JPH02193074A - 光変流器 - 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、光変流器に係り、特にファラディ効果を利用
して高電圧導体に流れる電流を高精度で測定するに好適
な周回積分形光変流器に関する。

〔従来の技術〕

この種の従来の周回積分形光変流器の一例を第５図に示
す、同図において、導体１に流れる電流Ｉにより、磁界
Ｈが生成される。このとき、導体１と鎖交するように配
置された鉛ガラスなどのファラディ効果をもつガラス（
以下ファラディ効果素子２と称する）の内部光路りに沿
って導体１を周回するように直線偏光を通過させると光
の偏光面は角度θ＝Ｖ−Ｈ−Ｌ（但し、Ｖ；ヴェルデ定
数、Ｈ；光の進行方向の磁界の強さ、Ｌ；ファラディ素
子内の光路長）だけ回転を受ける。また電流Ｉによって
導体１の周囲に生ずる任意の閉曲線に沿う磁界の強さを
周回積分すると、いわゆるアンペールの周回路の法則の
公式、■＝φＨ−ｄＬが成立する。したがってファラデ
ィ効果素子中で光を周回させると、Ｉ＝（１／Ｖ）Δθ
・ｄＬとなる。

このように導体１に鎖交するように光を周回させること
によって生ずるファラディ回転角を積分していくことで
導体自身の全磁路分の磁界強度Ｈを正確に検出でき演算
処理回路５により、導体１に流れる電流Ｉは、高い精度
で測定できる。

また、第６図は、第５図の周回光路りを詳細に示した平
面図で、完全な周回積分形となる周回積分路間ループは
、人出射光が０点で交差するが、直線偏光部が０−ａ−
ｂ−ｃ−０の周回路閉ループだけに存在するならば、自
相導体１が貫通孔φ内であればどんな位置にあっても直
線偏光部の受ける磁界強度は一定であり、導体１に流れ
る電流は高精度で測定できることになる。また、他相磁
界の影響はほとんど受けない。

また、第７図に示すものは、ファラディ効果素子２を導
体１に鎖交するように配置したものにおいて、直線偏光
Ａの光を導体１を周回させる該素子２の一部を削除し、
この空間部で直線偏光の人出射光が交点Ｏで交わるよう
にしたものである。

さらに１、この素子２に直線偏光Ａを入射するための偏
光子７と、検光子８は隔離された場所、例えば、ＧＩＳ
　（ガス絶縁開閉装置）のシース１３に配置されている
。この構成において、偏光子７を通過して得られた直線
偏光Ａは、ｄ−ａ−ｂ−Ｑ−ｇまで伝送される。そして
磁界の影響を受けない空間伝送部は、ｅｏｍ’　とｎ’
ｏｆとなり、ファラディ効果素子２単独では、０ａｂｃ
Ｏの周回積分路間ループを形成し、該素子２の一部削除
する前のｏｎ’　とａｍ’の部分が空間となるため、高
精度を得るようになる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、第５図に示した従来の周回積分形光変流器にあ
っては、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を用いた偏光
子７、検光子８にいずれもファラディ効果素子２の外部
に配置されている構成となっている。このことは、磁界
によって偏光回転を直線偏光部は、偏光子７の中心部か
ら検光子８の中心部までの光路によって占められており
、周回積分路間ループ外にまで前記直線偏光部が延長さ
れていることになる。

すなわち、第６図において、磁界の影響を受ける直線偏
光部が５と晶にも存在することになる。

したがって、ｏｎとｏｍの直線偏光部の受ける磁界強度
は、自相導体１が貫通孔φ内の異なった位置によって変
化するようになる。

この変化は、光の偏光面の回転に影響を与えることにな
り、導体１に流れる電流■は測定精度は低下してしまう
。その誤差は数％におよび、たとえば、変電保護用変流
器のＪＥＣ−１２０１規模の人口級をクリアできなくな
る。また、もっとも大きな欠陥は、他相磁界の影響を受
けやすく、とくに３相形では相隣接する他相の磁界を避
けることができない。この誤差は、ファラディ効果素子
内の光路長の長さの比ではなく他相磁界の絶対値に効く
ので予測できないような大きな誤差を生ずる危険がある
。

また、第７図に示すものにあっては、直線偏光Ａを得る
ための偏光子７と、ファラディ効果素子２で磁界によっ
てファラディ回転を受けた直線偏光を分岐し、光出力に
変えるための検光子８が不可欠であり、しかも空間伝送
するには、有限長であること、例えばＧＩＳ内に配置さ
れるファラデイ効果素子２は、偏光子、検光子の配置場
所はシース１３までの距離に依存する。この間はもっと
も他相磁界の影響を受は易い場所である。しだが直線偏
光部分は、自相導体１と他相磁界の影響を受けることに
なる。すなわち、偏光子７、検光子８も、光電流センサ
としての機能をもち、自相導体１の正確な電流は測定で
きなくなる。また、ファラデイ効果素子２においても、
Ｉ＝　（１／Ｖ）Δθ・ｄＬで、Ｌがｏｎ’とｏｎ’間
は空間伝送のため短くなり、測定感度が低下するだけで
なく、この構成は必ず空間伝送方式のみに限定されため
、光の空間光の広がり、軸ズレ、レンズ表面の汚染など
種々の問題があり、光電流センサとしての機能精度に問
題があった。

