JPH0714384U - 電流測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 複数の電流路を対象として通電電流路の判別
および電流値の測定を行うことができ、しかも小型軽量
で構造単純であり、安全性の高い電流測定装置を提供す
る。 【構成】 配電系統の電流路１ａおよび負荷Ｒに対する
電流路６に対しそれぞれ光ファイバ７の巻回部７ａ，７
ｂを設ける。制御回路９は光電変換回路８を介して光フ
ァイバ７の入出力端間における偏波面の旋回量を測定値
として求め、通電経路毎に予め定められた採り得る測定
値の範囲と実際の測定値とを比較して、開閉器２ａ，２
ｂの開閉状態を判別し、負荷Ｒに流れる電流値を求め
る。 【効果】 電流値の測定を１本の光ファイバを用いて行
うことができるため、電力の負荷融通、開閉器の状態な
どを容易に判別できるようになる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、光ファイバのファラデー効果を利用して通電電流路の判定および 電流値の測定を行う電流測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来より、例えば送配電線および負荷開閉器を含む電力系統において、電流路 のどの方向から電流が流れているかを判別する場合、電流の有無および電流値を 測定するＣＴ（変流器）を必要な電流路にそれぞれ設けている。図９はその例を 示す図であり、図９において１ａ，１ｂはそれぞれ配電系統の電流路、２ａ，２ ｂはそれぞれそれらの電流路に接続された開閉器、Ｒは負荷である。このような 配電系統において、負荷Ｒに対する負荷電流が電流路１ａから流れているか、１ ｂから流れているかを知るためには、各々の開閉器２ａ，２ｂの両側にＣＴ３ａ ，３ｂを設け、それらの出力を入力回路４ａ，４ｂで受け、制御回路５が電流路 １ａ，１ｂに流れるそれぞれの電流値を求めるようにしていた。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、このような複数の電流路を含む電力系統において、事故判定用とし て、どの電流路に通電されているかまたは通電されていたかを容易に判別できる 装置が望まれている。このような装置に必要とされる条件は事故判定の他に、小 型軽量であること、構成が単純であり信頼性が高いこと、および安全性が高いこ となどである。

【０００４】 図９に示した従来のＣＴを用いた構成では、特にそのＣＴの増設時には上述し た各条件を十分満足できなかった。

【０００５】 この考案の目的は、複数の電流路を対象として通電電流路の判別および電流値 の測定を行うことができ、しかも小型軽量で構造単純であり、安全性の高い電流 測定装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

この考案の請求項１に係る電流測定装置は、一連の光ファイバとして接続した 光ファイバの入出力端間における偏波面の旋回量の変化範囲が、分岐点で分岐さ れた複数の電流路間の通電経路に応じて異なる範囲となる巻回数および巻回方向 で、前記複数の電流路の各々に前記光ファイバを巻回するとともに、 前記一連の光ファイバの入出力端間における偏波面の旋回に起因する変量を測 定値として求める測定手段と、 複数の通電経路毎に予め定められた採り得る測定値の範囲と、前記測定手段に より求められた測定値とを比較し、予め定められた採り得る測定値の範囲が前記 測定手段により求められた測定値を含む当該通電経路を実際の通電経路として判 別する通電経路判別手段と、 前記通電経路判別手段により判別された通電経路の各電流路に対する前記光フ ァイバの巻回数を比例係数、該電流路の通電方向に対する巻回方向を符号として 前記測定手段により求められた測定値を電流値に換算する電流値換算手段とを備 えて成る。

