JPH07104380B2 - 光式零相電流検出器 - Google Patents

光式零相電流検出器

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JPH07104380B2
JPH07104380B2 JP62271299A JP27129987A JPH07104380B2 JP H07104380 B2 JPH07104380 B2 JP H07104380B2 JP 62271299 A JP62271299 A JP 62271299A JP 27129987 A JP27129987 A JP 27129987A JP H07104380 B2 JPH07104380 B2 JP H07104380B2
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正雄 大塚
孝三 床並
秀樹 斉藤
浩一 堀
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Yaskawa Electric Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、零相電流を高感度で信頼性高く検出するため
の、光式零相電流検出器に関する。
〔従来の技術〕
非接地系の送配電線路に地絡事故が生じたときには、線
路の浮遊静電容量に起因して微弱な零相電流が流れる。
この微弱な零相電流を検出するために、零相電流検出装
置が必要となる。
従来の高圧非接地系の送配電線路に用いる零相電流検出
装置としては、零相変流器(ZCT)がほとんどであっ
た。
しかし、高圧架空配電線路のように三相電線の線間距離
が離れているため、ZCTが使用しにくい場合や、大容量
になって、大面積の貫通導体と相間絶縁のためのZCTが
大型になる場合がある。このような場合においては、精
度はZCTに比べ若干劣るものの、そのコンパクト性、相
間絶縁の容易さから、3個のCT(変流器)を用いた3CT
方式が用いられることがある。
3CTで三相回路の零相電流を測る方法としては、第5図
に示す二次残留回路方式と、第6図に示す三次零相分路
方式とがある。
二次残留回路方式は、一般に400A以下に用いられ、第5
図に示すように、三相の電線21a,21b,21cのそれぞれ
に、各々単一のコアを一次回路としてこれに二次巻線を
施した変成器22a,22b,22cを装着し、負担23によってこ
れらの並列回路を短絡した構成である。この方式におい
ては、二次零相電流成分は負担23を通る電流i02として
現れ、その電流i02の大きさは、各変成器22a,22b,22cの
二次巻線数をNターンとすると、一次零相電流の1/Nに
なる。ただし、各変成器22a,22b,22cは貫通型CTとし
て、それらの一次側巻線は1ターンとする。この二次巻
線数Nは二次正相分電流で決まるが、この電流は通常5A
であるので、一定定格電流が400Aの場合はN=80ターン
となる。たとえばZCTの特性を規定する一次零相電流が2
00mAの場合、二次零相電流i02は200/80=2.5mAしか流れ
ない。一次定格電流がさらに大きくなると、二次正相分
電流が5A一定であるから、二次巻線はさらに大きくな
り、したがって二次零相電流i02はますます小さくな
る。
このため、一般に400A以上の大電流を検出する場合に
は、第6図に示す三次零相分路方式が用いられる。この
方式は、三相の電線31a,31,31cのそれぞれに、各々単一
のコアを一次回路としてこれに二次巻線33a,33b,33c及
び三次巻線34a,34b,34cを施した変成器32a,32b,32cを装
着したものである。そして、二次巻線33a,33b,33cは正
相分の各相電流をキャンセルするために両端が短絡さ
れ、三次巻線34a,34b,34cの直列回路には負担35が接続
されている。
この第6図の方式においては、正相分のキャンセル用の
二次巻線回路とは無関係に三次巻線34a,34b,34cに零相
成分を流すことができるため、三次巻線34a,34b,34cの
巻数は自由に選定できる。そのため、三次巻線34a,34b,
34cの巻数を少なくすれば、三次零相電流i03としては、
さほど小さくならず、比較的大きな零相電流出力を得る
ことができる。しかし、巻線をどんどん小さくしても、
1ターン以下にはできないため、原理的に、一次零相電
流以上には増幅することはできない。
たとえば、ZCTの特性を規定している一次零相電流が200
mAの場合、三次零相出力としては、200mA以上にはなり
得ないことになる。この対策として、三次巻線34a,34b,
34cの負担用抵抗35の両端に発生する零相電流に比例し
た電圧を、出力信号として見る方法も考えられるが、こ
の出力電圧を大きくするには負担用抵抗を大きくし、且
つ三次巻線回路の電流を大きくしなければならない。こ
のため、三次巻線34a,34b,34cの巻線を増し、コアサイ
ズも大きくすることが必要となるが、これには、実用
上、限度があった。
〔発明が解決しようとする問題点〕 このように、一次正相電流が大きくなってくると、零相
電流を測定する方法としては、三次零相分路方式が非常