それ故、本発明は、このような事情に基づいてなされた
ものであり、この目的とするところのものは、他相の磁
界の影響を著しく低減させ、高精度で、かつ安定に測定
できる光変流器を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

このような目的を達成するために、本発明は導体に周回
して設置されるファラディ効果素子に、偏光子を介して
光を入射し、該導体を周回した後、該ファラディ効果素
子から出射する光を検光子により光量として取り出して
該導体内の電流を測定する光変流器において、前記偏光
子および検光子はその光通過部を、該導体の走行方向か
ら観て、前記ファラデイ効果素子内の周回光路上に一致
あるいはほぼ一致させて位置づけるようにしたものであ
る。

また、上述した構成において、偏光子および検光子は、
そのヴェルデ定数が、ファラデイ効果素子のそれより充
分に小さいものとしたものである。

〔作用〕

このように、偏光子および検光子は、その光通過部を、
導体の走行方向から観て、ファラデイ効果素子内の周回
光路上に一致させて位置づけることにより、完全に一周
された光路上での積分ができ、その周回積分に過不足が
ない状態で検出が可能となる。

したがって、他相の磁界の影響を著しく低減させ、高精
度で、かつ安定な測定ができるようになる。

〔実施例〕

以下、本発明による光変流器の一実施例を第１図（ａ）
ないしくｅ）を用いて説明する。同図（ａ）において、
たとえば鉛ガラスからなるファラディ効果素子２があり
、その中心部は貫通孔φが設けられ、導体１が貫通され
ている。

前記ファラディ効果素子２は、前記導体１の走行方向か
ら観て、矩形状をなしている。そして。

その−角には矩形状の切欠き部１５が形成されており、
前記導体１の走行方向側に順次検光子８と偏光子７とが
配置されている。

前記偏光子７は、平行子Ａ０を受は入れるようになって
おり、前記偏光子７の中心Ｏを通過した後は直線偏光Ａ
となり、前記ファラディ効果素子２の一辺に平行に直進
し、第１図（ｂ）に示すようにａ点に達する。このａ点
はファラディ効果素子２の各表裏面を傾斜させてカット
した部分であり、ここでそれぞれ全反射し、さらに、第
１図（ｃ）に示すように、前記ファラディ効果素子２の
一辺に平行に直進し、ｂ点に達する。このｂ点において
もファラディ効果素子２の各表裏面を傾斜させてカット
した部分であり、ここでそれぞれ全反射し、さらに、第
１図（ｄ）に示すように、前記ファラディ効果素子２の
一辺に平行に直進し、ｄ点に達する。この０点において
も同様にファラディ効果素子２の各表裏面を傾斜させて
カットした部分であり、ここでそれぞれ全反射し、第１
図（ｄ）に示すように前記ファラデイ効果素子２の一辺
に平行に直進し、前記偏光子７が配置された個所に到る
ようになっている。この場合、前記偏光子７に入射する
光線に対して、ファラディ効果素子２を周回した光線は
、前記導体１の方向側に位置ずれした状態で光路を形成
することから、前記切欠き部１５内において、検光子８
は前記導体１の走行方向から観て偏光子７と重畳した状
態で配置されている。そして、前記検光子８の光通過部
の中心Ｏは、前記導体１０走行方向から観て偏光子７に
おける光通過部の中心Ｏと一致づけられて位置している
。

このように構成すれば、偏光子７および検光子８は、そ
の光通過部Ｏを、導体１の走行方向から観て、ファラデ
ィ効果素子２内の周回光路（０−ａ−ｂ−ｃ−０）上に
一致させて位置づけられることになる。したがって、磁
界強度に依存する直線偏光部は、すべて閉ループ内に存
在することになり、いわゆる完全な周回路となってアン
ペールの周回路の法則が成立し、他相磁界の影響はほと
んど受けないことになる。

第２図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明による光変流
器の一他の実施例を示す構成図である。同図はその概略
的な構成としては第１図のものと同様である。しかし、
偏光子８と三角プリズム１０とをそれぞれ固着させたも
の、および検光子７と三角プリズム１１とをそれぞれ固
着させたもの、をそれぞれ導体１の定方向から観て、三
角形状となるよう位置づけて、該各三角プリズム１０，
１１をファラディ効果素子２の角部を斜めにカットした
面に固着させることによって、第２図と同様の構成にし
たものである。

