JPH01214768A - 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］ この発明は電流検出装置に関し、特に地中線、架空送電
線等の導体に流れる電流の電流値を検出し送出する装置
の構成に関する。

［従来の技術］ 架空送電線や地中線などのような電力供給線においては
十分な耐圧構成がとられている。しかしながらこのよう
な耐圧構成がとられているにもかかわらず、地絡などの
事故が発生する場合がある。

このような地絡事故などが電力供給線において発生する
と大きな電流が流れるため、早急にその発生した事故に
対処する必要がある。このような事故の発生の有無およ
び事故区間の標定を行なう手法の１つとして、電力供給
線を流れる電流の電流値を観察、監視する方法がある。

この送電線電流を監視する手法は、事故発生時において
は電力供給線に常時と異なる大きな事故電流が流れるこ
とを利用している。このような電力供給線を流れる電流
の電流値を検出するための装置として第６図に示される
ような電流検出装置が従来から用いられている。

この電流検出装置は、光送信部１、光磁界センサ４およ
び光受信部５を含む。光送信部１は、たとえば発光ダイ
オードＬＥＤなどの発光素子からなり、一定の強度の光
信号を発生する。光磁界センサ４は、光送信部１からの
光信号を光ファイバ２ａを介して受け、電力供給線３を
流れる電流が誘起する磁界に応答してその光信号を変調
する。

光受信部５は、ｐｉｎフォトダイオードやフォトトラン
ジスタなどからなり、光磁界センサ４からの変調光信号
を光ファイバ２ｂを介して受ける。

光受信部５が受信した光信号はたとえば光ファイバを介
して別に設けられた信号処理部へ与えられ、そこで所定
の処理が行なわれる。この信号処理部で所定の処理が施
された電流情報は、たとえば光ファイバ複合架空地線（
架空送電線の場合）を介して光信号の形態で中央の監視
所へ伝送され、中央の監視所で各監視地点における電流
情報を監視する構成が一般にとられている。

電力供給線３の周囲には、電力供給線に流れる電流が誘
起する磁界が発生している。この磁界は電力供給線３に
流れる電流に対応しており、したがって、この磁界を検
出することにより、電力供給線３に流れる電流の電流値
を検出することができる。光磁界センサ４は、この電力
供給線３の周囲の磁界に応答して光信号を変調して出力
する。

したがって、光磁界センサ４から送出される光信号は、
電力供給線が発生する磁界に対応した強度および波形を
有しておりすなわち電力供給線３に流れる電流を検出し
ていることになる。

このような光磁界センサ４としては、第７図に示すよう
な光ファラデー効果を利用したセンサが従来から用いら
れている。

この光磁界センサ４は、偏光子４１、光ファラデー材料
４２および検光子４３を含む。偏光子４１は、与えられ
た光信号を所定方向に偏波させて直線偏光波を導出する
。光ファラデー材料４２は、偏光子４１からの直線偏光
波を外部から印加される磁界に応答して回転させる。検
光子４３は、光ファラデ゛−材料４２を介して与えられ
た偏光波のうち、所定方向に偏波している直線偏光波の
みを通過させる。光ファラデー材料４２としては、鉛ガ
ラスやＢＧＯ（Ｐｉ−Ｇｅ・０）などの反磁性体材料が
用いられている。

この第７図に示される光磁界センサ４においては、偏光
子４１により所定方向に偏波した直線偏光波は、光ファ
ラデー材料４２においてそこに電流供給線が誘起する磁
界強度に応じてその偏波面が回転する。この回転角は磁
界強度に対応する。

