JP2000292464A - 電流測定における誘導誤差の補正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光磁界センサを用いた電流検出センサの送配
電線路での測定誤差を補正して正しい電流測定が行える
ようにする。 【解決手段】 水平一列又は垂直一列に配置された送配
電線路４の各相Ａ，Ｂ，Ｃに流れる電流によりセンサ１
ａ〜１ｃに誘起される送配電線路４の各相Ａ，Ｂ，Ｃご
とのみかけの測定信号のベクトルに対し、簡単に得られ
るその３つのベクトル和ｉ_ERR を使って補正することに
より、簡単に正しい電流測定が行えるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、光磁界センサを
用いた電流測定における誘導誤差の補正方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】ＢＳＯ，ＢＧＯあるいはＺｎＳｅなどの
光学結晶は、磁界を加えると偏光面が回転するファラデ
ー効果のあることが知られている。このファラデー素子
を利用した光磁界センサは、センサ部と信号変換器との
間が絶縁性の高い光ファイバで結ばれているので、絶縁
破壊や短絡の心配がないことから、送配電線路や運転中
の電気機器の内部や周辺における電流などの測定に使用
されている。

【０００３】すなわち、ファラデー素子で構成された光
磁界センサ１は、図８（ａ）に示すように、その両側に
光ファイバ３，３’を取り付けた構成となっており、円
形鉄芯２に設けたギャップ部に挟み込み、送電線路４に
嵌入する。そして、送電線路４より離れた所に設置され
た信号変換器５の発光部から出た光は、光ファイバ３、
光センサ１、光ファイバ３’を経て、信号変換器５の受
光部に戻る。このとき、送電線路４に流れる電流に比例
して発生する磁界により光磁界センサ１への入射光がフ
ァラデー素子部で強度変調を受けたのち信号変換器５の
受光部に達して、実際の電流Ｉに対応する信号Ｉ’を検
出するものである（同図（ｂ）参照）。

【０００４】従来、このような光磁界センサ１は、例え
ば、水平あるいは垂直配列された送配電線路の３相各相
に取り付けられていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような測定方法では、３相各相に取り付けられた光磁界
センサは、他相からの電磁誘導で互いに誤差を生じてし
まうという問題がある。

【０００６】すなわち、上記のものでは、鉄芯のギャッ
プで光磁界センサを挟み込む構造のため、２０〜３０ミ
リメートル程度のギャップを必要とする。このようにギ
ャップが広いと、このギャップを通過する他相からの磁
力線が多くなり、本来の相による磁界と合成されて磁界
が変化する。その結果、光磁界センサの検出する電流値
に誤差を生じてしまう。

【０００７】そこで、この発明の課題は、光磁界センサ
の検出する電流値誤差を補正して正しい測定が行えるよ
うにすることである。

【０００８】

【課題を解決するための構成】上記の課題を解決するた
め、この発明では、水平あるいは垂直配列の送配電線路
の３相それぞれに、光磁界センサを設け、検出した各相
のみかけの測定信号のベクトルと、その３つの信号の合
成ベクトルとから下記の式に基づいて補正し、各線路の
電流のより真値に近い値を求めるという方法を採用した
のである。

【０００９】

【数２】

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づいて説明する。

【００１１】この形態は、図１に示すように、例えば、
水平または垂直送配電系統の電流測定系に本願発明を適
用したもので、３相送電線路Ａ，Ｂ．Ｃに取り付けられ
た各電流センサ１ａ，１ｂ，１ｃは信号変換器５と接続
されている。

【００１２】各電流センサ１ａ，１ｂ，１ｃは、図８で
述べた鉄芯２に光磁界センサ１を備えたもので、前述し
たとおり、鉄芯２に設けたギャップ部に前記光磁界セン
サ１を挟み込む構造となっており、鉄芯２に挿通された
線路Ａ，Ｂ，Ｃに発生する磁界の強さに応じて強度変調
を受けた光出力を出力する。

【００１３】信号変換器５は、演算手段を有し、本願発
明の補正方法に基づいて各線路Ａ，Ｂ，Ｃのより正確な
電流値を算出する。そのため、その原理について以下に
詳述する。

【００１４】例えば、図２（ａ）に示すように、配置が
中央にある送配電線路Ｂを、ここではＢ相と称する。こ
のＢ相の両側の送配電線路のうち、どちらかの線路の位
相は、Ｂ相よりも略１２０°進んでおり、その線路をＡ
相と称し、Ｂ相より略１２０°遅れた線路をＣ相と称す
る。

