JPH02157663A - ケーブル導体電流検出方式 - 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】 （ア）技術分野 この発明は、単芯の電力ケーブルの接地普通接続箱（Ｎ
Ｊ）での導体電流を検出する方式に関する。

ここで電力ケーブルというのは、導体ケーブルを金属の
シースで囲んだものである。導体ケーブルは単芯である
。導体ケーブルに大電流が流れるが、シースが金属であ
るので、これにも僅かであるが電流が流れる。

本発明は接地普通接続箱の近傍での作業中に、概略の導
体電流が測定できるようにするものである。また、これ
は、常時設置しておくと、ケーブルの事故電流の検出に
も役立つものである。

（イ）従来技術 電力ケーブルの電流を測定するには、従来変流ＢＳ　（
ＣＴ）が専ら用いられている。これは、ケーブルの回り
に、コイルを巻いた強磁性体のリング状コアを設け、コ
イルに生ずる起電力によって電流を知るものである。

これは、裸電線や、絶縁被覆電線の電流測定においては
正確な結果をもたらす。

電力ケーブルには、導体であるケーブルを、金属で囲ん
でいるタイプのものがある。外部の金属をケーブルシー
スという。これに対し、内部の電力を通す部分をケーブ
ル導体ということにする。

このような電力ケーブルに対してもケーブル終端部で変
流器によって電流測定がなされる。第５図に従来のＣＴ
方式をＮＪに適用した場合の概念図を示す。

電力ケーブルは、ケーブル導体１と、これを囲むケーブ
ルシース２とよりなる。ケーブルシース２は金属である
。電力ケーブルの途中には、接地普通接続箱（ＮＪ）３
が設けられる。これには、接地端子４と接地線５がある
。

導体電流をＩであられす。これが主たる電流であるが、
この他にケーブルシース２にも電流が流れる。これをＪ
で表す。接地普通接続箱の接地線５にも電流が流れる。

これをＫで表す。ＪやＫは■に比べれば小さい値である
。しかし０ではないし、これらの値は一定でないことが
多い。主電流ｌによって誘起されるものもあり外部から
生ずるものもある。

変流器７を接地普通接続箱３の回りに設けた場合、コア
の内部を通る全ての電流を感受する。シース電流Ｊも結
果に含まれることになり、導体電流Ｉのみを検出するこ
とができない。

このため、接地普通接続箱での導体電流の実測例はこれ
まで皆無であった。

（つ）発明が解決しようとする問題点 変流器方式では、導体電流Ｉとシース電流Ｊとの合成値
が測定されてしまう、という問題点があった。変流器は
コアが囲む領域の全てを通る電流を感受するからこれは
やむを得ないことである。

非局所的な検出器だからである。

シースを破る事ができない限り、正確な導体電流を測定
できないように思える。

（工　）　　　　目　　　的 ケーブル導体とケーブルシースとよりなる電力ケーブル
の接地普通接続箱の近傍の導体電流をより正確に検出す
る方式を提供することが本発明の目的である。

（オ）　構　成 接地普通接続箱のシースにおいて電流分布は一様でない
。接地端子があるからである。ケーブルシースから、接
地端子に向かって電流が流れる。

接地端子に電流が集中する。接地端子を含みケーブル主
軸に直角な面を考える。これを中心面Ｓということにす
る。

中心面Ｓにおいて軸方向の電流が変化する。接地端子に
遠い部分では、軸方向電流が流れる。しかし接地端子に
近い部分では軸方向電流が少な（なってくる。接地端子
に流れようとするので、円周方向の電流が増えてくるの
である。

これは幾何学的な関係から決まり、常になりたつことで
ある。統計的なもの、偶然によるものではない。

非局所的な変流器ではこのような電流不均一があっても
これを有効に利用できない。しかし、局所的な測定器で
あれば、中心面Ｓ近傍での電流不均一を巧みに利用して
、導体電流を正確に検出できるはずである。

そこで本発明者は、局所的な測定器であるファラデイ効
果を用いた光磁界センサを中心面Ｓの近傍に配置して、
導体電流のみを感受する検出方式を発明した。

図面によって説明する。

第１図は本発明のケーブル導体電流検出方式を示す正面
図である。第２図は底面図である。

電力ケーブルは、内側のケーブル導体１とケーブルシー
ス２とよりなる。ケーブルシース２は金属で出来た外筒
部である。これは接地普通接続箱（ＮＪ）３の近傍のみ
を示している。