に有効になってくるが、この方式の欠点としては、三次
巻線に電流が流れるため、二次分路電流が生じ、変流比
が変動し、正確な零相電流を測定できないという問題が
ある。
また、異相地絡時のように、極めて大きな一次零相電流
が流れる場合、三次巻線にもそれに比例した大きな電流
が流れるため、巻線寸法も大きくなる。さらに、電磁力
も加わるため、巻線の機会的支持も堅固にする必要があ
るという欠点があった。
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたも
のであり、零相電流を高感度で信頼性高く検出すること
を目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
この目的を達成するため、本発明の光式零相電流検出器
は、三相の送配電線路のそれぞれに環状の鉄心を配置
し、各鉄心に二次巻線及び三次巻線を巻回した変成器を
設け、これらの変成器の二次残留回路の負担として抵抗
を接続するとともに、前記各相の三次巻線を直列に接続
し、該直列回路の両端子間に電圧センサを設けて零相電
流に比例した電圧を検出する手段を備えたことを特徴と
する。
この電圧センサとしては、ポッケルス素子のように、電
界によって媒質の屈折率が異なる電気光学結晶素子を用
いたことにより、外界のノイズに影響されない信号抽出
が可能となる。
〔作用〕
本発明は、前記の構成であるから、三相一次導体である
一次巻線に零相分が含まれず、かつ3個の変成器の変成
比が等しい場合は、二次電流の和は零となる。したがっ
て、この場合には、二次残留回路に接続された負担用抵
抗の両端に電圧を生じず、三次巻線にも電圧は誘起され
ず、電圧センサは動作しない。
一方、変成器の一次巻線に零相電流が流れると、この変
成器の二次残留回路に、零相電流に比例した電流が流
れ、この二次残留回路の両端に接続された負担用抵抗に
は、発生した零相電流に比例した電圧が発生する。この
電圧は三次巻線で電圧増幅され、電圧センサの両端に電
圧出力として取り出される。電圧センサを電気光学結晶
素子のような誘導体で構成すると、三次回路に三次零相
電流を流さずに電圧出力が取り出される。このため、三
次巻線を増やせば容易に大きな電圧出力として取り出
せ、しかも三次巻線には電流が流れないため、前述の三
次零相分路方式の欠点が全て除かれる。すなわち、三次
巻線は単位長さ当たりの抵抗の大きいな極細線が巻ける
ため、多数回巻回しても大きな寸法にならず、また負担
も小さくできる。このため、コアサイズも小さくなり、
コンパクトな高感度3CT方式が実現できる。
〔実施例〕 以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて具体的に説
明する。
第1図は、本発明の実施例の構成を示すブロック図であ
る。同図において、1は光を送出する光送信器、2及び
3は光ファイバを用いた光送信路及び光受信路、5は信
号処理回路、6は表示装置である。7は消弧性ガスを封
入した開閉器であり、器内に三相の送配電線路のそれぞ
れに接続する開閉電極7a,7b,7cが収納されている。8,9,
10は変成器であり、開閉器電極7a,7b,7cのそれぞれに前
記電極を囲んで配置した環状の鉄心8a,9a,10aが設けら
れ、これらの鉄心8a,9a,10aに、それぞれの変成器8,9,1
0の変成比が等しくなるように、二次巻線8b,9b,10b及び
三次巻線8c,9c,10cが巻回されている。前記二次巻線8b,
9b,10bには、負担用抵抗11を並列に接続し、三次巻線8
c,9c,10cは互いに直列に接続して、両側の端子を光電圧
センサ12の電極にそれぞれ接続している。この光電圧セ
ンサ12には、ポッケルス素子のような電界動作型素子、
例えばLiTaO3,LiNbO3,KDP(KH2PO4),BGO(Bi12Ge
O20),BSO(Bi12SiO20)等の強誘導体系の材料が主とし
て用いられる。
この光電圧センサ12を用いた電圧検出システムを第2図
に示す。1Aはパルス発生器であり、その出力パルスは電
気−光変換素子1Bにより光パルスに変換され、光ファイ
バを用いた光送信路2を介して光電圧センサ12に与えら
れる。これらのパルス発生器1A及び電気−光変換素子1B
は、前記光送信器1内に設けられている。光電圧センサ
12は、端面に透明電極14,14を有する電界動作型素子13,
偏光子15,1/4波長板16及び検光子17より構成されてい
る。透明電極14,14は、第1図の三次巻線8c,9c,10cの直
列回路の両端と、電気的に接続されている。検光子17か
らの光出力は、光ファイバを用いた光受信路3を介し
て、光−電気変換素子を備えた光受信器4に伝達され、
電気信号に変換されて信号処理回路5に送られる。
次に、第1図のブロック図の動作について説明する。開
閉器7の開閉電極7a,7b,7cに接続された送配電線路(図
示せず)に正常に通電しているときは、変成器8,9,10の
二次巻線8b,9b,10bにそれぞれ誘起された二次電流の和
が零となるから、負担用抵抗11の両端には電圧は生じ
ず、二次巻線8c,9c,10cに電圧は生じない。したがっ