【００１５】図２（ａ）では、左からＡ，Ｂ，Ｃの順と
なっているが、右からＡ，Ｂ，Ｃの順となった場合でも
以下の説明は同じであるので、この例で説明する。

【００１６】また、各線路Ａ，Ｂ，Ｃの間隔は、Ａ〜Ｂ
間≒Ｂ〜Ｃ間とする。

【００１７】そして、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の各相電流に応
じて各センサ１ａ，１ｂ，１ｃが検出するみかけの測定
信号のベクトルを、それぞれ、

【００１８】

【数３】

【００１９】とし、そのときの実際の電流に対応する真
の信号のベクトルを

【００２０】

【数４】

【００２１】とする。

【００２２】以上のように定義したうえで、次に、Ａ
相、Ｂ相、Ｃ相の各相の電流についてそれぞれ検討す
る。

【００２３】まず、Ａ相について検討する。すなわち、
Ａ相に対するＢ相からの誘導分を

【００２４】

【数５】

【００２５】とし、Ｃ相からの誘導分を

【００２６】

【数６】

【００２７】として、

【００２８】

【数７】

【００２９】と

【００３０】

【数８】

【００３１】の合成ベクトルを

【００３２】

【数９】

【００３３】とする。

【００３４】ところで、電流

【００３５】

【数１０】

【００３６】の流れる導体から距離ｒの点の磁界の強度

【００３７】

【数１１】

【００３８】は、

【００３９】

【数１２】

【００４０】で示され、距離ｒに反比例する。

【００４１】したがって、Ｂ相からＡ相への磁界

【００４２】

【数１３】

【００４３】に対応する信号のベクトル

【００４４】

【数１４】

【００４５】は、

【００４６】

【数１５】

【００４７】となり、Ｃ相からＡ相への磁界

【００４８】

【数１６】

【００４９】に対応する信号ベクトル

【００５０】

【数１７】

【００５１】は、

【００５２】

【数１８】

【００５３】となる。

【００５４】ここで、通常の送配電系統では３相の電流
はほぼ大きさが等しいので、近似的に

【００５５】

【数１９】

【００５６】とすることができる。つまり、

【００５７】

【数２０】

【００５８】となる。

【００５９】そのため、これに基づいて各信号のベクト
ル図を作ると、図３に示すようになり、図から

【００６０】

【数２１】

【００６１】となる。

【００６２】このとき、

【００６３】

【数２２】

【００６４】は

【００６５】

【数２３】

【００６６】に比して十分に大きいので、近似的に

【００６７】

【数２４】

【００６８】とすることができる。

【００６９】同様に、Ｂ相の場合は、Ｂ相に対するＡ相
からの誘導分を

【００７０】

【数２５】

【００７１】とし、Ｃ相からの誘導分を

【００７２】

【数２６】

【００７３】として

【００７４】

【数２７】

【００７５】の合成ベクトルを

【００７６】

【数２８】

【００７７】とする。

【００７８】このとき、Ｂ相は、中央の位置にあるの
で、Ａ相からＢ相への磁界

【００７９】

【数２９】

【００８０】、Ｃ相からＢ相への磁界

【００８１】

【数３０】

【００８２】に対応する信号のベクトル

【００８３】

【数３１】

【００８４】は、

【００８５】

【数３２】

【００８６】とおける。

【００８７】これらの結果から、各信号のベクトル図を
作ると、図４に示すようになり、図から

【００８８】

【数３３】

【００８９】

【数３４】

【００９０】となる。

【００９１】一方、Ｃ相の場合は、Ａ相からの誘導分を

【００９２】

【数３５】

【００９３】とし、Ｂ相からの誘導分を

【００９４】

【数３６】

【００９５】として、

【００９６】

【数３７】

【００９７】と

【００９８】

【数３８】

【００９９】の合成ベクトルを

【０１００】

【数３９】

【０１０１】とする。

【０１０２】このとき、図２の（ａ）からＡ〜Ｃ相間の
距離は２ｌ、Ｂ〜Ｃ相間の距離はｌなので、Ａ相のとこ
ろで述べたと同様に、

【０１０３】

【数４０】

【０１０４】とおける。したがって、Ａ相、Ｂ相の場合
と同様に信号のベクトル図を作図すると、図５に示すよ