接地普通接続箱３には下側に接地端子４が設けられる。

これから接地１ｉ１５を経て接地電流Ｋが流れる。

ケーブル導体１に流れる電流が導体電流■であり、これ
は大きく、主たる電流である。

ケーブルシース２は接地普通接続箱３において接地され
ているわけであるが、導体電流Ｉが大きいのでこれにも
電流Ｊが流れる。ケーブルシースの半径をａとする。

接地普通接続箱３の接地端子４を含みケーブルの長手方
向に直角な面を中心面Ｓとする。中心面Ｓから軸方向に
ａだけ離れた中心面Ｓに平行な面を限界面Ｔ、Ｕとする
。

第３図は中心面Ｓの断面をしめす。

接地端子４とケーブル導体２の中心Ｏを結ぶ線を基線と
して、円周方向に角度θを定義する。

光磁界センサ４が、限界面Ｔ、Ｕの間であっ、て基線か
らの角度θが３０＠〜９０”になる位置に、感度方向が
円周方向に一致するように設置されている。

光磁界センサ６のある軸直角面を測定面Ｗという。

光磁界センサというのはファラデイ効果を利用して電流
を測定するセンサである。裸電線や電力ケーブルの終端
部絶縁接続箱部での電流測定にはすでに利用されている
。公知である。

フ１ラデイ効果は、磁場をかけた物質に、磁場と平行に
、直線偏光を入射させると、磁場に比例して偏波面が回
転するという現象である。イツトリウムフェライト、ガ
ドリニウムフェライトなど実用に使えるフ１ラデイ素子
がある。

発光素子、受光素子、偏光子、検光子、電源、増幅器、
表示器等が必要である。発光素子は半導体レーザや発光
ダイオードが用いられる。受光素子はホトダイオード（
ＰＤ）　、アバランシェホトダイオード（ＡＰＤ）など
が用いられる。

発光素子からでた光が偏光子によって、直線偏光になり
、ファラデイ素子に入射する。ファラデイ素子には軸方
向に磁場が加わっているので、偏波面が回転する。回転
角は磁場に比例する。これが検光子を通る。検光子は偏
光子に対して例えば９０”の角を成している。検光子を
通る光量によって、磁場の強さが分かる。

これが光磁界センサの原理であり周知である。

このような機構を全て光磁界センサの一体に組込むこと
もあるが、そうでないこともある。

例えば、光磁界センサの本体には、偏光子、フ１ラデイ
素子、検光子のみを収容し、地上側に電源、発光素子、
受光素子、増幅器、表示器などを含む装置を別に設ける
、というようにする。この場合両者を、光ケーブルで結
ぶことになる。

図において、このような内部構造の図示を省略した。

感度方向といっているのは、ファラデイ素子の磁場を通
す方向ということである。偏光子と検光子の中心を結ぶ
線の方向ということもできる。

導体電流は軸方向に流れるので、これに基づく磁場は円
周方向に生ずる。このため、光磁界センサの感度方向を
円周方向に合わせるのである。

第４図は光磁界センサの近傍の斜視図を示す。

光磁界センサ６は金属製の遮蔽板９によって遮蔽されて
いる。これは３面を何する遮蔽板であって、長手方向が
光磁界センサの感度方向に一致するようにしである。つ
まり、長手方向が円周方向になるのである。遮蔽板９の
開いた面が、接地普通接続箱３に接する。

遮蔽板９は、外部の磁界を遮蔽し、検出対象以外の磁界
が、光磁界センナに影響を与えないようにしている。

遮蔽板９としては、銅、アルミなどの導電性の高い、非
磁性材料を用いる。導電性が高いと、外部の交流磁場が
遮蔽板９で渦電流を生じて減衰する。非磁性材料である
のは、これにより導体電流に基づ（磁場を吸収してはな
らないからである。

（力）　作　用 導体電流ｌが流れるので、円周方向に磁場が生ずる。こ
れは光磁界センサ６の感度方向であるので、ファラデイ
素子に磁場が入る。

ファラデイ素子には、発光素子から生じて、偏光子によ
り直線偏光になった光が入射し、磁場の作用によって偏
波面が回転する。この光が検光子を通るので、回転に比
例した光が受光素子にはいる。受光素子はこれを電気信
号に変換する。光の送受信は光ケーブル８によってなさ
れる。

シース電流Ｊがシースにながれる。シースの外側に光磁
界センサを設けざるを得ないので、シースミ流Ｊの一部
が光磁界センサ６に入る。

第２図に接地端子４近傍における電流分布を略示する。

接地普通接続箱３の接地端子４の近傍であるので、シー
ス電流は主に、円周方向に流れる。軸方向のシース電流
は僅かに□なる。光磁界センサはこの部分に設置される
。光磁界センサ６は軸方向電流にしか感受性がないので
、シース電流の僅かな部分を感じるだけである。

光磁界センサの位置が重要である。中心面Ｓから距離ａ
以内の測定面Ｗにある。測定面Ｗは限界面Ｔ、Ｕに挟ま
れる位置にある。

Ｔ、Ｕより中心面Ｓから離れると、シース電流の軸方向
成分が無視できなくなる。軸方向の位置はこれによって
制限される。

測定面Ｗにおいても角度の制限がある。θが９０°　よ
り大きいと、接地端子に流れる軸方向の電流成分の影響
が大きくでてくる。このため、９０゜以下とすることが
好ましい。θが３０°以下であればもっといいはずであ
るが、接地端子４が邪魔になるので、実際には取り付け
ることが難しい。

