JPH01112169A - 光式零相電流検出器 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、零相電流を高感度で信頼性高く検出するため
の、光式零相電流検出器に関する。

〔従来の技術〕

非接地系の送配電線路に地絡事故が生じたときには、線
路の浮遊静電容量に起因して微弱な零相電流が流れる。

この微弱な零相電流を検出するために、零相電流検出装
置が必要となる。

従来の高圧非接地系の送配電線路に用いる零相電流検出
装置としては、零相変流器（ＺＣＴ）が：千とんどであ
った。

しかし、高圧架空配電線路のように三相電線の線間距離
が離れているため、ＺＣＴが使用しにくい場合や、大容
量になって、大面積の貫通導体と相間絶縁のためＺＣＴ
が大型になる場合がある。

このような場合においては、精度はＺＣＴｉご比・へ１
若干劣るものの、そのコンノ々クト性、相間絶縁の容易
さから、３個０ＣＴ（変流器）を用いた３　ＣＴ方式が
用いられることがある。

３ＣＴで三相回路の零相電流を測る方法としては、第５
図に示す二次残留回路方式と、第６図（こ示す三次零相
分路方式とがある。

二次残留回路方式は、一般に４００Ａ以下に用（１られ
、第５図に示すように、三相の電線２１ａ、　２１ｂ。

２１Ｃのそれぞれに、各々単一のコアを一次回路として
これに二次巻線を施した変成器２２ａ、　２２ｂ、　２
２ｃを装着し、負担２３によってこれらの並列回路を短
絡した構成である。この方式においては、二次零相電流
成分は負担２３を通る電流（。２として現れ、その電流
も。２の大きさは、各変成器２２ａ、　２２ｂ、　２２
ｃの二次巻線数をＮターンとすると、−吹雪相電流の１
／Ｎになる。ただし、各変成器２２ａ、　２２ｂ、　２
２ｃは貫通型ＣＴとして、それらの−次側巻線は１ター
ンとする。この二次巻線数Ｎは二次正相分電流で決まる
が、この電流は通常５Ａであるので、−次定格電流が４
００Ａの場合はＮ−８０ターンとなる。

たとえばＺＣＴの特性を規定する一次零相電流が２００
＋＋＋　Ａの場合、二次零相電流ｔｏ２は２００／８０
　＝２．５ｍＡしか流れない。−次定格電流がさらに大
きくなると、二次正相分電流が５Ａ一定であるから、二
次巻数はさらに大きくなり、したがって二次零相電流ｔ
０２はますます小さくなる。

このため、一般に４００Ａ以上の大電流を検出する場合
には、第６図に示す三次零相分路方式が用いられる。こ
の方式は、三相の電線３１ａ、　３１ｂ、　３１ｃのそ
れぞれに、各々単一のコアを一次回路としてこれに二次
巻線３３ａ、　３３ｂ、　３３ｃ及び三次巻線３４ａ、
３４ｂ。

３４Ｃを施した変成器３２ａ、　３２ｂ、　３２ｃを装
着したものである。そして、二次巻線３３ａ、　３３ｂ
、　３３ｃ　は正相分の各相電流をキャンセルするため
に両端が短絡され、三次巻線３４ａ、　３４ｂ、　３４
ｃ　の直列回路には負担３５が接続されている。

この第６図の方式においては、正相分のキャンセル用の
二次巻数回路とは無関係に三次巻線３４ａ。

３４ｂ、　３４ｃ　に零相成分を流すことができるため
、三次巻線３４ａ、　３４ｂ、　３４ｃ　の巻数は自由
に選定できる。

そのため、三次巻線３４ａ、　３４ｂ、　３４ｃ　の巻
数を少なくすれば、三次零相電流ｔ。３としては、さほ
ど小さくならず、比較的大きな零相電流出力を得ること
ができる。しかし、巻数をどんどん小さくしても、１タ
ーン以下にはできないため、原理的に、−吹雪相電流以
上には増幅することはできない。

たとえば、ＺＣＴの特性を規定している一次零相電流が
２００ｍ　Ａの場合、三次零相出力としては、２００ｍ
　Ａ以上にはなり得ないことになる。この対策として、
三次巻線３４ａ、　３４ｂ、　３４ｃ　の負担用抵抗３
５の両端に発生ずる零相電流に比例した電圧を、出力信
号として見る方法も考えられるが、この出力電圧を大き
くするには負担用抵抗を大きくし、且つ三次巻線回路の
電流を大きくしなければならない。

このため、三次巻線３４ａ、　３４ｂ、　３４ｃ　の巻
数を増し、コアサイズも太き（することが必要となるが
、これには、実用上、限度があった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このように、−法王相電流が大きくなってくると、零相
電流を測定する方法としては、三次零相分路方式が非常
に有効になってくるが、この方式の欠点としては、三次
巻線に電流が流れるため、二次分路電流が生じ、変流比
が変動し、正確な零相電流を測定できないという問題が
ある。

