JPH0536377U - 光学式電圧電流センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電圧検出部にファラディ効果を有するポッケ
ルス素子を用い、電流検出部に印加される磁界の影響を
受けることなく電圧検出が行えるようにする。 【構成】 偏光子２４で直線偏光された光を１／４波長
板２５で円偏光に変換して被測定電圧が印加されたファ
ラディ効果を有するポッケルス素子２６に入射し電圧を
検出する電圧検出部２０と、偏光子３１で直線偏光され
た光を被測定電流による磁界Ｈ中に配置されたファラデ
ィ素子３３に入射し電流を検出する電流検出部２１とを
設け、両検出部２０，２１をポッケルス素子２６の光軸
の方向とファラディ素子３３の光軸の方向とを直交させ
て配置する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、ポッケルス素子及びファラディ素子を用いて配電線等の電圧，電流 を検出する光学式電圧電流センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来、配電線の電圧，電流を光学的に検出する場合、図３に示すように、ケー ス１に光学式電圧検出部２と光学式電流検出部３とを収容し、これを測定対象の 配電線４に近接して配置するようにしている。５，６は光ファイバケーブルであ る。 前記電圧検出部２は、図４に示すような構成になっており、ケース７に前記光 ファイバケーブル５に連結された光入射側，光出射側のコリメータ８Ａ，８Ｂ， 偏光子（ＰＢＳ）９，１／４波長板１０，ポッケルス素子１１及び検光子（ＰＢ Ｓ）１２を収容し、配電線４の電圧を適当に分圧してポッケルス素子１１に印加 するようにしている。

【０００３】 そして、半導体レーザ等の発光素子（図示せず）からの光が光ファイバケーブ ル５を通してコリメータ８Ａに入射されると、コリメータ８Ａに入った光が平行 光（偏光がランダムな光）に変換され、その後偏光子９で反射され、この際に偏 光子９において直線偏光される。偏光子９で直線偏光となった光は、１／４波長 板１０により円偏光に変換され、この状態でポッケルス素子１１を通過する。ポ ッケルス素子１１には、配電線４の電圧に比例した電圧が加えられており、ポッ ケルス素子１１に加わる電界強度に応じて通過する光の偏光状態が変化し、楕円 偏光に変換される。

【０００４】 さらに、ポッケルス素子１１を出た光は、検光子１２で反射され、この際にポ ッケルス素子１１による偏光状態の変化が光強度に変換され、コリメータ８Ｂに 入射され、光ファイバケーブル５を通して光センサ（図示せず）にて光強度が検 出される。 したがって、この電圧検出部２においては、ポッケルス素子１１に加えられる 電圧が変化すると、ポッケルス素子１１内を透過する際の透過光の偏光状態が変 化し、検光子１２で変換される光強度も変化し、したがって光センサの出力信号 のレベルが印加電圧の変化に応じて変化することになり、電圧を検出することが できる。

【０００５】 また、前記電流検出部３は、図５に示すように構成され、ケース１３に前記光 ファイバケーブル６に連結された光入射側，光出射側のコリメータ１４Ａ，１４ Ｂ，三角プリズム１５，偏光子（ＰＢＳ）１６，ファラディ素子１７，検光子（ 偏光子１６に対し光軸を中心として４５度回転させたもの）１８及び三角プリズ ム１９を収容し、配電線４を流れる電流による磁界Ｈの方向がファラディ素子１ ７の光軸方向になるようにしている。

【０００６】 そして、半導体レーザ等の発光素子（図示せず）からの光が光ファイバケーブ ル６を通してコリメータ１４Ａに入射されると、コリメータ１４Ａに入った光が 平行光（偏光がランダムな光）に変換された後、三角プリズム１５で全反射され 、さらに偏光子１６を透過し、この際に直線偏光される。偏光子１６から出た光 は、直線偏光の状態でファラディ素子１７を透過し、この際ファラディ素子１７ に加わる磁界強度に応じて透過する光の偏光状態が変化し、すなわち偏波面が回 転する。

【０００７】 さらに、ファラディ素子１７を出た光は、検光子１８を透過し、この際にファ ラディ素子１７による偏波面の回転が光強度に変換され、検光子１８から出た光 が三角プリズム１９で全反射されてコリメータ１４Ｂに入射され、光ファイバケ ーブル６を通して光センサ（図示せず）にて光強度が検出される。 したがって、この電流検出部３においては、配電線４に流れる電流が変化する と、ファラディ素子１７に加わる磁界強度が変化してファラディ素子１７の透過 光の偏光状態が変化し、検光子１８で検出される光強度も変化し、したがって光 センサの出力信号のレベルが配電線４に流れる電流の変化に応じて変化すること になり、電流を検出することができる。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、前述した電圧検出部２におけるポッケルス素子１１として、ファラ ディ効果を有さないものを使用した場合、この電圧検出部２を図３のように電流 検出部３に近接して、すなわち配電線４を流れる電流による磁界Ｈ中に配置して も影響はないが、この場合、ピロ電気による電界の影響を排除するためにポッケ ルス素子の６面すべてに電極（光の入射面，出射面は透明電極）を形成しなけれ ばならず、電極処理に手間がかかるといった欠点を有している。

