JPH06186259A - 光応用計器用変圧器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 コンデンサ分圧と光電圧センサを利用した光
応用計器用変圧器において、低圧側コンデンサ３と、こ
の低圧側コンデンサ３の分担電圧が印加される光電圧セ
ンサ４をセンサ容器18に収納し、センサ容器18に乾燥空
気22を封入する。 【効果】 長期間にわたって高精度の測定が可能な小型
の光応用計器用変圧器となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気光学素子を用いた
光応用計器用変圧器に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気光学効果（ポッケルス効果）を利用
して電圧を測定する光電圧センサは、信号伝達手段とし
て光ファイバを使用するので絶縁信頼性が高く電磁誘導
雑音を受けにくい測定系を構成でき、ガス絶縁開閉装置
（以下ＧＩＳという）にも応用されはじめている。

【０００３】光電圧センサをこのような電力分野で応用
する場合は被測定電圧が高圧であるため、交流電圧が課
電された課電部と大地電位との間に分圧用コンデンサを
配設し、この分圧用コンデンサで分圧された電圧を光電
圧センサに印加する構成がとられる。

【０００４】このような、コンデンサ分圧と光電圧セン
サを利用した光応用計器用変圧器（以下光ＣＶＴとい
う）としては、コンデンサ分圧された高電圧側を光電圧
センサに印加するものと、低電圧側を光電圧センサに印
加するものがある。光電圧センサは一般に温度特性があ
るため、高圧側コンデンサに光電圧センサを接続する
と、光電圧センサは導体に流れる電流に起因する発熱の
影響を受け、光ＣＶＴ出力の誤差が大きくなる。低圧側
コンデンサに光電圧センサを接続した光ＣＶＴは図４に
示すように構成されている。

【０００５】交流電圧が課電された課電部１と大地電位
間に、高圧側コンデンサ２と低圧側コンデンサ３を形成
し、低圧側コンデンサ３での分担電圧が光電圧センサ４
に印加されるよう構成する。一方信号処理部５を出射し
た光は、光ファイバ６ａで光伝送されて光電圧センサ４
に入射し、低圧側コンデンサ３の分担電圧により変調を
受けた後、光ファイバ６ｂで光伝送され信号処理部５の
信号処理器７で受光される。信号処理器７で受光された
光は、電気信号に変換された後、低圧側コンデンサ３の
分担電圧に比例した電圧となり、絶縁変圧器８を介して
外部に出力される。この絶縁変圧器８と信号処理器７か
ら成る信号処理部５は図示していない屋外盤に収納さ
れ、課電部１から数10〜数100 ｍ離れた場所に設置され
る。

【０００６】光電圧センサ４は図５のように構成されて
おり、光ファイバ６ａで光伝送され光電圧センサ４内に
入射した光は、レンズ９ａで平行な光ビーム10になり、
偏光子11、１／４波長板12、電気光学素子13及び検光子
14を順に透過した後レンズ９ｂで集光され、光ファイバ
６ｂへ出射される。

【０００７】ところで光ＣＶＴが設置されるＧＩＳに
は、ガス遮断器（以下ＧＣＢという）のように開閉動作
時に大きな振動を伴う機器が配設されている。また光電
圧センサ４に使用される光ファイバ６ａ，６ｂのコア径
は50〜100 μｍと、ごく細いものであるためレンズ９
ａ，９ｂによるコリメートが不十分である場合、ＧＣＢ
の動作振動によって光ファイバ６ａから光電圧センサ４
に入射した光が受光側の光ファイバ６ｂに十分取り込ま
れなくなる可能性がある。このように受光側の光ファイ
バ６ｂに入射する光パワーが変動すると、この変動周波
数は被測定電圧の周波数と近いため、信号処理器７で取
除くことができず、光ＣＶＴ出力のノイズとなって誤差
を増大させていた。

【０００８】このためレンズ９ａ，９ｂによる高精度の
コリメートが必要とされるが、光電圧センサ４は常温、
常圧の空気中で組立てられるのに対し、その使用環境は
４〜６気圧の高圧ＳＦ₆ 中であって、空気とＳＦ₆ の屈
折率の相違のためにコリメート調整が狂うという問題が
あった。

【０００９】また光電圧センサ４の光学部品は汚れ、ゴ
ミ、湿気などの影響を受けやすく、長期間使用する際の
特性変化を防止するためには光電圧センサ４を密閉構造
にする必要がある。しかしながら光電圧センサ４のみを
密閉構造にするのは製造上困難であるうえ、光ＣＶＴが
大形化してしまうという問題があった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記のように従来の光
ＣＶＴは、組立時に高精度のコリメートを行なっても使
用環境においてコリメート調整が変化してしまうためＧ
ＣＢ等の振動影響を受けやすく、長期間高精度の測定を
行うことができないという問題があった。そこで本発明
の目的は、ＧＣＢの動作振動の影響を受けにくく、長期
信頼性に優れた小形の光ＣＶＴを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明においては、コンデンサ分圧と光電圧センサを
利用した光応用計器用変圧器において、低圧側コンデン
サと、この低圧側コンデンサの分担電圧が印加される光
電圧センサとを備えたセンサ部を密閉容器内に収納し、
この密閉容器内に空気と略同じ屈折率を有する乾燥気体
を封入したことを特徴とする光応用計器用変圧器を提供
する。