検光子４３は所定方向の直線偏光波のみを通過させるた
め、検光子４３からは光ファラデー材料４２で回転され
た角度に対応する強度の光信号が導出されることになる
。したがって、この光強度を検出することにより、電力
供給線３が誘起する磁界を観察することができ、それに
より電力供給線３に流れる電流を観察することができる
。゛［発明が解決しようとする課２１ 従来の電力線や送電線などにおける電流検出装置は、フ
ァラデー効果を利用した材料を用いている。このファラ
デー効果を用いた光磁界センサ４は、光送信部１から出
射された光を光ファイバを通してセンサ部に導き、セン
サ部においてファラデー効果により印加された磁界に応
じてその光を強度変調する。この強度変調された光をセ
ンサ部から光ファイバを通して光受信部５へ導き、光受
信部５から信号処理部へ導出する構成となっている。す
なわち、外部から一定強度の直流光を供給し、その光信
号を電力供給線が誘起する磁界により変調した後、この
変調光を用いて電力供給線に流れる電流情報を検出する
構成となっている。このような光信号を用いる構成にお
いては、絶縁性が容易に実現でき、また光ファイバに対
する電磁誘導ノイズなどが引き起こされることもないの
で、正確な電流検出を行なう上で有利である。

しかしながら、光磁界センサ外部に設けられた光送信部
から一定強度の光信号を供給し、さらに光磁界センサや
光信号を転送する光フアイバ部における損失を補償する
ように、常時その光受信部で受信するレベルを一定に保
つ必要があるなど回路構成自体がかなり複雑になるとい
う問題があった。たとえば、このような光フアイバ伝送
部の光損失や光磁界センサにおける損失などの変動分に
よる光強度変化の影響をなくすため、通常、光受信部の
出力を割算した後信号処理部へ与える構成が一般的に用
いられている。このため、絶縁性があまり重要な因子と
はならないような箇所に利用される電流検出装置として
、従来の光磁界センサを用いた電流検出装置を用いると
、装置価格が非常に高くなり、コストの面から得策では
ないという問題があった。また、従来の装置構成におい
ては、光受信部と光磁界センサとを別に設ける必要があ
り、その設置場所によっては取付けが容易でない場合も
あるという問題もあった。

それゆえ、この発明の目的は上述の従来の電流検出装置
の有する欠点を除去し、簡易な回路構成で安価に実現す
ることのできる取付けの容易な電流検出装置を提供する
ことである。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る電流検出装置は、導体を流れる電流が誘
起する磁界に応答した電気信号をホール効果を利用して
導出する電流検出手段と、その電気信号の実効値を検出
する実効値検出手段と、実効値検出手段の出力を所定の
光信号に変換した後に送出する送出手段とから構成され
ている。

［作用コ この発明に係る電流検出装置においては、導体に流れる
電流を検出するために、ホール効果を利用した電流検出
手段を用いているため、外部から一定強度の光信号を与
える必要がなく、回路構成が簡易となる。また、この電
流検出手段の出力は光信号に変換されて伝送されるため
、外部ノイズの影響を受けることなく遠方へ正確に電流
情報が伝送される。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図面を用いて説明する。

第１図は、この発明の一実施例である電流検出装置の概
略構成を示す図である。この電流検出装置は、ホール素
子１０、増幅器１１、実効値変換器１２、Ｖ／Ｆコンバ
ータ１３、および光電変換素子（発光素子）１４を含む
。ホール素子１０は、たとえば送電線である導体の近傍
に設置され、その導体を流れる電流が誘起する磁界Ｂに
応じた電圧信号（ホール電圧）ＶＨを発生する。このホ
ール素子１０は、一定の電流Ｉｃにより駆動される。

増幅器１１は、増幅度ｇを有し、ホール素子１０からの
電圧信号ＶＨを増幅する。実効値変換器１２は、増幅器
１１により増幅された電圧信号ｇＶＨを実効値Ｖｒｍｓ
に変換する。Ｖ／Ｆコンバータ１３は、実効値変換器１
２から与えられた実効値Ｖｒｍｓを対応する周波数信号
に変換する。光電変換素子１４は、たとえば発光ダイオ
ードからなり、Ｖ／Ｆコンバータ１３の出力に応答して
光信号をパルスの形態で送出する。光電変換素子１４か
らの出力は、光ファイバ１５を介して伝送される。