また、異相地絡時のように、極めて大きな一次零相電流
が流れる場合、三次巻線にもそれに比例した大きな電流
が流れるため、巻線寸法も大きくなる。さらに、電磁力
も加わるため、巻線の機械的支持も堅固にする必要があ
るという欠点があった。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたも
のであり、零相電流を高感度で信頼性高く検出すること
を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この目的を達成するため、本発明の光式零相電流検出器
は、三相の送配電線路のそれぞれに環状の鉄心を配置し
、各鉄心に二次巻線及び三次巻線を巻回した変成器を設
け、これらの変成器の二次残留回路の負担として抵抗を
接続するとともに、前記各相の三次巻線を直列に接続し
、該直列回路の両端子間に電圧センサを設けて零相電流
に比例した電圧を検出する手段を備えたことを特徴とす
る。

この電圧センサとしては、ポッケルス素子のように、電
界によって媒質の屈折率が異なる電気光学結晶素子を用
いることにより、外界のノイズに影響されない信号抽出
が可能となる。

〔作用〕

本発明は、前記の構成であるから、三相−次導体である
一次巻線に零相分が含まれず、かつ３個の変成器の変成
比が等しい場合は、二次電流の和は零となる。したがっ
て、この場合には、二次残留回路に接続された負担用抵
抗の両端に電圧を生じず、三次巻線にも電圧は誘起され
ず、電圧センサは動作しない。

一方、変成器の一次巻線に零相電流が流れると、この変
成器の二次残留回路に、零相電流に比例した電流が流れ
、この二次残留回路の両端に接続された負担用抵抗には
、発生した零相電流に比例した電圧が発生ずる。この電
圧は三次巻線で電圧増幅され、電圧センサの両端に電圧
出力として取り出される。電圧センサを電気光学結晶素
子のような誘電体で構成すると、三次回路に三次零相電
流を流さずに電圧出力が取り出される。このため、三次
巻線を増やせば容易に大きな電圧出力として取り出せ、
しかも三次巻線には電流が流れないため、前述の三次零
相分路方式の欠点が全て除かれる。すなわち、三次巻線
は単位長さ当たりの抵抗の大きな極細線が巻けるため、
多数回巻回しても大きな寸法にならず、また負担も小さ
くできる。

このため、コアサイズも小さくなり、コンパクトな高感
度ａＣＴ方式が実現できる。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて具体的に説
明する。

第１図は、本発明の実施例の構成を示すブロック図であ
る。同図において、１は光を送出する光送信器、２及び
３は光ファイバを用いた光送信路及び光受信路、５は信
号処理回路、６は表示装置である。７は消弧性ガスを封
入した開閉器であり、器内に三相の送配電線路のそれぞ
れに接続する開閉電極７ａ、　７ｂ、　７ｃが収納され
ている。８，９．１０は変成器であり、開閉器電極７ａ
、　７ｂ、　７ｃのそれぞれに前記電極を囲んで配置し
た環状の鉄心８ａ、　９ａ。

１０ａが設けられ、これらの鉄心８ａ、　９ａ、　１０
ａ　に、それぞれの変成器８，９．１０の変成比が等し
くなるように、二次巻線８ｂ、　９ｂ、　１０ｂ及び三
次巻線３ｃ。

９ｃ、　ＩＯＣが巻回されている。前記二次巻線８ｂ、
　９ｂ。

１０ｂ　には、負担用抵抗１１を並列に接続し、二次巻
線３ｃ、　９ｃ、　ＩＯＣは互いに直列に接続して、両
側の端子を光電圧センサ１２の電極にそれぞれ接続して
いる。この光電圧センサ１２には、ポッケルス素子のよ
うな電界動作型素子、例えばＬｉＴａ０．、、　ＬｉＮ
ｂＯ３゜ＫＤＰ（ＫＮ、ＰＯ，）、　ＢＧＯ（Ｂｉ、２
Ｇｅ１２ｏ）、　Ｂ５０（Ｂｉ、２Ｓｉ０２ｏ）等の強
誘電体系の材料が主として用いられる。

この光電圧センサ１２を用いた電圧検出システムを第２
図に示す。ＩＡはパルス発生器であり、その出力パルス
は電気−光変換素子ＩＢにより光パルスに変換され、光
ファイバを用いた光送信路２を介して光電圧センサ１２
に与えられる。これらのパルス発生器ＩＡ及び電気−光
変換素子ＩＢは、前記光送信器１内に設けられている。

光電圧センサ１２は、端面に透明電極１４．１４を有す
る電界動作型素子１３゜偏光子１５．　　！／１波長板
１６及び検光子１７より構成されている。透明電極１４
．１４は、第１図の三次巻線３ｃ。

９ｃ、　１０ｃ　の直列回路の両端と、電気的に接続さ
れている。検光子１７からの光出力は、光ファイバを用
いた光受信路３を介して、光−電気変換素子を備えた光
受信器４に伝達され、電気信号に変換されて信号処理回
路５に送られる。