それで、３０”以上に制限される。

（キ）　　実　　験　　例 本発明の効果を実際に確かめるのは簡単なことではない
。真の導体電流を測定しこれと本発明の装置による値と
を比較すればいい筈である。

しかし、真の導体電流を測定する手段がないので、その
ような方法は使えない。

そこで、第６図に示すような構成を作り、本発明の効果
を調べた。ケーブル導体１とケーブルシース２とを有限
の長さに切り、一端をワイヤケーブル１３で繋ぐ。ケー
ブルシース２での電流分布がここで片よらないように、
ケーブルシース２の回りにリング状の接続端子１１を付
ける。

ケーブルシース２の他方の端の下に小さい接地端子１２
を付ける。これは接地端子４に代わるものである。だか
ら接地端子４と同じものであることが望ましい。

接地端子１２の近傍のケーブルシース外面に光磁界セン
サｅを取り付ける。

ケーブル導体１の端と接地端子１２の間に交流電源１４
を、ワイヤケーブル１５．１８によって接続した。

ケーブル導体の中心Ｏと接地端子とを結ぶ基線と、Ｏと
光磁界センサ６とを結ぶ線とのなす角θを変えて、光磁
界センサの出力を測定した。

電源１４の電流は、導体ケーブル１からケーブルシース
２に流れる。右端のリング杖接続端子１１の近傍ではシ
ース電流は円周上でほぼ均一である。しかし左端では接
地端子が下にしかないので、電流が下に集中する。これ
は、接地端子の近傍での電流分布という限りで、第１図
〜第４図の装置に近似する。

勿論、シース電流の大きさは異なる。実際にはシース電
流は導体電流より遥かに小さい。この配線では、シース
電流と導体電流とは等しくなる。

しかし、シース電流の分布は同じであろう。また交流電
源１４は実際の導体電流より小さい電流を生ずるものと
するので、光磁界センサの検出値は実際の値とあまり変
わらない。

接地端子１２と光磁界センサの軸方向距離は１９ｍｍで
ある。

第７図にこの実験の結果を示す。横軸は光磁界センサと
接地端子のなす角θである。縦軸はセンサ出力の導体電
流に対する割合である。

θが３０”で、１１０％、６０′で、９０％であった。

４５″でほぼ１００％となっている。６０″を越えると
センサ出力は低下してゆく。１２０〜１５０゜で６８％
となった。

３０″において１００％を越えるのは、光磁界センサの
設置位置が接地端子１２の中心（中心面Ｓに当たる）か
ら少しずれていて、接地端子１２に流れ込む電流の影響
を受けるからである。

この結果から、θが３０１と６０″の間であれば、はぼ
１００％、導体電流を検出することができる、というこ
とがわかる。

（り）　効　果 本発明の方式によれば、金属とシースとケーブル導体と
よりなる環カケープルの導体電流を正確に測定できる。

常時、設置しておくと、ケーブルの事故電流の検出にも
役立つ。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のケーブル電流検出方式の接地普通接続
箱の近傍の正面図。 第２図は同じものの底面図。 第３図は接地普通接続箱の接地端子を通る縦断面図。 第４図は光磁界センサの斜視図。 第５図は変流器を使った従来例に係るケーブル電流検出
方式の正面図。 第６図は実験装置の構成図。 第７図は接地端子と光磁界センサの成す角を横軸、セン
サ出力の導体電流に対する割合を縦軸として、実験結果
を示すグラフ。 ｌ　・　φ ２　拳　・ ３・壷 ８　・　会 ・ケーブル導体 番ケーブルシース ・接地普通接続箱 ・接地端子 ・接地線 ・光磁界センサ ７　嗜 ８　φ ９　・ Ｓ　φ Ｗ拳 Ｉ・ Ｊ・ に・ ｅ・ φ変流器 ・光ケーブル 一遮蔽板 ・接続端子 拳接地端子 ・ワイヤケーブル ・交流電源 φワイヤケーブル ・ワイヤケーブル ・中心面 拳・限界面 ・測定面 一導体電流 φシース電流 一接地線電流 ・接地端子と光磁界センサのな す角 発　　明　　者

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ケーブル導体１とこれを囲むケーブルシース２と
   よりなる単芯の電力ケーブルの導体電流を測定するため
   に、接地普通接続箱３のシース半径をａとし、接地普通
   接続箱３のケーブルに直角な接地端子４を含む中心面Ｓ
   からケーブル軸方向にａより少ない距離離れたＳに平行
   な面Ｗ内であって、接地端子４となす角Θが３０°〜９
   ０°である位置に、ファラデー効果を利用した光磁界セ
   ンサ６を感度方向がケーブルの円周方向に一致するよう
   に設けたことを特徴とするケーブル導体電流検出方式。
2. （２）光磁界センサ６は、測定対象とする磁界以外の影
   響を受けないように、感度方向に平行に金属よりなる遮
   蔽板９が設けられていることを特徴とする特許請求の範
   囲第（１）項記載のケーブル導体電流検出方式。