【０００７】 請求項２に係る電流測定装置は、一連の光ファイバとして接続した光ファイバ の入出力端間における偏波面の旋回量の変化範囲が、各電流路の通電に応じて異 なる範囲となる巻回数および巻回方向で、前記複数の電流路の各々に前記光ファ イバを巻回するとともに、 前記一連の光ファイバの入出力端間における偏波面の旋回に起因する変量を測 定値として求める測定手段と、 複数の電流路毎に予め定められた採り得る測定値の範囲と、前記測定手段によ り求められた測定値とを比較し、予め定められた採り得る測定値の範囲が前記測 定手段により求められた測定値を含む当該電流路を実際の通電電流路として判別 する通電電流路判別手段と、 前記通電電流路判別手段により判別された通電電流路に対する前記光ファイバ の巻回数を比例係数、該電流路の通電方向に対する巻回方向を符号として前記測 定手段により求められた測定値を電流値に換算する電流値換算手段とを備えて成 る。

【０００８】

【作用】

この考案の請求項１に係る電流測定装置では、複数の電流路の各々に光ファイ バが巻回されていて、それぞれの光ファイバが一連の光ファイバとして接続され ている。そしてその一連の光ファイバの入出力端間における偏波面の旋回量の変 化範囲が、分岐点で分岐された複数の電流路間の通電経路に応じて異なる組合せ となる巻回数および巻回方向で複数の電流路の各々に光ファイバが巻回されてい る。測定手段は前記一連の光ファイバの入出力端間における偏波面の旋回に起因 する変量を測定値として求める。通電経路判別手段は複数の通電経路毎に予め定 めた採り得る測定値の範囲が前記測定手段により求められた測定値を含む関係と なる通電経路を実際の通電経路として判別する。また電流値換算手段は、前記通 電経路判別手段により判別された通電経路の各電流路に対する前記光ファイバの 巻回数を比例係数、電流路の通電方向に対する巻回方向を符号として前記測定値 を電流値に換算して実際の電流値を求める。

【０００９】 以上のように、各電流路にＣＴを設けて個別に電流測定を行うことなく、分岐 点で分岐された複数の電流路で構成される複数の通電経路のうちどの通電経路に 通電されているかが判別され、その電流値が求められる。

【００１０】 請求項２に係る電流測定装置では、複数の電流路の各々に光ファイバが巻回さ れるが、これらの光ファイバを一連の光ファイバとして接続した際に、光ファイ バの入出力端間における偏波面の旋回量の変化範囲が各電流路の通電に応じて異 なる範囲となる巻回数および巻回方向で巻回されている。測定手段は前記一連の 光ファイバの入出力端間における偏波面の旋回に起因する変量を測定値として求 め、通電電流路判別手段は複数の電流路毎に予め定めた採り得る測定値の範囲が 前記測定手段により求められた測定値を含む関係となる通電路を実際の通電電流 路として判別する。また電流値換算手段は前記通電電流路判別手段により判別さ れた通電電流路に対する前記光ファイバの巻回数を比例係数、その電流路の通電 方向に対する巻回方向を符号として前記測定値を電流値に換算する。これによっ て複数の通電路のうちどの通電路に実際に通電されているかの判別が行われ、そ の電流値が求められる。

【００１１】

【実施例】

この考案の請求項１に対応する第１の実施例に係る電流測定装置の構成をブロ ック図として図１に示す。図１において１ａ，１ｂはそれぞれ配電系統の電流路 、２ａ，２ｂはそれぞれそれらの電流路に接続された開閉器、Ｒは負荷である。

【００１２】 ７ａは電流路１ａに所定回数巻回した光ファイバ、７ｂは負荷Ｒに対する電流路 に巻回した光ファイバである。これらの光ファイバ７ａ，７ｂは一連に接続する とともに光電変換回路８の入出力端に接続している。この光電変換回路８に接続 している光ファイバは全体にシングルモード型の光ファイバであり、光電変換回 路８は偏光光を光ファイバの一端から入射するとともに、他端からの出射光の偏 波面の旋回量を電圧信号のレベル変化として検出する。制御回路９は光電変換回 路８からの出力信号をディジタルデータに変換するとともに、入力信号の直流成 分および交流成分をそれぞれ抽出し、光ファイバの巻回部７ａおよび／または７ ｂによる偏波面の旋回に起因する変量（即ち電流路１ａおよび６に流れる電流と 光ファイバの巻回部７ａ，７ｂの巻回数に比例し、通電方向に対する巻回方向を 符号として加算した値）を測定値として求める。