次に、この電流検出装置の動作ついて説明する。

導体（たとえば送電線）を流れる電流Ｉがその周囲に誘
起する磁束密度Ｂは、 Ｂ−２Ｘ１０−’　・μ（１／Ｒ）　　　・・・（１）
で表わされる。ここで、μは透磁率、ｒは導体の半径で
ある。この電流Ｉが誘起する磁束密度Ｂが、導体近傍に
設けられたホール素子１ｏに印加されると、ホール素子
１０は一定の電流Ｉｃで駆動されているので、第２図に
示すように、 ｖＨ−α・Ｂ　　　　　　　　　　　・・・（２）で表
わされるホール電圧ＶＨを出力して増幅器１１に与える
。ここで、αは比例定数である。したがって、ホール素
子１０からは、導体を流れる電流が誘起する磁束密度（
または磁界強度）に比例した電圧信号（ホール電圧）Ｖ
ｎが出力される。

これにより、導体を流れる電流の電流情報がホール素子
１０により電圧情報に変換されたことになる。増幅器１
１で増幅された電圧信号ｇＶ＋は、実効値変換器１２に
与えられる。実効値変換器１２は、増幅器１１により増
幅された電圧信号ｇＶＨの実効値Ｖｒｍｓを求め、Ｖ／
Ｆコンバータ１３に与える。Ｖ／Ｆコンバータ１３は、
その実効値Ｖｒｍｓを周波数情報に変換する。このＶ／
Ｆコンバータ１３における電圧／周波数変換の関係は、 ｆ−ｋＩＩＶｒｍｓ＋ｂ　　　　　　　　−（３）で与
えられる。ここで、ｆはＶ／Ｆコンバータ１３が出力す
る周波数情報、ｂは印加電圧Ｖが０のときの出力周波数
情報である。したがって、Ｖ／Ｆコンバータ１３におい
て、導体を流れる電流の電流値が周波数情報に変換され
たことになり、この周波数情報を示すパルス情報が光電
変換素子１４に与えられる。光電変換素子１４は、Ｖ／
Ｆコンバータ１３からの周波数情報に対応するパルス信
号を光パルス信号に変換し光ファイバ１５へ送出する。

光ファイバ１５に与えられた光パルス信号は別の箇所に
設けられた受信部へ送出される。

これにより、光ファイバ１５には、導体を流れる電流の
実効値に対応した光パルス信号が送出されることになる
。

この光フアイバ１５内を送出される光パルス信号は第３
図に示されるような構成を有する受信部に与えられる。

第３図において、この受信部１６は、光電変換器１６１
、Ｆ　／　Ｖ　ニア　＞バーク１６２および増幅器１６
３を含む。光電変換器１６１は、光ファイバ１５を介し
て与えられる光パルス信号を受けて電気信号に変換する
。Ｆ／Ｖコンバータ１６２は、光電変換器１６１からの
電気信号が有する周波数情報を電圧情報に変換する。増
幅器１６３は、Ｆ／ｖコンバータ１６２の出力を増幅す
る。この受信部１６から送出された電圧信号は、信号処
理部へ与えられ、そこで所定の処理が施され、被観察箇
所である導体を流れる電流の実効値が監視される。

すなわち、受信部１６においては、光ファイバ１５を介
して与えられた周波数情報を再び周波数−電圧変換して
実効値変換器１２が出力した実効値情報に対応する情報
に変換し、この再生された実効値情報を用いて導体を流
れる電流の電流値を監視する構成となっている。

電流検出装置（第１図）や受信部（第３図）に必要な動
作電源は、たとえば第４図に示すような電力光複合ケー
ブル１５ａを介して供給される。

この電力光複合ケーブル１５ａは、第４図に示すように
、同一のケーブル中に、情報を光信号の形態で送出する
光フアイバ芯線１４１と、電源電圧ＶＤＤを供給する電
源電圧線１４２と、接地電位に接続される接地電位線１
４３とが複合されたものである。これによって、動作電
源が容易に得られない箇所においても、遠方から動作電
源電圧を供給することができ、その取付位置に制限を受
けることな−く、容易に所望の地点に接地することが可
能となる。また、この電力光複合ケーブル１５ａを用い
て動作電源電圧を供給する変わりに、装置近傍に太陽電
池を設けるかまたはリチウム電池のような小型電池を内
蔵させる構成としてもよい。