【０００９】 これに対し、ＢＳＯやＢＧＯ等のファラディ効果を有するポッケルス素子の場 合、安価に入手できる上，電圧，電流のどちらの検出にも使用でき、しかも、前 述したような電極処理が不要であり、光軸に直交する光の入射面及び出射面に透 明電極を形成してこの間につまり光軸方向に電圧を印加することにより電圧検出 が行える。

【００１０】 しかし、従来例で示した構造では、電圧検出部２にファラディ効果を有するポ ッケルス素子を用いると、その光軸方向に電流による磁界Ｈが作用するため、こ の磁界Ｈの影響を受けてファラディ効果による偏光状態が生じてしまい、正確な 電圧検出が行えなくなる問題を生じる。

【００１１】 本考案は、従来の技術の有するこのような問題点に留意してなされたものであ り、その目的とするところは、電圧検出部にファラディ効果を有するポッケルス 素子を用いて磁界の影響を受けることなく電圧検出を行い得る光学式電圧電流セ ンサを提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】

前記目的を達成するために、本考案の光学式電圧電流センサにおいては、偏光 子で直線偏光された光を円偏光に変換して被測定電圧が印加されたファラディ効 果を有するポッケルス素子に入射し電圧を検出する電圧検出部と、偏光子で直線 偏光された光を被測定電流による磁界中に配置されたファラディ素子に入射し電 流を検出する電流検出部とを、ポッケルス素子の光軸の方向とファラディ素子の 光軸の方向とを直交させて配置したものである。

【００１３】

【作用】

前述した構成の光学式電圧電流センサにあっては、電流検出部が被測定電流に よる磁界中にファラディ素子の光軸方向と電流による磁界の方向とを一致させて 設置されるため、光軸の方向がファラディ素子のそれと直交するポッケルス素子 に対しては、その光軸に直交する方向に磁界が作用することになり、ファラディ 効果を有するポッケルス素子は磁界の影響を無視することが可能となる。

【００１４】

【実施例】

実施例につき、図１及び図２を用いて説明する。 （実施例１） まず、実施例１を図１を用いて説明する。同図に示すように、配電線の電圧を 光学的に検出する電圧検出部２０と配電線を流れる電流を光学的に検出する電流 検出部２１とは、測定対象の配電線に近接配置されている。

【００１５】 電圧検出部２０は、ケース２２に光入射側，光出射側のコリメータ２３Ａ，２ ３Ｂ，偏光子２４，１／４波長板２５，ファラディ効果を有するポッケルス素子 ２６，検光子２７及び三角プリズム２８を収容して構成され、ポッケルス素子２ ６の光の入射面及び出射面にそれぞれ形成した透明電極間に配電線の電圧を適当 に分圧した電圧が印加されている。

【００１６】 また、電流検出部２１は、ケース２９に光入射側，光出射側のコリメータ３０ Ａ，３０Ｂ，偏光子３１，１／２波長板３２，ファラディ素子３３及び検光子３ ４を収容して構成され、配電線を流れる電流による磁界Ｈの方向がファラディ素 子３３の光軸方向になるようにしている。

【００１７】 ここで、前記電圧検出部２０におけるポッケルス素子２６の光軸の方向は電流 検出部２１におけるファラディ素子３３の光軸の方向と直交するように設定され ており、したがって、前記磁界Ｈの方向はポッケルス素子２６に対しその光軸に 直交する方向となる。 なお、ファラディ素子３３が配電線を流れる電流による磁界を受けるための具 体的な構成としては、例えば、配電線を包囲するＣ形コアの磁路が開いた部分に ケース２９を挿入配置することが考えられる。

【００１８】 また、光学バイアス用の１／２波長板３２を偏光子３１とファラディ素子３３ との間に介在させたのは、あらかじめ直線偏光を４５度傾斜させることにより、 検光子３４を光軸に対して４５度回転させて取り付けるのを不要にし、組立作業 の向上を図ったものである。