【００１３】 次に、図１に示した制御回路９の構成を光電変換回路および光ファイバととも にブロック図として図２に示す。図２において光電変換回路８は光ファイバ７に 対し偏光光の送受光を行うとともに、光ファイバ７の巻回部７ａ，７ｂにおける ファラデー効果による偏波面の旋回量に応じたアナログ電圧信号を発生する。サ ンプルホールド回路１０は光電変換回路８の出力電圧をサンプリングしホールド する。ＡＤコンバータ１１はその出力電圧をディジタルデータに変換する。Ｉ／ Ｏポート１２はサンプルホールド回路１０およびＡＤコンバータ１１に対しタイ ミング信号を出力し、またＡＤコンバータ１１から変換されたディジタルデータ を受ける。ＣＰＵ１３はＩ／Ｏポート１２を介してデータを読み取る。ＲＯＭ１ ４にはＣＰＵ１３の実行すべきプログラムを予め書き込んでいる。ＲＡＭ１５は そのプログラムの実行に際して、測定値の一時記憶および電流値換算などのため のワーキングエリアとして用いる。通信インタフェース１６はホスト装置との間 で通信制御を行う。ＣＰＵ１３はこの通信インタフェース１６を介して電流測定 の要求を受け、測定データなどをホスト装置へ返す。

【００１４】 次に、図１および図２中に示した光電変換回路の構成をブロック図として図３ に示す。図３において２２はＬＤ（レーザダイオード）、２４は偏光子、２７は 検光子、２９はｐｉｎフォトダイオードである。光送信回路２１はＬＤ２２を駆 動する。ＬＤ２２から照射された光はレンズ２３、偏光子２４およびレンズ２５ を通って光ファイバ７の一端から偏光光が入射される。光ファイバ７の他端から 出射された光はレンズ２６、検光子２７およびレンズ２８を通ってフォトダイオ ード２９に入射される。光受信回路３０はフォトダイオード２９の受光量に応じ たアナログ電圧信号を発生する。光ファイバ７の途中で印加される磁界の強さ、 光ファイバ７の巻回数および通電により生じる磁界の方向に対する巻回方向によ り定まる方向に偏波面が旋回し、その旋回量に対応した（比例した）アナログ電 圧信号が得られる。電流路を流れる電流が交流であれば、光受信回路３０の出力 信号は直流成分に交流成分が重畳された信号となる。図２に示したＣＰＵ１３は その信号のディジタル化されたデータを基に、通電経路の判別および電流値の測 定を行う。

