JPH0225761A - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、ファラデー効果を利用して、電流による磁界
を直線偏光波の偏波面の旋回角を検出し、これによって
電流値を検出する光変流器にかかり。

特に、温度変化や振動の大きい環境においても高精度、
高信頼性、長期的信頼性にすぐれた光変流器に関する。

（従来の技術） 従来、大電流測定装置としては、巻線形変流器が主とし
て使われているが、大型・高価・過渡電流波形の変歪等
の欠点があった。そこで近年これに代わり、ファラデー
効果材を用いて光学的に電流を測定する方法が注目され
ている。このような電流測定器は小型で過渡電流波形も
忠実に再現できるが、現場で発生する振動や温度変化に
対して誤差が増大するという欠点があった。ファラデー
効果材として一般に用いられている鉛ガラスのようなア
モルファス固体は光学的に等方性である。

しかし応力が加わるとガラスも光学的に異方性となり複
屈折を示す。これが測定誤差の一因となる。ガラスに温
度変化が生じると応力が発生するが、ガラスが熱膨張率
の異なる物質に強固に固定されている場合、もしくはガ
ラスに熱膨張率の異なる物質が強固に固定されている場
合には、温度変化による発生するガラス内部の応力はガ
ラス単体の場合に比較してかなり大きくなる。したがっ
て、ファラデー効果材には何も強固に固定することはな
く、柔軟性を保ってファラデー効果材を固定することが
望ましい６ （発明が解決しようとする課題） しかし、この場合、振動に対して光軸が変化しやすく、
振動に対して弱くなるという欠点があった。上記欠点を
改善するため、たとえば、公開特許公報昭６０−２１０
７７０に示されるように、光学装置を収納ケースの中に
弾性体と供に収納する方法が提案されている。この方法
を公開特許公報昭５８−１５３１７４に示されているよ
うな書体の周囲にファラデー効果材を配設する周回積分
型に適用しようとすると、ファラデー効果材が大きいた
め、振動による光軸のずれを防止するためには、偏光子
、レンズなどの送光装置と検光子、レンズなどの受光装
置をファラデー効果材に固定する必要があった。

従来から提案されている光の強度変調方式においては１
種類の光しか必要とせず、ファラデー効果材に上記のよ
うな光学部品を接着しても、温度特性の低下を引き起こ
すことはなく、光軸ｍ整の不完全による誤差もそれほど
問題にはならなかった。

ところが、大きなダイナミックレンジを得るために提案
されている種類の光をファラデー効果材に入射させる位
相変調方式では、３つの偏光子の角度、３光の強度バラ
ンスなどの微調整が必要であり、偏光子、検光子レンズ
などを収納するケースは大きな構造となり、加工精度を
得るためにはステンレスチールなどの金属で製作する必
要があり、このケースをファラデー効果材に接着すると
熱膨張率の相違により、温度変化時にファラデー効果材
に応力が発生し、複屈折が発生し、誤差の原因となった
。

本発明の目的は、振動や温度変化が大きい環境でも高精
度で電流を測定できる光変流器を提供するにある。

〔発明の構成〕

（課題を解、決するための手段） 本発明は、略直方体のファラデー効果材の表面と、収納
ケースの内面との間の間隙に弾性体を配設させる。

弾性体として、両面に接着剤を塗布したゴム板、又は、
弾性接着レジンなどの接着性のある弾性体を使用して、
ファラデー効果材を収納ケース内に固定することを特徴
とする。

（作　用） ファラデー効果材は柔軟に、接着・固定されているため
、初期応力バイアスを加える必要もなく。

温度変化時においても機械的応力が発生することは少な
く、温度変化による測定誤差が除去できる。

また、ファラデー効果材と、収納ケース材の熱膨張率の
違いから温度変化によりファラデー効果材表面と、収納
ケースの内面との間の間隙が拡がっても、間に配設した
弾性体が移動・脱落することや、ファラデー効果材が位
置ずれを起こすことも少ない。

さらに、略直方体の一頂点を含む３面の間隙を小さくす
ることで、ファラデー効果材の位置ずれ防止効果はより
一層増大する。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を第１図から第４図により説明
する。第１図は導体の中心軸に対して垂直な方向の断面
図でファラデー効果材１は互いに直交する光の入射面２
と出射面３を有し、座４ａ。

押え板４ｂ、　４ｃ、　４ｄおよび第１図には図示して
いない側板４ｅ、４ｆから構成され、収納ケース４内に
固定される。収納ケース４は、座４ａ、押え板４ｂ、　
４ｃ。

４ｄおよび側板４ｅ、　４ｆをボルトで結合することに
より、略直方体の形状となる。

光の入射面２の近傍には、偏光子５ａ、　５ｂ、　５ｃ
、レンズ６ａ、　６ｂ、　６ｃ、光フアイバフェルール
７ａ、　７ｂ。

７Ｃを収納する送光用光学ヘッド８が収納ケース４に固
定され、光の出射面３の近傍には、検光子９゜プリズム
１０．レンズ１１．光フアイバフェルール１２を収納す
る受光用ヘッド１３が収納ケース４に固定されている。