さらに、第３図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、本
発明による光変流器の他の実施例を示す構成図である。

第１図に示した光変流器は、光路が一回の周回をなすよ
うに構成されたものに対して、第３図に示したものは、
−回の周回後、逆反射させ、はぼ同様の光路を辿ことに
よって合計二回の周回をさせる光変流器を対象とするも
のである。

すなわち、平行光Ａ、がコーナプリズム１２を通過した
後直線偏光となった光は、ａ’　、ｂ’Ｃ′および前記
コーナプリズム１２のＱに到る光路りを通過した後、前
記コーナプリズム１２のＱ。

Ｒで全反射し、ａ’　、ｂ’　　ａ’に到る光路Ｌ′を
通過して、前記平行光Ａ０と平行に（第３図（ｂ）に示
すように、導体１の走行方向と直角の方向から観た場合
は位置ずれを生じている）−ファラディ効果素子２外へ
出射するようになっている。

このような光変流器において第３図（ｂ）に示すＯ工＋
Ｏｚの位置にそれぞれ第１図に示すように。

偏光子、検光子をそれぞれの中心部に位置づけられるよ
うに配置してなるものである。

このようにした場合においても、前記偏光子および検光
子は、その光通過部を、導体の走行方法から観て、ファ
ラディ効果素子内の周回光路上に一致させて位置づける
ようにすることができる。

なお、本実施例によれば、コーナプリズム１２の反射面
の光路が、周回積分路内にあるため、他相磁界の影響は
極度に低減できる。ここで該反射面Ｑ、Ｒ間の光路が重
複しているがこれは入射光Ａ（７）−位置を少しコーナ
プリズム１２の鋭角部側へスライドすることにより、該
反射面Ｑ、Ｒ間距離を非常に短くすることが可能である
と同時に、コーナプリズム１２の材質をファラディ効果
ガラス２のヴェルデ定数に比べて非常に小さなものに選
定することで、第１図に示す実施例と同程度の測定精度
が得られる。

第４図は、本発明による光変流器の他の実施例を示す構
成図である。同図は、第３図と同様に２回分周回させる
光変流器であり、第３図と異なるのは、その逆反射させ
るコーナプリズム１２がその入射光および反射光が、導
体１の走行方向から観て一致しているところにある。

このようにした場合、偏光子を通過する光、および検光
子を通過する光は、導体１の走行方向から観て若干のず
れが生ずる。しかし、このようにして生じるずれは、従
来構成にて生ずる測定ずれから比べれば小さいことから
、第４図（ａ）の０、．０２に偏光子、検光子の光通過
部をそれぞれ位置づけられることによって測定精度が達
成される。

〔発明の効果〕

以上説明したことから明らかなように１本発明による光
変流器によれば、他相の磁界の影響を著しく低減させ、
高精度でかつ安定に測定することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による光変流器の一実施例を示す構成図
、第２図ないし第４図はそれぞれ本発明による光変流器
の他の実施例を示す構成図、第５図ないし第７図は従来
の光変流器の一例を示す構成図である。 １・・・導体、２・・・ファラディ効果素子、３・・・
光電流センサ、４・・・光源、５・・・信号処理回路、
６・・・集光レンズ、７・・・偏光子（Ｐ、Ｂ、Ｓ７）
、８・・・検光子（Ｐ、Ｂ、Ｓ８）、 ９．１０．１１・・・直角プリズム。 １２・・・コーナプリズム、１３・・・シース、Ｐ、Ｓ
・・・光出力の成分、八〇・・・平行光、Ａ・・・直線
偏光、Ｌ、Ｌ’・・・光路、Ｈ・・・磁界、■・・・導
体電流、φ・・・導体の貫通孔、ｏｎ、ｏｍ・・・直線
偏光部、 ｍ’　ｍ’　、ｎ’　ｎ’・・・空間部、ａａ’　ａ’
　、ｂｂ’　ｂ’　、ＱＱ’　Ｏ’　”’全反射面、Ｘ
・・・入射光の直線偏光部起点、 Ｙ・・・出射の　　　　　　終点。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、導体に周回して設置されるファラディ効果素子に、
   偏光子を介して光を入射し、該導体を周回した後、該フ
   ァラディ効果素子から出射する光を検光子により光量と
   して取り出して該導体内の電流を測定する光変流器にお
   いて、前記偏光子および検光子はその光通過部を、該導
   体の走行方向から観て、前記ファラディ効果素子内の周
   回光路上に一致あるいはほぼ一致させて位置づけたこと
   を特徴とする光変流器。 ２、請求項１記載において、偏光子および検光子はその
   ヴェルデ定数が、ファラディ効果素子のヴェルデ定数よ
   り充分小さい光変流器。