【００１５】 次に、図２に示したＣＰＵ１３の処理手順をフローチャートとして図４に示す 。まず、例えば商用電源周波数の１周期分に相当する複数点数分のデータを読み 取り、光ファイバの入出力端間における偏波面の旋回量を表す値を測定値Ｓとし て算出する（ｎ１→ｎ２）。例えば交流成分の波高値、平均値、または実効値を 偏波面旋回量の値として求める。その後、測定値Ｓの値に応じて図１に示した電 流路１ａから負荷Ｒ（以下Ａ系統という。）に通電されているか、電流路１ｂか ら負荷Ｒ（以下Ｂ系統という。）に通電されているかの判定を行う。ここで、電 流路１ａ，１ｂに通電される電流範囲がそれぞれ５Ａ〜４８０Ａ、光ファイバの 巻回部７ａの巻回数が１０１、光ファイバの巻回部７ｂの巻回数が１であるとす れば、Ｂ系統に通電されているとき、通電電流路に対する光ファイバの巻回数は １であるため、その測定値Ｓの採り得る範囲は電流値（５〜４８０Ａ）×１に比 例した値が得られる。Ａ系統に通電されているとき、通電電流路に対する光ファ イバの巻回数（総合巻回数）は１０１−１＝１００（光ファイバの巻回部７ａと ７ｂの通電方向に対する巻回方向は逆）であるため、その場合の測定値Ｓの採り 得る範囲は電流値（５〜４８０Ａ）×１００＝５００〜４８０００Ａに比例した 値が得られる。このようにＡ系統とＢ系統では求められる測定値Ｓの範囲が異な る。Ａ系統に通電されているときの測定値Ｓの範囲をＳ_A0〜Ｓ_A1とし、Ｂ系統に 通電されているときの測定値Ｓの範囲をＳ_B0〜Ｓ_B1とすれば、ＳがＳ_A0〜Ｓ_A1に 入るときＡ系統が通電状態である旨の表示を行い、実際の電流値を求め、これを 表示する（ｎ３→ｎ４→ｎ５→ｎ６）。具体的には、測定値に対する電流値の単 位換算係数を測定値Ｓに乗じて実際の電流値を求める。もし、測定値ＳがＳ_B0〜 Ｓ_B1の範囲にあればＢ系統が通電状態である旨の表示を行い、実際の電流値を求 め、これを表示する（ｎ７→ｎ８→ｎ９→ｎ１０）。具体的には、測定値に対す る電流値の単位換算係数を測定値Ｓに乗じ、且つ前記総合巻回数１００を除して 実際の電流値を求める。測定値Ｓがいずれの範囲にも入らない場合には、異常状 態と見なしてその表示を行う（ｎ１１）。

【００１６】 次に、この考案の請求項１に対応する第２の実施例に係る電流測定装置の構成 を図５に示す。第１の実施例として図１に示した例と異なる点は、電流路が１ａ ，１ｂ，１ｃの３つあって、それぞれに光ファイバの巻回部７ａ，７ｂ，７ｃを 設けた点である。ここで各電流路に通電される電流の範囲を１００Ａ〜３５０Ａ とし、光ファイバの巻回部７ａ，７ｂ，７ｃの巻回数をそれぞれ１０，６，７と すれば、電流路１ｂ−１ｃ間（以下ＢＣ系統という。）が通電されているとき、 通電電流路に対する光ファイバの総合巻回数は７−６＝１となるため、その測定 値Ｓの採り得る範囲は電流値（１００〜３５０Ａ）×１に比例した値が得られる 。電流路１ａ−１ｂ間（以下ＡＢ系統という。）が通電されているとき、その通 電電流路に対する光ファイバの総合巻回数は１０−６＝４となるため、その測定 値Ｓの採り得る範囲は電流値（１００〜３５０Ａ）×４＝４００〜１４００Ａに 比例した値が得られる。さらに、電流路１ｃ−１ａ間（以下ＣＡ系統という。） が通電されているとき、その通電電流路に対する光ファイバの総合巻回数は１０ ＋７＝１７となるため、その測定値Ｓの採り得る範囲は電流値（１００〜３５０ Ａ）×１７＝１７００〜５９５０Ａに比例した値が得られる。このように電流路 間の通電経路に応じて測定値の採り得る範囲が異なるように光ファイバの巻回部 の巻回数およびその巻回方向を設定することによって、測定値から通電経路を判 別する。