【００１９】 このような構成にあっては、光ファイバケーブルからの光が電圧検出部２０の コリメータ２３Ａに入射されると、コリメータ２３Ａで平行光となった後，偏光 子２４で直線偏光され、さらに１／４波長板２５により円偏光に変換され、ポッ ケルス素子２６を通過する。この際、ポッケルス素子２６に加わる電界強度に応 じて通過する光の偏光状態が変化し、楕円偏光に変換され、その後検光子２７に おいて偏光状態の変化が光強度に変換され、三角プリズム２８で全反射されてコ リメータ２３Ｂにより光ファイバケーブルに入射され、図外の光センサで光強度 の検出が行われる。

【００２０】 一方、電流検出部２１のコリメータ３０Ａに光ファイバケーブルからの光が入 射されると、コリメータ３０Ａで平行光となった後，偏光子３１で直線偏光され 、さらに１／２波長板３２において偏波面が４５度回転され、ファラディ素子３ ３を通過する。この際、ファラディ素子３３に加わる磁界Ｈの磁界強度に応じて 通過する光の偏波面が回転し、この偏波面の回転が検光子３４で光強度に変換さ れ、コリメータ３０Ｂにより光ファイバケーブルに入射され、図外の光センサで 光強度の検出が行われる。

【００２１】 ところで、電圧検出部２０と電流検出部２１とは近接配置され、電流検出部２ １のファラディ素子３３に印加される磁界Ｈが電圧検出部２０のポッケルス素子 ２６にも作用することになるが、この場合、ポッケルス素子２６の光軸の方向と ファラディ素子３３の光軸の方向とが直交し、ポッケルス素子２６にその光軸に 直交する方向に磁界Ｈが作用するため、ファラディ効果を有するポッケルス素子 ２６においては、磁界Ｈの影響を無視することが可能となる。

【００２２】 （実施例２） つぎに、実施例２を図２を用いて説明する。同図において、前記と異なる点は 、１つのケース３５に電圧検出部２０と電流検出部２１とを収容して両者を一体 化した点であり、光ファイバケーブルからの光を光入射側のコリメータ３６Ａに より平行光に変換し、これを偏光子３７でＰ偏光とＳ偏光との２つの直線偏光に 分離し、電圧検出部２０にＰ偏光を用い、電流検出部２１にＳ偏光を用いるよう にしたものである。３６Ｂ，３６Ｃは光出射側のコリメータである。

【００２３】 この場合、ポッケルス素子２６の光軸とファラディ素子３３の光軸とが直交す るため、ファラディ素子３３にその光軸方向に印加される磁界Ｈに対し、ポッケ ルス素子２６の光軸が直交することになり、ファラディ効果を有するポッケルス 素子２６においては、磁界Ｈの影響を無視することが可能となる。

【００２４】 特に、この実施例の場合、両検出部２０，２１を一体化して１つのケース３５ に収容するため、光ファイバケーブル，コリメータ，偏光子等をそれぞれ１個削 減できる上、電圧電流センサ全体の小型化が実現し、配置スペースの点でも非常 に有利なものとなる。

【００２５】

【考案の効果】 本考案は、以上説明したように構成されているため、つぎに記載する効果を奏 する。 ファラディ効果を有するポッケルス素子を用いた電圧検出部とファラディ素子 を用いた電流検出部とを両素子のそれぞれの光軸の方向を互いに直交させて配置 したので、ファラディ素子の光軸方向に印加される磁界がポッケルス素子の光軸 に対し直交し、ポッケルス素子において磁界の影響を無視することが可能となり 、電圧、電流の検出精度が高まり、しかも、ファラディ効果を有するポッケルス 素子の採用により、素子に対する電極処理が軽減され、かつ安価になる効果が得 られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案による光学式電圧電流センサの実施例１
を示す概略構成図である。

【図２】本考案の実施例２を示す概略構成図である。

【図３】センサの配電線への取付状態を示し、（Ａ）は
正面図、（Ｂ）は側面図である。

【図４】従来例の電圧検出部を示す概略構成図である。

【図５】従来例の電流検出部を示す概略構成図である。

【符号の説明】

２０ 電圧検出部 ２１ 電流検出部 ２４，３１，３７ 偏光子 ２５ １／４波長板 ２６ ポッケルス素子 ２７，３４ 検光子 ３２ １／２波長板 ３３ ファラディ素子

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 偏光子で直線偏光された光を円偏光に変
   換して被測定電圧が印加されたファラディ効果を有する
   ポッケルス素子に入射し電圧を検出する電圧検出部と、
   偏光子で直線偏光された光を被測定電流による磁界中に
   配置されたファラディ素子に入射し電流を検出する電流
   検出部とを設け、前記両検出部を前記ポッケルス素子の
   光軸の方向と前記ファラディ素子の光軸の方向とを直交
   させて配置してなる光学式電圧電流センサ。