示す概略図、第４図（
Ｂ）は同じく電気回路図、第５図は零相電流検出装置の
提案例を示す概略図、第６図はポッケルス効果を説明す
るための概略図、第７図はポッケルス素子に印加される
電圧と光出力の関係を示す特性図である。 １〜３・・・送配電線、４〜６・・・変流器、７〜９・
・・シャント抵抗、１０〜１２・・・ポッケルス素子、
１３゜１４・・・偏波面保存型光ファイバ、１５・・・
発光素子、１６・・・直列結合体、１７・・・第１の光
ファイバ、１８・・・偏光子、１９・・１波長板、２０
・・・円偏光手段、２１・・・受光素子、２２・・・第
２の光ファイバ、２３・・・検光子 （Ａ）　　　　　　　　　　　　　　（Ｂ）第３図 （Ａ）　　　　　　　（Ｂ）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）電力系統の複数本の送配電線に流れる電流を各々
   個別に検出する複数個の変流器と、この複数個の変流器
   の二次電流をそれぞれ電圧に変換する複数個のシャント
   抵抗と、この複数個のシャント抵抗の両端電圧がそれぞ
   れ個別に印加される複数個のポッケルス素子と、この複
   数個のポッケルス素子を光学的に直列結合する偏波面保
   存型光ファイバと、発光素子と、この発光素子の出力光
   を前記複数個のポッケルス素子および偏波面保存型光フ
   ァイバからなる直列結合体の一端に入射させる第１の光
   ファイバと、偏光子および１／４波長板からなり前記発
   光素子から出て前記第１の光ファイバを通して前記直列
   結合体の一端に入射する光を円偏光する円偏光手段と、
   受光素子と、前記直列結合体の他端から出た光を前記受
   光素子に入射させる第２の光ファイバと、前記直列結合
   体の他端から出て前記第２の光ファイバを通して前記受
   光素子に入射する光を検光する検光子とを備えた零相電
   流検出装置。
2. （２）前記円偏光手段を前記第１の光ファイバと前記直
   列結合体の一端との間に介在させるとともに前記検光子
   を前記第２の光ファイバと前記直列結合体の他端との間
   に介在させた特許請求の範囲第（１）項記載の零相電流
   検出装置。
3. （３）前記第１および第２の光ファイバをそれぞれ偏波
   面保存型とし、前記円偏光手段を前記発光素子と前記第
   １の光ファイバとの間に介在させるとともに前記検光子
   を前記受光素子と前記第２の光ファイバとの間に介在さ
   せた特許請求の範囲第（１）項記載の零相電流検出装置
   。