【００１７】 図６は図５に示した電流測定装置における処理手順を示すフローチャートであ る。まず、例えば商用電源周波数の１周期分に相当する複数点数分のデータを読 み取り、光ファイバの入出力端間における偏波面の旋回量を表す値を測定値Ｓと して算出する（ｎ１１→ｎ１２）。その後、測定値Ｓの値に応じてＢＣ系統に通 電されているか、ＡＢ系統に通電されているか、ＣＡ系統に通電されているかの 判定を行う。ここで、ＢＣ系統に通電される電流範囲をＳ_BC0 〜Ｓ_BC1 とし、Ａ Ｂ系統に通電される電流範囲をＳ_AB0 〜Ｓ_AB1 とし、ＣＡ系統に通電される電流 範囲をＳ_CA0 〜Ｓ_CA1 とすれば、測定値ＳがＳ_BC0 〜Ｓ_BC1 に入るときＢＣ系統 が通電状態である旨の表示を行い、実際の電流値を求め、これを表示する（ｎ１ ３→ｎ１４→ｎ１５→ｎ１６）。もし、測定値ＳがＳ_AB0 〜Ｓ_AB1 に入るときＡ Ｂ系統が通電状態である旨の表示を行い、実際の電流値を求め、これを表示する （ｎ１７→ｎ１８→ｎ１９→ｎ２０）。もし、測定値ＳがＳ_CA0 〜Ｓ_CA1 に入る ときＣＡ系統が通電状態である旨の表示を行い、実際の電流値を求め、これを表 示する（ｎ２１→ｎ２２→ｎ２３→ｎ２４）。測定値Ｓがいずれの範囲にも入ら ない場合には、異常状態と見なしてその表示を行う（ｎ２５）。

【００１８】 次にこの考案の請求項２に対応する第３の実施例に係る電流測定装置の構成を 図７に示す。この第３の実施例は、電流路１ａ，１ｂ，１ｃの何れか１つにのみ 通電される場合に、その通電電流路を判別するとともにその電流値を測定するも のである。ここで各電流路に流れる電流範囲がそれぞれ１００〜４００Ａであり 、光ファイバの巻回部７ａ，７ｂ，７ｃの巻回数をそれぞれ１，５，２１とすれ ば、電流路１ａ（以下Ａ系統という。）に通電されているとき、通電電流路に対 する光ファイバの巻回数は１であるため、その測定値Ｓの採り得る範囲は電流値 （１００〜４００Ａ）×１に比例した値が得られる。電流路１ｂ（以下Ｂ系統と いう。）に通電されているとき、通電電流路に対する光ファイバの巻回数は５で あるため、その測定値Ｓの採り得る範囲は電流値（１００〜４００Ａ）×５＝５ ００〜２０００Ａに比例した値が得られる。また、電流路１ｃ（以下Ｃ系統とい う。）に通電されているとき、通電電流路に対する光ファイバの巻回数は２１で あるため、その測定値Ｓの採り得る範囲は電流値（１００〜４００Ａ）×２１＝ ２１００〜８４００Ａに比例した値が得られる。このように通電電流路に応じて 測定値の採り得る範囲が異なるように光ファイバの巻回部の巻回数およびその巻 回方向を設定することによって、測定値から通電電流路を判別する。

【００１９】 図８は図７に示した電流測定装置における処理手順を示すフローチャートであ る。まず、例えば商用電源周波数の１周期分に相当する複数点数分のデータを読 み取り、光ファイバの入出力端間における偏波面の旋回量を表す値を測定値Ｓと して算出する（ｎ３１→ｎ３２）。その後、測定値Ｓの値に応じてＡ系統に通電 されているか、Ｂ系統に通電されているか、Ｃ系統に通電されているかの判定を 行う。ここで、Ａ系統に通電される電流範囲をＳ_A0〜Ｓ_A1とし、Ｂ系統に通電さ れる電流範囲をＳ_B0〜Ｓ_B1とし、Ｃ系統に通電される電流範囲をＳ_C0〜Ｓ_C1とす れば、測定値ＳがＳ_A0〜Ｓ_A1に入るときＡ系統が通電状態である旨の表示を行い 、実際の電流値を求め、これを表示する（ｎ３３→ｎ３４→ｎ３５→ｎ３６）。

【００２０】 もし、測定値ＳがＳ_B0〜Ｓ_B1に入るときＢ系統が通電状態である旨の表示を行い 、実際の電流値を求め、これを表示する（ｎ３７→ｎ３８→ｎ３９→ｎ４０）。

【００２１】 もし、測定値ＳがＳ_C0〜Ｓ_C1に入るときＣ系統が通電状態である旨の表示を行い 、実際の電流値を求め、これを表示する（ｎ４１→ｎ４２→ｎ４３→ｎ４４）。

