JPH03235064A

JPH03235064A - 光電圧センサ

Info

Publication number: JPH03235064A
Application number: JP2032084A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Nishimura; 英一西村; Yoshihisa Katsuyama; 勝山　吉久; Takashi Ezure; 江連　孝; Takeshi Abe; 剛阿部; Akira Oba; 大場　朗
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1990-02-13
Filing date: 1990-02-13
Publication date: 1991-10-21

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、ポッケルス効果を利用した光電圧センサに関
し、特に高電圧の電圧値を計測するための光電圧センサ
に関する。

（従来技術）従来、電圧計測を行う電圧センサには、ゲルマニウム酸
ビスマス単結晶、ケイ酸ビスマス単結晶、ニオブ酸リチ
ウム単結晶等の光学系結晶のポッケルス効果を利用した
光電の光電圧センサが知られている。この種の光電圧セ
ンサでは、例えば、第６図、第７図に示すように、受信
器■０内の発光部１１から出射した光波は、まず光ファ
イバ１２を通り、ロッドレンズ１３で平行又は集光され
て、光電圧センサ部１４内の偏光子１５に入射され、こ
こで直線偏光となって１／４波長板１６に入射される。

１／４波長板１６に入射された直線偏光は、ここで円偏
光に変換されてポッケルス素子１７へ出射される。

上記円偏光が入出射するポッケルス素子１７の光入射面
１７ａ及び光出射面１７ｂには、酸化インジウム、酸化
スズ等の透明導電膜が蒸着されている。また、上記透明
導電膜が蒸着された光入射面１７ａ及び光出射面１７ｂ
には、導電性接着剤等によって各リード線１８ａ、１８
ｂが接着固定されており、ポッケルス素子１７には、リ
ード線１８ａ、１８ｂを介して被測定対象の電圧が印加
されている。

ポッケルス素子１７に入射した円偏光の光波は、２つの
軸となってポッケルス素子１７内を伝搬し、上記電圧が
印加されることにより、個々の軸方向の屈折率か変化し
、進行波に位相差か生じる。上記位相差は、印加電圧に
比例し、位相差の生じた個々の軸方向の光波を合成する
と、入射した円偏光は楕円偏光となって検光子１９へ出
射される。

検光子１９に入射した楕円偏光は、ここで検知され、ロ
ッドレンズ２０及び光ファイバ２１を介して受信器１０
内の受光部２２に伝送される。上記楕円偏光は、受光部
２２で光／電気変換されたのち、信号処理部２３でアナ
ログ電圧として図示しない計測部へ出力され、ここで電
圧値が測定されていた。

上記光電圧センサは、信号伝送路に光ファイバを用いて
いるので、電磁誘導ノイズを全く受けず、またセンサ部
が絶縁性に優れているため、高電磁界環境下においても
高精度の電圧測定が可能である。

（発明が解決しようとする課題）ところが、上記光電圧センサでは、ポッケルス素子１７
の光透過面である光入射面及び光出射面に透明導電膜が
蒸着されており、通常結晶長は、３　　［ｍｍ］〜１０
［ｍｍ］程度であり、例えば電カケープルや電力機器に
印加される敵方ボルトの電圧値を計測しようとした場合
には、ポッケルス素子の表面で沿面線絡し、絶縁破壊が
生じてしまう欠点がある。

高電圧の電圧値を上述した構造のまま絶縁するのは、実
用上困難であるが、これを防ぐ対策としては、上記結晶
長を長くする方法が考えられる。

しかし、上記方法では、ゲルマニウム酸ビスマスやケイ
酸ビスマス単結晶をポッケルス素子に用いた縦型変調方
式の場合には、結晶自体の有する旋光能の影響により感
度の低下や温度性能の低下を引き起こし、また横型変調
方式の場合には、空間伝搬距離（ロッドレンズ間）が長
くなるため、伝搬ロスが増加し、Ｓ／Ｎ比が悪化すると
いう問題点がある。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、被測定電
圧を分圧して光電圧センサに印加することにより、高電
圧の計測においても、高い計測精度を得ることができる
光電圧センサを提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するために本発明によれば、被測定対表
の電圧が印加されるポッケルス素子を有し、所定偏光さ
れた光波を前記ポッケルス素子に入射して、その光波の
屈折率の変化に伴う位相差に応じて被測定対象の電圧値
を検知する光電圧センサにおいて、前記被測定対象の電
圧を分圧し、該分圧した電圧を前記ポッケルス素子に印
加するコンデンサ分圧型の分圧器を具えるものである。