光の入射面２および光の出射面３を含むファラデー効果
材１．の二つの平面は、座４ａ、押え板４ｄの面に、接
着剤１４ａ、　１４ｄで接着層を薄くして接着し、前記
二つの平面に平行な他の二面と押え板４ｂ、４ｃの間に
間隙を形成し、接着剤１．４ｂ、　１４ｃを両面に塗布
したゴム板などの弾性体１５ａ、　１５ｂでこの間隙を
うめている。ファラデー効果材１の中心部分には被測定
電流が流れる導体１６が貫通している。

第２図は導体１６の中心軸に対して平行な平面での断面
図を表わしている。ファラデー効果材１の第１図には図
示されていない二つの平面のうち一つは収納ケース４の
側板１９ａの面に接着剤１４ａで接着層を薄くして接着
し、他の一面は側板１９ｂとの間隙を形成し、接着剤１
４ｆを両面に塗布したゴム板などの弾性体１５ｃ、　１
５ｄで、この間隙をうめている。　第３図は、本光変流
器の原理を示すもので、偏光子５ａ、　５ｂ、　５ｃは
空間的に１２０℃ずつずれた状態で設置しており、これ
らの偏光子を通過して放射される光は、第３図（ａ）に
２０で示すように、空間的に１２０℃ずつずれた直線偏
波となる。光ファイバ１７ａ、　１７ｂ、　１７ｃによ
り送られる光信号は、第３図（ｂ）　（ｃ）　（ｄ）に
示す一定の周波数の矩形波とし、それぞれ時間的に１２
０℃ずつ位相をずらしである。

このような光をファラデー効果材１を通過させ。

検光子９．レンズ１１を通して、受光ファイバ１８内に
取り込めば、　この合成波の光強度は（８）に示すよう
な波形となり、この光強度を電気信号に変え、その基本
波成分のみを取り出せば、　（ｆ）のようになる。導体
１６に電流が流れていれば、ファラデー効果により、直
線偏光波の偏波面が回転するため、基本波の位相は、電
流が流れていない場合の位相に比較して、ファラデー旋
回角Ｆの２倍、すなわち２Ｆだけ位相がずれる。　この
ずれを（ｇ）に示すように測定することにより、導体１
６に流れる電流を知ることができる。このような位相変
調方式は、ファラデー旋回角の大きさの制限がなく、大
きなダイナミックレンジを得ることができる。

実施例の作用について第１図および第２図を参照して説
明する。ファラデー効果材１は座４ａ、押え板４ｄ、側
板１９ａに、薄い接着層で接着されており、これらの面
が基準となりファラデー効果材１は、常に収納ケース内
の同一場所に位置する。このことは経年変化により、弾
性体Ｌ５ａ、　１５ｂ、　１５ｃ。

１５ｄの弾性力に変化が生じても成立する。

常温で第１図、第２図に示したように構成された部分の
温度が、たとえば規格で定められている最低周囲温度−
２０℃まで低下した場合を考える。

温度変化は約４０ｄａｇ、でありたとえばアルミニウム
などの金属で形成した一辺が約１５０ａｍの収納ケース
は、約０．２ｎｓａ程度収縮することになる。　ファラ
デー効果材を形成する鉛ガラスは、殆ど熱膨張・収縮し
ないから、ファラデー効果材と収納ケースの間隙は約０
．２ｏｉだけ縮まることを意味する。この変位は軟かい
弾性体１５ａ、　１５ｂ、　１５ｃ、　１５ｄを圧縮し
てこの温度下降による間隙縮小を吸収することができ、
ファラデー効果材１に大きな機械的応力を与えることが
防止できる。

逆に温度が上昇した場合を考える。温度上昇値としては
、規格で定められている最高周囲温度４０℃に、導体１
６の通電による温度上昇値を加えて、約１００℃まで上
昇することがある。　この場合温度変化は約８０ｄｅｇ
、であり、アルミニウムなどの金属で形成した一辺が約
１５０ｍｍの収納ケースは、約０．４−程度、間隙が拡
がることになる。間隙が拡がってもファラデー効果材１
と収納ケース４とは、接着されているので、弾性体１５
ａ、　１５ｂ、　１５ｃ、　１５ｄがずれたり、脱落す
ることはなく、シたがって、光路を遮断することはない
。