【００２２】 測定値Ｓがいずれの範囲にも入らない場合には、異常状態と見なしてその表示を 行う（ｎ４５）。

【００２３】

【考案の効果】

この考案によれば、複数の通電経路のうち実際に通電されている経路の判別ま たは複数の電流路のうち実際に通電されている電流路の判別を行い、その電流値 の測定を１本の光ファイバを用いて行うことができるため、電力の負荷融通、開 閉器の状態などを容易に判別できるようになる。しかも、例えば既設変電所など において、故障方向の判定など、電流の極性判定に必要なセンサとして現場にお いて極めて容易に設置することができる、という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例に係る電流測定装置の構成を示す
ブロック図である。

【図２】図１に示す制御回路９の詳細な構成を光ファイ
バ７、光電変換回路８とともに示すブロック図である。

【図３】図１および図２に示す光電変換回路８の構成を
示すブロック図である。

【図４】図２に示すＣＰＵ１３の処理手順を示すフロー
チャートである。

【図５】第２の実施例に係る電流測定装置の構成を示す
ブロック図である。

【図６】図５に示す制御回路９の処理手順を示すフロー
チャートである。

【図７】第３の実施例に係る電流測定装置の構成を示す
図である。

【図８】図７に示す制御回路９の処理手順を示すフロー
チャートである。

【図９】従来の電流測定装置の構成を示すブロック図で
ある。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ，１ｃ−配電系統の電流路 ２ａ，２ｂ−開閉器 ３ａ，３ｂ−ＣＴ ６−配電系統の電流路 ７−光ファイバ ７ａ，７ｂ，７ｃ−光ファイバの巻回部 ８−光電変換回路 １０−サンプルホールド回路 １１−ＡＤコンバータ ２２−ＬＤ（レーザダイオード） ２４−偏光子 ２７−検光子 ２９−フォトダイオード

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 一連の光ファイバとして接続した光ファ
   イバの入出力端間における偏波面の旋回量の変化範囲
   が、分岐点で分岐された複数の電流路間の通電経路に応
   じて異なる範囲となる巻回数および巻回方向で、前記複
   数の電流路の各々に前記光ファイバを巻回するととも
   に、 前記一連の光ファイバの入出力端間における偏波面の旋
   回に起因する変量を測定値として求める測定手段と、 複数の通電経路毎に予め定められた採り得る測定値の範
   囲と、前記測定手段により求められた測定値とを比較
   し、予め定められた採り得る測定値の範囲が前記測定手
   段により求められた測定値を含む当該通電経路を実際の
   通電経路として判別する通電経路判別手段と、 前記通電経路判別手段により判別された通電経路の各電
   流路に対する前記光ファイバの巻回数を比例係数、該電
   流路の通電方向に対する巻回方向を符号として前記測定
   手段により求められた測定値を電流値に換算する電流値
   換算手段とを備えて成る電流測定装置。
2. 【請求項２】 一連の光ファイバとして接続した光ファ
   イバの入出力端間における偏波面の旋回量の変化範囲
   が、各電流路の通電に応じて異なる範囲となる巻回数お
   よび巻回方向で、前記複数の電流路の各々に前記光ファ
   イバを巻回するとともに、 前記一連の光ファイバの入出力端間における偏波面の旋
   回に起因する変量を測定値として求める測定手段と、 複数の電流路毎に予め定められた採り得る測定値の範囲
   と、前記測定手段により求められた測定値とを比較し、
   予め定められた採り得る測定値の範囲が前記測定手段に
   より求められた測定値を含む当該電流路を実際の通電電
   流路として判別する通電電流路判別手段と、 前記通電電流路判別手段により判別された通電電流路に
   対する前記光ファイバの巻回数を比例係数、該電流路の
   通電方向に対する巻回方向を符号として前記測定手段に
   より求められた測定値を電流値に換算する電流値換算手
   段とを備えて成る電流測定装置。