て、光送信器1から光送信器2に送信された連続光は、
電圧が印加されていない光電圧センサ12を透過して光受
信路3から光受信器4に出力される。光受信器4は光信
号を電気信号に変換して信号処理回路5に出力する。信
号処理回路5は入力した電気信号を増幅して信号処理を
行って表示装置6に出力する。
第3図は送配電線路が正常に通電されているときの検出
信号の特性図を示すもので、縦軸に出力を、横軸に時間
をとると、検出信号は水平な信号特性となる。
次に、送配電線路の1相が地絡し、開閉器7の開閉電極
7aに零相電流が流れると、この開閉電極7aに設けた変成
器8の二次巻線8bに二次電流及び二次電圧が発生し、他
の開閉電極7b,7cに設けた変成器9,10の二次巻線9b,10b
のそれぞれに同一の二次電圧が印加され、それぞれの変
成器8,9,10の三次巻線8c,9c,10cに検出電圧が誘起され
る。これらの変成器8,9,10の三次巻線8c,9c,10cは直列
に接続されているので、検出電圧が加算されて光電圧セ
ンサ12の電極に印加される。これにより、光電圧センサ
12を透過する光が偏光されて、光受信路3から光受信器
4に偏光された光信号が伝送される。光受信器4は光信
号を電気信号に変換して信号処理回路5に出力し、信号
処理回路5は入力した電気信号を増幅して信号処理を行
って表示装置6に出力する。
第4図は地絡事故発生時に零相電流が流れたときの検出
信号の特性図を示すもので、縦軸に出力を、横軸に時間
をとると、検出信号は図に示すように、正弦波の波形と
して表示される。
なお、本実施例においては、開閉器の開閉電極の回りに
環状鉄心を配置したが、送配電線路の回りに変流器を配
置するようにしてもよく、また、電圧センサとしては、
電気光学結晶を用いた光電圧センサに限らず、高入力イ
ンピーダンスの電圧センサであれば、いかなる方式でも
よい。
〔発明の効果〕
以上に説明したように、本発明においては、三相の送配
電線路である一次導体を囲んで配置した環状鉄心を設
け、この環状鉄心に二次巻線及び三次巻線を巻回した変
成器を備え、これら変成器の二次残留回路に負担用抵抗
を接続し、三次巻線を直列に接続し、両側の端子を電圧
センサの電極に接続して非接地系の送配電線路の微弱な
零相電流を測定するようにしている。これにより、従来
の三次零相分路方式での欠点であった三次巻線に電流を
流すことからくる大型化、変流化の狂い、さらには三次
出力電流もしくは出力電圧が低い等の問題点が容易に解
決され、コアサイズ、巻線径の小さなコンパクト変流器
が可能となり、正確な零相電流の測定ができる。さら
に、電圧センサとして電気光学結晶素子を用いることに
より、非接地で計測できるので、多点アースによる回り
回路を流れる迷走電流による誤動作がなく、外界のノイ
ズにも影響されにくく、信頼性の高いシステムを構築す
ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例を示すブロック図、第2図は光
電圧センサの構造を示す図、第3図は送配電線路が正常
に通電されているときの検出信号の特性図、第4図は地
絡事故発生時に零相電流が流れたときの検出信号の特性
図、第5図は従来の二次残留回路方式の接続図、第6図
は三次零相分路方式の接続図である。 1:光送信器、1A:パルス発生器 1B:電気−光変換素子、2:光送信路 3:光受信路、4:光受信器 5:信号処理回路、6:表示装置 7:開閉器、7a,7b,7c:開閉電極 8,9,10:変成器、8a,9a,10a:鉄心 8b,9b,10b:二次巻線、8c,9c,10c:三次巻線 11:負担用抵抗、12:光電圧センサ 13:電界動作型素子、14:透明電極 15:偏光子、16:1/4波長板 17:検光子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀 浩一 福岡県北九州市八幡西区大字藤田2346番地 株式会社安川電機製作所内 (56)参考文献 特開 昭62−34065(JP,A) 実開 昭55−29000(JP,U)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】三相の送配電線路のそれぞれに環状の鉄心
    を配置し、各鉄心に二次巻線及び三次巻線を巻回した変
    成器を設け、これらの変成器の二次残留回路の負担とし
    て抵抗を接続するとともに、前記各相の三次巻線を直列
    に接続し、該直列回路の両端子間に電圧センサを設けて
    零相電流に比例した電圧を検出する手段を備えたことを
    特徴とする光式零相電流検出器。
  2. 【請求項2】電圧センサとして電気光学結晶素子を用い
    たことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の光式零
    相電流検出器。
JP62271299A 1987-10-26 1987-10-26 光式零相電流検出器 Expired - Lifetime JPH07104380B2 (ja)

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