次に、第１図のブロック図の動作について説明する。開
閉器７の開閉電極７ａ、　７ｂ、　７ｃに接続された送
配電線路（図示せず）に正常に通電しているときは、変
成器８．９．１０の二次巻線８ｂ、　９ｂ、　１０１］
にそれぞれ誘起された二次電流の和が零となるから、負
担用抵抗１１の両端には電圧は生じず、三次巻線３ｃ、
　９ｃ、　ＩＯＣに電圧は生じない。したがって、光送
信器１から光送信路２に送信された連続光は、電圧が印
加されていない光電圧センサ１２を透過して光受信路３
から光受信器４に出力される。光受信器４は光信号を電
気信号に変換して信号処理回路５に出力する。信号処理
回路５は人力した電気信号を増幅して信号処理を行って
表示装置６に出力する。

第３図は送配電線路が正常に通電されているときの検出
信号の特性図を示すもので、縦軸に出力を、横軸に時間
をとると、検出信号は水平な信号特性となる。

次に、送配電線路の１相が地絡し、開閉器７の開閉電極
７ａに零相電流が流れると、この開閉電極７ａに設けた
変成器８の二次巻線８ｂに二次電流及び二次電圧が発生
し、他の開閉電極７ｂ、　７ｃに設けた変成器９．１０
の二次巻線９ｂ、　１０ｂのそれぞれに同一の二次電圧
が印加され、それぞれの変成器８，９゜１０の三次巻線
８ｃ、　９ｃ、　１０ｃ　に検出電圧が誘起される。こ
れらの変成器８，９．１０の三次巻線８ｃ、　９ｃ。

１０Ｃは直列に接続されているので、検出電圧が加算さ
れて光電圧センサ１２の電極に印加される。これにより
、光電圧センサ１２を透過する光が偏光されて、光受信
路３から光受信器４に偏光された光信号が伝送される。

光受信器４は光信号を電気信号に変換して信号処理回路
５に出力し、信号処理回路５は人力した電気信号を増幅
して信号処理を行って表示装置６に出力する。

第４図は地絡事故発生時に零相電流が流れたときの検出
信号の特性図を示すもので、縦軸に出力を、横軸に時間
をとると、検出信号は図に示すように、正弦波の波形と
して表示される。

なお、本実施例においては、開閉器の開閉電極の回りに
環状鉄心を配置したが、送配電線路の回りに変流器を配
置するようにしてもよく、また、電圧センサとしては、
電気光学結晶を用いた光電圧センサに限らず、高入力イ
ンピーダンスの電圧センサであれば、いかなる方式でも
よい。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明においては、三相の送配
電線路である一次導体を囲んで配置した環状鉄心を設け
、この環状鉄心に二次巻線及び三次巻線を巻回した変成
器を備え、これら変成器の二次残留回路に負担用抵抗を
接続し、三次巻線を直列に接続し、両側の端子を電圧セ
ンサの電極に接続して非接地系の送配電線路の微弱な零
相電流を測定するようにしている。これにより、従来の
三次零相分路方式での欠点であった三次巻線に電流を流
すことからくる大型化、変流比の狂い、さらには三次出
力電流もしくは出力電圧が低い等の問題点が容易に解決
され、コアサイズ、巻線径の小さなコンパクトな変流器
が可能となり、正確な零相電流の測定ができる。さらに
、電圧センサとして電気光学結晶素子を用いることによ
り、非接地で計測できるので、多点アースによる回り回
路を流れる迷走電流による誤動作がなく、外界のノイズ
にも影響されに＜＜、信頼性の高いシステムを構築する
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すブロック図、第２図は光
電圧センサの構造を示す図、第３図は送配電線路が正常
に通電されているときの検出信号の特性図、第４図は地
絡事故発生時に零相電流が流れたときの検出信号の特性
図、第５図は従来の二次残留回路方式の接続図、第６図
は三吹雪を目分路方式の接続図である。 １：光送信器　、　　　１八ツパルス発生器ＩＢ：電気
−光変換素子　２：光送信路３：光受信路　　　　　４
：光受信器 ５：信号処理回路　　　６：表示装置 ７：開閉器　　　　　　７ａ、　７ｂ、　７ｃ　：開閉
電極８．９，１．０：変成器　　８ａ、　９ａ、　ｌＱ
ａ＋鉄心８ｂ、　９ｂ、　ｌＱｂ：二次巻線　　８ｃ、
　９ｃ、　１０ｃ：三次巻線１１：負担用抵抗　　　　
１２：光電圧センサ１３；電界動作型素子　　１４：透
明電極１５゛偏光子　　　　　　１６；ｚ波長板１７；
検光子 特許出願人　　株式会社　安用電機製作所代　　理　　
人　　　小　　堀　　　益　（ほか２名）刊ｇ 刊ｇ −５／

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、三相の送配電線路のそれぞれに環状の鉄心を配置し
   、各鉄心に二次巻線及び三次巻線を巻回した変成器を設
   け、これらの変成器の二次残留回路の負担として抵抗を
   接続するとともに、前記各相の三次巻線を直列に接続し
   、該直列回路の両端子間に電圧センサを設けて零相電流
   に比例した電圧を検出する手段を備えたことを特徴とす
   る光式零相電流検出器。 ２、電圧センサとして電気光学結晶素子を用いたことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光式零相電流検
   出器。