このことは、また常温において、あらかじめファラデー
効果材１および弾性体１５ａ、　１５ｄ、　１５ｃ。

１５ｄを圧縮して、応力バイアスを付与しておく必要が
ないので、温度下降時に、過大な圧縮応力を発生しない
。

ファラデー効果材１に作用する引張り応力は、弾性体１
５ａ、　１５ｄ、　１５ｃ、　１５ｄが軟がいので、吸
収される。

たとえば導体１６に故障大電流が流れたり、遮断器が動
作したりして、振動が発生した場合を考える１本発明に
おいては、このような状況下においてもファラデー効果
材１は、収納ケース内の同一場所に固定され、特に、光
の入射面２．光の出射面３がそれぞれ座４ａ、押え板４
ｄに薄い接着層を介して、常に密着しているので、送光
用光学ヘッド８、受光用光学ヘッド１３との相対位置が
変化することなく、光軸は変化しない。したがってこの
ような振動時に測定誤差が出現することはない。

次に、導体１８に流れる電流値が変化し、導体１８によ
る発熱量が変化してファラデー効果材１の周囲温度が変
化した場合を考える。このとき、収納ケース４の熱膨張
、熱収縮に対してファラデー効果材１に機械的応力を与
えることは少なく、複屈折現象による測定誤差をなくす
ことができる。送光用光学ヘッド８．受光用光学ヘッド
１３．光の入射面２．光の出射面３は互いに近い位置に
設置され、しかもこれらの間には、収納ケース４を構成
する金属が存在するのみであるので、熱膨張、熱収縮に
よる光軸のずれも防止することができる。

温度降下時の収納ケース４とファラデー効果材１との間
の間隙の拡がりに対しても、圧縮圧力バイアスをあらか
じめ付与することなく、ファラデー効果材１を定位置に
保持するとともに弾性体Ｉ５ａ、　１５ｂ、　１５ｃ、
　１５ｄも脱落・移動しない、すなわち、光路を遮断す
る恐れはない。

上述のように、ファラデー効果材１の応力が低減される
ので、光弾性効果による測定誤差も低減される。

本光変流器の一用途である、変電所などに設置されるガ
ス絶縁開閉装置は、２０年以上の長期にわたり、無保守
での動作を保障されており、本光変流器もこの程度の長
期信頼性が要求される。一般に弾性体は経年変化により
弾性力が低下し、形状が変化する（いわゆるかれる）こ
とが知られている。このかれにより収納ケース４内のフ
ァラデー効果材１の位置が長い間に変化する恐れがある
が、本発明によれば、このようなこともなく、長期信頼
性の高い光変流器を提供することができる。

上に述べた一実施例では、弾性体１５ａ、　１５ｂ。

１５ｃ、　１５ｄとして、両面に接着剤を塗布したゴム
板などの弾性体として説明したが、例えばシリコーンゴ
ムなど、硬化後もゴム弾性を有するゴム状レジンを使っ
ても本発明の効果はそこなわれない。

また、接着剤として、上記ゴム状レジンを使うと、接着
剤硬化、又は、温度変化の際発生する接着剤自身の伸縮
による応力が吸収され、ファラデー効果材に局部的な応
力集中が生じるのを防止できるので、接着剤ばくり、フ
ァラデー効果材の割れなどのない信頼性の高い光変流器
が提供できる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、ファラデー効果材に機械
的応力が加わるのを防止することができ、しかも光軸を
常に一定に保つことができるため、振動や温度変化の大
きい環境でも、高精度で電流を測定できる長期的信頼性
の高い光変流器を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明の一実施例を示す断面図、第３
図＃坤≠井は光変流器の原理を示す説明図である。 １・・・ファラデー効果材、　　２・・・光の入射面３
・・・光の出射面、　　　　　４・・・収納ケース４ａ
−座、　　　　　　　　　４ｂ、　４ｃ、　４ｄ−押え
板５ａ、　５ｂ、　５ｃｍ偏光子、　　　６ａ、　６ｂ
、　６ｃｍレンズ。 ７ａ、　７ｂ、　７ｃ、　１２−フェルール８・・・送
光用光学ヘッド、　　９・・・検光子１０・・・プリズ
ム、　　　　　　　１３・・・受光用光学ヘッド１４ａ
、　１４ｂ、　１４ｃ、　１４ｄ−接着剤１５ａ、　１
５ｄ、　１５ｃ、　−弾性体、　　１６−・・導体、１
７ａ、　１７ｂ、　１７ｃ・・・送光用光ファイバ１８
・・・受光ファイバ、　　　　　１９ａ、　１９ｂ・・
・側板２０・・・３光の偏波面、２１・・・各信号の時
間的変化代理人　弁理士　　則　近　憲　体 間　　　　　第子丸　　　健 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被測定導体の近傍にファラデー効果材を配置し、前記フ
   ァラデー効果材の内部を通過した光が受けるファラデー
   効果を利用した光変流器において、前記ファラデー効果
   材は、収納ケース内に設置され、前記収納ケース内面と
   ファラデー効果材との間の間隙に、接着性のある弾性体
   を介在させ、前記ファラデー効果材を収納ケース内に固
   定したことを特徴とする光変流器。