うになり、図から

【０１０５】

【数４１】

【０１０６】を求めることができる。

【０１０７】いま、ここで、Ａ，Ｂ，Ｃ相からの誘導分
を含む見掛けの測定信号のベクトル

【０１０８】

【数４２】

【０１０９】のベクトルの合成値

【０１１０】

【数４３】

【０１１１】は、

【０１１２】

【数４４】

【０１１３】であり、各測定信号は、

【０１１４】

【数４５】

【０１１５】なので、これを上式に代入すると、

【０１１６】

【数４６】

【０１１７】となる。

【０１１８】このとき、右辺の前の項は、３相の相電流
の和が０になるので、

【０１１９】

【数４７】

【０１２０】となる。

【０１２１】ここで、図３，４から誤差分の信号の大き
さと位相は、

【０１２２】

【数４８】

【０１２３】であり、信号のベクトルは、図６のように
なる。

【０１２４】この図から

【０１２５】

【数４９】

【０１２６】となり、

【０１２７】

【数５０】

【０１２８】となる。

【０１２９】この式（４）を式（１），（２），（３）
に代入して関係式を導くと、

【０１３０】

【数５１】

【０１３１】が求められる。

【０１３２】つまり、各相の電流検出センサ１ａ，１
ｂ，１ｃが検出したみかけの測定信号のベクトルを合成
し、その絶対値

【０１３３】

【数５２】

【０１３４】を算出すれば、より真値に近い電流値を極
めて容易に算出することができる。

【０１３５】このように、従来考慮していなかった誘導
成分に対する補正を行うことができるので、補正をしな
い従来の測定値に比べ、測定誤差を十分の一以下とする
ことが見込める。

【０１３６】また、そのため第２実施形態として、この
合成回路２０を模式的に示したブロック図を図７に示
す。

【０１３７】すなわち、図６に示すように、合成回路２
０は、オペアンプ一つの簡単な加算器によるアナログ回
路で構成することができる。

【０１３８】一方、第２実施形態では、合成回路をアナ
ログ的に示したが、デジタル方法によっても以下のよう
にすれば、容易にできるので、第３実施形態として以下
に述べる。

【０１３９】すなわち、Ａ／Ｄ変換器を用いたデジタル
処理の場合でも、例えば、 ｉ_a 信号の時系列的サンプルデータ群 ｉ_a1，ｉ_a2・・・ｉ_an・・・ ｉ_b 信号の時系列的サンプルデータ群 ｉ_b1，ｉ_b2・・・ｉ_bn・・・ ｉ_C 信号の時系列的サンプルデータ群 ｉ_c1，ｉ_c2・・・ｉ_cn・・・ とすると、 （ｉ_a ＋ｉ_b ＋ｉ_c ）＝（ｉ_a1＋ｉ_b1＋ｉ_c1），（ｉ_a2＋ｉ_b2＋ｉ_c2）・・・ ・・・・・・・・・・（ｉ_an＋ｉ_bn＋ｉ_cn） のデータ群の演算をすればよい。

【０１４０】このように、簡単な回路や演算で適用でき
るので、従来の測定精度を簡単に向上させることができ
る。

【０１４１】なお、図２では、水平配列を示している
が、垂直配列でもよいことは明らかである。

【０１４２】

【発明の効果】この発明は、上記のように構成したこと
により、別段特殊な装置を付加することなく、従来のセ
ンサ出力を用いて電流の測定誤差を大幅に低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態のブロック図

【図２】（ａ）第１実施形態の作用説明図 （ｂ）第１実施形態の作用説明図

【図３】第１実施形態のＡ相の信号のベクトル図

【図４】第１実施形態のＢ相の信号のベクトル図

【図５】第１実施形態のＣ相の信号のベクトル図

【図６】第１実施形態の誤差信号の信号のベクトル図

【図７】第２実施形態のブロック回路図

【図８】（ａ）光磁界センサのブロック図 （ｂ）光磁界センサの出力波形図

【符号の説明】

１ａ〜１ｃ 光磁界センサ ４ 送配電線路

【数５３】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水平あるいは垂直配列の送配電線路の３
   相それぞれに、光磁界センサを設け、検出した各相のみ
   かけの測定信号のベクトルと、その３つの信号の合成ベ
   クトルとから下記の式に基づいて各線路のより正確な電
   流値を求めるところの電流測定における誘導誤差の補正
   方法。 【数１】