【００１２】

【作用】低圧側コンデンサと、光電圧センサとを備えた
センサ部を密閉容器内に収納することにより、光電圧セ
ンサの光学部品が汚れ、ゴミ及び湿気等によって特性変
化するのを防止することができる。また密閉容器内に空
気と略同じ屈折率を有する乾燥気体を封入することによ
り組立て時のコリメートと略同じ精度のコリメートを維
持して測定を行うことができる。従ってＧＣＢの動作に
よって光ＣＶＴが振動しても、この振動が測定誤差に及
ぼす影響は従来の光ＣＶＴに比べて大幅に低下する。

【００１３】

【実施例】本発明の一実施例を図１乃至図３を参照して
説明する。

【００１４】図１に示すように、下部に凹部が形成され
た大地電位のＧＩＳ容器15内に課電部１を配設し、この
課電部１との間で静電容量Ｃ₁ の高圧側コンデンサ２を
構成する、中間電極16をＧＩＳ容器15内に配設する。Ｇ
ＩＳ容器15内にはＳＦ₆ ガス17を封入し、前記凹部にＧ
ＩＳ容器15とはガス区分を異にするセンサ容器18を配設
する。センサ容器18内には、静電容量Ｃ₂₂の低圧側コン
デンサ３を配設し、低圧側コンデンサ３の高圧側をブッ
シング19を介して中間電極16と電気的に接続する。ブッ
シング19はＧＩＳ容器15とセンサ容器18との隔壁を貫通
しており、ＧＩＳ容器15側にフランジ部を備えている。
低圧側コンデンサ３の低圧側に接地線を接続し、この接
地線をセンサ容器18の内側にフランジ部を備えたブッシ
ング20を介してセンサ容器18の外部に導出して接地す
る。低圧側コンデンサ３の分担電圧が印加される光電圧
センサ４もセンサ容器18に収納し、光電圧センサ４の一
端には入射側の光ファイバ６ａを接続し、他端には受光
側の光ファイバ６ｂを接続する。光ファイバ６ａ，６ｂ
は、センサ容器18の内側にフランジ部を備えた光密封端
子21ａ，21ｂを介して夫々センサ容器18外へ導出され、
図示していない信号処理器に接続されている。センサ容
器18には乾燥空気22が封入されており、センサ容器18内
には乾燥空気22を封入、排気するためのバルブ23及びセ
ンサ容器18内の圧力を調べるための圧力計24が配設され
ている。なおセンサ容器18とブッシング19，20及び光密
封端子21ａ，21ｂは夫々ガスケットとボルト締付によっ
て固定されている。次に作用について述べる。

【００１５】中間電極16と大地電位であるＧＩＳ容器18
との間にも静電容量Ｃ₂₁のコンデンサが形成されるがＣ
₂₁はＣ₂₂に比べてかなり小さいため本実施例の光応用計
器用変圧器の電気的等価回路図は図４においてＣ₂ ＝Ｃ
₂₂として表わしたものと略等価となる。

【００１６】光電圧センサ４は低圧側コンデンサ３とと
もに密閉容器であるセンサ容器18内に収納されているの
で、光電圧センサ４を単独で密閉構造にする必要はな
く、光電圧センサ４を小型にできるうえ、光電圧センサ
４を構成する光学部品を汚れ、ゴミ、湿気等から保護す
ることができる。

【００１７】またセンサ容器18には乾燥空気22が封入さ
れているため、従来のＳＦ₆ ガスを封入した場合に比べ
て光電圧センサ４の使用環境はその組立て環境に近くな
り、コリメート調整の変化を大幅に小さくすることがで
きる。従ってＧＣＢの動作により光ＣＶＴが振動して
も、振動が光ＣＶＴの測定に及ぼす影響は小さく、測定
誤差が大幅に低減される。センサ容器18に封入する乾燥
気体は空気と略同じ屈折率を有するものであればよく、
乾燥空気22の他にも窒素ガス、アルゴンガスなどでもよ
い。窒素ガスは空気の80％を占める不活性気体であり、
取扱いも容易であるためセンサ容器18に封入する乾燥気
体として適する。