（作用）分圧器で敵方ボルトの被測定対象の電圧を数百ボルトに
分圧してポッケルス素子等の光学素子に印加することに
より、位相差の生じた光波からなる楕円偏光を得る。上
記楕円偏光は、受信器に伝送され、光／電気変換された
のち、アナログ電圧として計測部へ出力される。

（実施例）以下、本発明の実施例を第１図乃至第５図に基づき説明
する。

第１図は、本発明に係る光電圧センサの一実施例を示す
側面図である。図において、光電圧センサは、印加する
被計測電圧を分圧する分圧器３０とセンサ部４０とから
なっている。

分圧器３０は、第１図及び第２図に示すように、被測定
対象の高電圧が印加される接続端子３１を有するロッド
形状の高圧電極３２と、すり鉢形状の中間電極３３と、
円筒形状のアース電極３４等からなっている。

高圧電極３２、中間電極３３、アース電極３４は、銅又
はアルミ製等の金属からなり、カバー３５内にエポキシ
樹脂やシリコン樹脂等の絶縁樹脂３６ニヨリモールド固
定されている。

中間電極３３は、浮き状態にある電極で、アース電極３
４はアース線３７を介して接地されている。

中間電極３３とアース電極３４間には分圧を調整する調
整用コンデンサ３８が並列に接続されている。なお、上
記調整用コンデンサ３８は、可変コンデンサである。

上記構造は、等価的に第３図の等価回路で表すことがで
きる。ここで、高圧電極３２と中間電極３３間の静電容
量を０１、中間電極３３とアース電極３４間の静電容量
をＣ２、調整用コンデンサ３８の容量をＣ３とすると、
被測定電圧ＶＱとポッケルス素子４３の両端に加わる電
圧Ｖ１の分圧比は、Ｖｌ／ＶＯ１＝ｃ１／　（Ｃ２＋Ｃ３）　・（１）で表
すことができる。被測定電圧ｖｏは、上記（１）式に基
づいて電圧Ｖ１に分圧され、上記電圧Ｖ１はリード線３
９ａ、３９ｂを介して光学素子である光電圧センサ部４
０に印加される。

光電圧センサ部４ｏは、第６図に示した光電圧センサと
同様の構成であり、４１は偏光子、４２は１／４波長板
、４３はポッケルス素子、４４は楕円偏光を検知する検
光子、４５．４６はロッドレンズ、４７．４８は光ファ
イバである。上記リード線３９ａ、３９ｂはポッケルス
素子４３の光入射面と光出射面とに接続されている。光
ファイバ４７．４８は、光２芯ケーブルとして約１００
ｍ離れた受信器に導かれ、第２図に示した発光部及び受
光部にそれぞれ接続されている。

従って、高圧電極３２の接続端子３１とアース間に被測
定電圧ＶＯを印加すると、上記被測定電圧ＶＯは、分圧
器３０テＶＯＸＣｌ／　（Ｃ２＋Ｃ３）に分圧されて、
リード線３９ａ、３９ｂを介して光電圧センサ４０のポ
ッケルス素子４３に印加される。

光ファイバ４７、ロッドレンズ４５、偏光子４１及び１
／４波長板４２を介してポッケルス素子４３に入射した
円偏光の光波は、上記分圧された電圧が印加されること
により、屈折率が変化し、楕円偏光となって検光子４４
、ロッドレンズ及び光ファイバ４８を介して受信器へ出
射される。

受信器ＩＯでは、上記楕円偏光を光／電気変換したのち
、アナログ電圧として図示しない計測部へ出力し、ここ
で電圧値が測定される。例えばＣ１を１７．５［ＰＦ］
、Ｃ２を４３［ＰＦ］、Ｃ３を１７００　［ＰＦ］とす
ると、分圧比は上記（１）式からＶｌ／ＶＯｌ　＝　１
／１００となる。すなわち分圧比は１００：１となり、ＶＯ＝５
０［ＫＶ］の場合には、Ｖ１＝５００［ＫＶコに分圧さ
れ、高電圧でない上記電圧Ｖ１が光電圧センサ部４０に
印加されるので、光電圧センサは特別な改良を加えなく
ても絶縁破壊が生じることがなくなり、高精度に電圧Ｖ
１を検知することができる。また、計測部はアナログ電
圧Ｖｌが入力すると、上記アナログ電圧Ｖ１に基づいて
実際の電圧値（実施例では５０　　［ＫＶ］　）を算比
することができる。