なお、第１図に示される電流検出装置の構成においては
、増幅器１１、実効値変換器１２およびＶ／Ｆコンバー
タ１３が、導体を流れる電流が誘起する磁界による電磁
誘導ノイズを受けて誤動作する場合が考えられる。この
ような電磁誘導ノイズを避けるためには、ホール素子１
０のみを送電線などの導体近傍に設置し、残りの回路構
成部品を静電遮蔽効果を有するシールドケース内に収納
する構成とすれば、容易に電磁誘導による誤動作を防止
することができ、正確な電流値の検出および伝送を行な
うことができる。

さらに、ホール素子１０に印加される外部磁界が微弱で
あり、その検出が容易でない場合も考えられるが、この
場合には、第５図に示されるように、導体３の周囲に、
Ｃ形の鉄心２０を設け、この鉄心２０の隙間にホール素
子１０を設置することにより、導体３を流れる電流の誘
起する磁界強度を増幅してホール素子１０に与えること
ができ、より正確な検出動作が実現される。なお、第５
図の構成においては、導体３の周囲に、導体３を取り囲
むように鉄心２０が設けられているが、これに代えて、
導体３に隣接して鉄心２０を設けるようにしても同様の
効果が得られる。

なお、上記実施例においては、導体として送電線や地中
線などのような電力供給線を一例として説明したが、こ
の発明はこれらに限られず他の導体においても適用可能
である。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、導体を流れる電流の電
流値を検出して伝送するための装置として、ホール効果
を利用した素子を用いているため、外部から一定強度の
光信号を供給する必要がなく、簡易かつ安価な回路構成
で容易かつ正確に導体を流れる電流の電流値を検出する
ことができる。また、ホール効果を利用した素子の出力
を周波数情報の光信号に変換して伝送する構成となって
いるので、導体を流れる電流の電流値情報を損なうこと
なく、正確に遠方の受信部、信号処理部等に伝送するこ
とが可能となる。

また、この発明の電流検出装置においては、電流検出手
段、実効値検出手段および送出手段が一体化して構成さ
れているため、簡単な回路構成となり、また容易に所望
の地点に取付けることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例である電流検出装置の原理
的構成を示す図である。第２図はホール素子の性質を示
す磁束密度とホール電圧との関係を示す図である。第３
図は第１図の電流検出装置と協働して用いられる信号受
信部の概略構成を示す図である。第４図は第１図の電流
検出装置において用いられる光ファイバの一例を示す図
である。 第５図はこの発明の電流検出装置の他の取付形態の一例
を示す図である。第６図は従来の電流検出装置の概略構
成を示す図である。第７図は従来の光磁界センサの構成
の一例を示す図である。 図において、３は導体、１０はホール素子、１１は増幅
器、１２は実効値変換器、１３はＶ／Ｆコンバータ、１
４は光電変換素子、１５は光ファイバ、１５ａは電力光
複合ファイバ、１６は信号受信部、１６１は光電変換器
、１６２はＦ／Ｖコンバータ、１６３は増幅器、２０は
鉄心である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）導体を流れる電流の電流値を検出して伝達するた
   めの電流検出装置であって、 前記導体を流れる電流が誘起する磁界に応じた電気信号
   をホール効果を利用して導出する電流検出手段と、 前記電気信号の実効値を検出する実効値検出手段と、 前記実効値検出手段の出力を所定の光信号形態に変換し
   て送出する送出手段とを備えた電流検出装置。
2. （２）前記送出手段は、 前記実効値検出手段の出力信号を周波数情報に変換する
   周波数変換手段と、 前記周波数変換手段の出力信号を光信号に変換する光信
   号変換手段と、 前記光信号変換手段からの前記光信号を伝達するための
   光ファイバとを含む請求項１記載の電流検出装置。
3. （３）前記光ファイバは電力光複合ファイバであり、前
   記電流検出手段、前記実効値検出手段および前記送出手
   段は前記電力光複合ファイバを介して供給される電源に
   より動作する請求項２記載の電流検出装置。