【００１８】センサ容器18に封入される乾燥空気22の圧
力は、光ＣＶＴの使用規格の最低温度においても負圧に
ならない１kgf ／cm² 程度から、最高温度においても圧
力容器の規格に抵触しない２kgf ／cm² の範囲に設定す
る。即ち、 （ＧＩＳ容器15内のＳＦ₆ 17の圧力）＞（センサ容器18
内の乾燥空気22の圧力) ＞（大気圧）

【００１９】このような圧力関係に設定し、ブッシング
19，20及び光密封端子21ａ，21ｂを、夫々のフランジ部
が前述のように高圧側に位置するよう配設することによ
って確実に密閉構造を維持することができる。

【００２０】このようにセンサ容器18のガス気密信頼性
は非常に高いといえるが、万一センサ容器18のガス気密
に異常が発生した場合、異常を直ちに発見できるようセ
ンサ容器18には圧力計24が配設されている。例えばブッ
シング20または光気密端子21ａ，21ｂでガス気密が破れ
た場合、周囲の温度によってはセンサ容器18内の乾燥空
気22の圧力が負圧となり、大気中の湿気がセンサ容器18
に侵入する恐れがある。また、ＧＩＳ容器15とセンサ容
器18の隔壁に配設されたブッシング19に異常が生じた場
合、ＧＩＳ容器15内のＳＦ₆ ガス17がセンサ容器18に漏
れ出し、光電圧センサ４の精密なコリメート調整に変化
が生じる可能性がある。これらの現象は圧力計24によっ
て常時センサ容器18内の圧力を監視することによって未
然に防ぐことができる。

【００２１】さらに、センサ容器18に付属したバルブ23
によって乾燥空気22の封入、排気を簡単に行うことがで
きるのでセンサ容器18内に収納された光電圧センサ４お
よび低圧側コンデンサ３の点検が容易になる。

【００２２】以上のように本実施例によればセンサ容器
に低圧側コンデンサと光電圧センサを収納して乾燥空気
を封入し、乾燥空気の圧力を１〜２kg／cm² の間に設定
し、センサ容器に圧力計及びバルブを配設することによ
り、小形でＧＣＢ等の振動の影響を受けにくく、しかも
長期間高精度の電圧測定を行うことができる。センサ容
器のガス気密に対する信頼性は高く、さらに圧力計によ
って常時圧力監視を行うことにより万一ガス気密が破れ
た場合も、測定に不具合が生じる以前に異常を検出する
ことができる。

【００２３】センサ容器内に収納される要素は低圧側コ
ンデンサと光電圧センサのみ限るわけではない。本発明
は最近提案されているような調整抵抗、調整コンデンサ
を低圧側コンデンサに接続した光応用計器用変圧器にも
適用することができる。

【００２４】図２は本発明の第二の実施例を示してお
り、センサ容器18内には低圧側コンデンサ３と、この低
圧側コンデンサ３と並列に接続される調整抵抗25と、こ
の調整抵抗25と並列に接続され、低圧側コンデンサ３の
分担電圧が印加される光電圧センサ４を収納する。セン
サ容器18内には乾燥気体として窒素ガス26を封入する。
乾燥気体は乾燥空気あるいはアルゴンガスでもよい。

【００２５】本発明の第三の実施例においては、図３に
示すようにセンサ容器18内に低圧側コンデンサ３、調整
抵抗25、光電圧センサ４及び調整コンデンサ27を収納
し、低圧側コンデンサの高圧側と調整抵抗25を調整コン
デンサ27を介して接続する。センサ容器18内にはアルゴ
ンガス28を封入するが、乾燥空気あるいは窒素ガスを用
いてもよい。これら第二、第三の実施例の光応用計器用
変圧器においても第一の実施例と同様の作用、効果を奏
する。

【００２６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば低圧側コン
デンサと光電圧センサを備えたセンサ部を密閉容器内に
収納し、この密閉容器内に空気と略同じ屈折率を有する
乾燥気体を封入することによってＧＣＢの動作振動の影
響を受けにくく、長期信頼性に優れた小形の光ＣＶＴを
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例を示す光ＣＶＴの構造図

【図２】本発明の第二の実施例を示す光ＣＶＴの構造図

【図３】本発明の第三の実施例を示す光ＣＶＴの構造図

【図４】光ＣＶＴの電気的等価回路図

【図５】光電圧センサの構成図

【符号の説明】

１…課電部、２…高圧側コンデンサ、３…低圧側コンデ
ンサ、４…光電圧センサ、６ａ，６ｂ…光ファイバ、16
…中間電極、18…センサ容器、22…乾燥空気。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コンデンサ分圧と光電圧センサを利用し
   た光応用計器用変圧器において、低圧側コンデンサと、
   この低圧側コンデンサの分担電圧が印加される光電圧セ
   ンサとを備えたセンサ部を密閉容器内に収納し、この密
   閉容器内に空気と略同じ屈折率を有する乾燥気体を封入
   したことを特徴とする光応用計器用変圧器。