なお、本実施例では、分圧器の各電極をエポキシ樹脂等
の絶縁樹脂によりモールド固建しているが、本発明はこ
れのみに限らず、例えば第４図に示すように、ケース５
１内に固定された高圧電極５２、中間電極５３及びアー
ス電極５４の間をチッソガス等の絶縁ガスで絶縁した分
圧器を用いることも可能である。図中５５は接続端子、
５６は調整用コンデンサ及び光学素子、５７はリード線
、５８は光ファイバを示しており、上記洗ファイバ５８
は受信器と接続されている。

また、第５図は、本発明に係る光電狂センサの印加電圧
−センサ出力特性に示す図であり、本発明ではこの特性
に示されるように、５０　［ＫＶ］程度の印加電圧に対
しても良好なセンサ８力を得ることができる。

さらに、本発明では、電極構造及び調整用コン４゜デンサの容量を変更することにより、分圧比を任意に変
えることができると共に、周波数特性にも優れているの
で、計測対象の電圧の測定、例えば雷インパルス電圧の
測定、開閉サージ電圧の測定等に合わせた設計が可能で
ある。

（発明の効果）以上説明したように、本発明では、被測定対象の電圧が
印加されるポッケルス素子を有し、所定偏光された光波
を前記ポッケルス素子に入射して、その光波の屈折率の
変化に伴う位相差に応じて被測定対象の電圧値を検知す
る光電圧センサにおいて、前記被測定対象の電圧を分圧
し、該分圧した電圧を前記ポッケルス素子に印加するコ
ンデンサ分圧型の分圧器を具え、分圧器で分圧された被
測定電圧をポッケルス素子に印加するので、ポッケルス
素子の絶縁破壊を防止して被測定対象の電圧を測定する
ことができ、計測精度及び信頼性の向上を図ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光電圧センサの一実施例を示す側
面図、第２図は第１図に示した分圧器の斜視図、第３図
は本発明に係る分圧器を等価的に示した回路図、第４図
は本発明に係る光電圧センサの他の実施例を示す側面図
、第５図は本発明に係る光電圧センサの印加電圧−セン
サ出力特性に示す図、第６図は従来の光電圧センサの一
例を示す構成図、第７図は光電圧センサと受信器との関
係を説明するための図である。１０・・・受信器、１１・・・発光部、１５．４１・・
・偏光子、１６．４２・・・Ｉ／４波長板、１７．４３
・・・ポッケルス素子、１９．４４・・・検光子、３０
・・・分圧器、３２．５２・・・高圧電極、３３．５３
・・・中間電極間、３４．５４・・・アース電極、３６
・・・絶縁樹脂、３８・・・調整用コンデンサ、３９ａ
、３９ｂ・・・リード線、４０・・・光電圧センサ部４
５．４６・・・ロッドレンズ、４７，４８．５８・・・
光ファイバ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）被測定対象の電圧が印加されるポッケルス素子を
有し、所定偏光された光波を前記ポッケルス素子に入射
して、その光波の屈折率の変化に伴う位相差に応じて被
測定対象の電圧を検知する光電圧センサにおいて、前記
被測定対象の電圧を分圧し、該分圧した電圧を前記ポッ
ケルス素子に印加するコンデンサ分圧型の分圧器を具え
たことを特徴とする光電圧センサ。
（２）前記コンデンサ分圧型の分圧器は高圧電極、中間
電極、アース電極及び可変コンデンサからなり、かつ前
記高圧電極、中間電極、アース電極を絶縁することを特
徴とする請求項１記載の光電圧センサ。
（３）前記高圧電極、中間電極、アース電極は該高圧電
極とアース電極間の静電容量に応じた第１の分圧コンデ
ンサと、該中間電極とアース電極間の静電容量に応じた
第２の分圧コンデンサとに等価されることを特徴とする
請求項１又は２記載の光電圧センサ。