JPS61215966A - 変流器装置 - Google Patents

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】 ［発明の技術分野］ 本発明は例えばレーザ光を使用する変流器装置に関する
。

［発明の技術的背景］ 最近、超超高電圧回路の計器用変成器として、巻線電磁
形質流器の代りに例えば鉛ガラスのファイバー効果を利
用して電流なレーザ光の偏波面の回転角Ｃ：変換して測
定するレーザ変流器などの光電十形変流器が鋭意開発さ
れっ＼ある。

そのレーザ変流器を三相密閉形ガス絶縁母線に適用した
第４図について説明する。密閉タンク１内に配設された
３相の導体２Ｕ、　２Ｖ、　２Ｗには、鵬電界１１１１
　に光磁界センサ３が設けられている。この光磁界セン
サ３は、Ｚｎ８ｅなどのファラデー素子を主体として偏
光子、ｈ波長板、検光子などから構成されているもので
ある。光磁界センサ３の光ファイバーケーブル４は、密
封端子５より外部Ｉ：導き出されて光発信器（発光ダイ
オード）　ＬＥＤ　６　、元受信器（フォトダイオード
）ＦＤ７およびｙＬ％子８から成る検出装置９に接続さ
れている。そしてこの光磁界センサ３は、各導体２ｕ、
　２ｖ、　２ｗの周囲Ｃ；それぞれ複数個設けられ、導
体の軸を中心とした同心円接線方向の磁界を計測し、そ
の周回積分の近似式からアンペールの定理（ニジたがっ
て各導体の電流を計ｎｊするよりになっている。

いま、第４図において、光発信器ＬＥＤ　６から光ファ
イバーケーブル４を介して光磁界センサ８に光が送られ
ると、この光はまず側光子を通ってランダム偏光から直
線偏光となり、芝波長波で位相変調を受けて円偏光とな
る。そしてファラデー素子を通過する際に、磁界の大き
さに応じた楕円光となって検光子で強度変調されて再び
光７アイパーケーブル４を介して検出装ｆｉｌ１９１−
送られ、光受信器砿ユよって光パワーとして取り出して
演算子の演算処理によって磁界の大きさく反比例した出
力が取り出される。

しかし、このように構成された変流器では、各光磁界セ
ンサ３が検知する磁界の方向が導体２Ｕ。

２ｖ、２ｗの軸を中心とした同心円の接線方向であるた
め、３相一括母線のよう（二他相の導体が近接して配置
されていると、隣接相の導体によって生じる導体軸方向
と垂直な成分の磁界の影響を受は易いと考えられる。

すなわち、第４図（：おいて導体２Ｕの電流を考えると
、図中の磁力線φが導体２ｖ、　２ｗを横切るため、各
相の導体２ｕ、　２ｖの自身によって生じる磁界に導体
２Ｕの電流ｌ二よる磁界が合成される。このことは導体
２ｖ、　２ｗを考えた場合も同様であり、各導体の磁界
は複雑な様相を呈すること１：なる。

特に事故電流は平常時の電流の２５倍：；も達すること
もあり、その磁界は距離に反比例して小さくなるとは言
え、隣接相の元磁界セ／すの測定相反に影響を与えるこ
とは避けられない。すなわち、定格電流領域はもちろん
他相害体ζユ短時間電流が流れる事故時においても尚か
つ他相磁界の影響をうけることなく、高い計測精度を確
保する要求がある。

この他相磁界の影響を排除して高い計測ｎｔ度を確保す
る手段としては、第５図に示すよう（：各相の導体２Ｕ
、　２Ｖ、　２Ｗの途中に棒状導体をスパイラル状１１
巻いたコイル導体１１を直結し、このコイル状導体１１
の内ｇに元磁界センサ３を配設することが考えられてい
る。

この場合、第５図１−示すよう（：導体２Ｕの部分では
、電流１１が導体の軸方向（：流れ、この電流ｉ１に上
って軸方向と直、角な成分の磁界Φ、が発生する。しか
しその電流ｊ１が直線部の導体２Ｕがらコイル部１１を
旋回しながら流れる電流１２になるため、コイル部１１
の空間の磁界Φ２の向きは導体２ＴＪ。

２Ｕの軸方向とはソ平行で−Ｊ細軸状なる。この磁界Φ
２は隣接相の導体２ｖ電流れるｔ！ｆｉｉａｌ二よる磁
界ΦＢとは直焚する関係にあるので、隣接相の磁界の影
＊を受けることがない。またコイル部ｌ］の導体のター
ン数を少なくとも２ターン設けることにより、各ターン
間におけるコイル部１１内の磁界の方向を直線状とする
ことができ、隣接相の磁界の影響を効果的（二排除でき
る。

このように三相母線の各相導体２Ｕ、２Ｖ、　２Ｗの途
中にコイル伏導体ｌ］を構成し、そのコイル導体ｌ」の
内部空間において強制的に導体２Ｕの軸方向と平行な空
間磁界を発生させ、この磁界を光磁界センサで計測する
ように構成したことにより、隣接相の磁界の影響を受け
ることなく精度の冒い′電流測定が可能となる利点を有
すると云える。

［背景技術の問題点］ しかるに、導体としての電流通電性能の立場から考える
と、主回路の円筒状導体２ｔＪ、　２Ｖ、　２Ｗの一部
分（ニコイル状導体１１を配置することは、このコイル
状導体１１の部分においても主回路の円筒状導体２Ｕ、
　２Ｖ、　２Ｗが有する通電性能即ち定格電流および短
時間の過大な事故電流を通電できる能力を有することが
必要である。したがって、以上の条件を満すためには、
コイル状導体１１を高導電性の部材（；て形成し、かつ
コイル状導体１１の部分のコイル線径を主回路の円筒状
導体の外径とｔ１ソ同一の大きさとすることが必要不可
欠となる。

そこでコイルの線径を主回路の円筒状導体２Ｕ。

２ｖ、　２ｗの外径の２倍以上の大きさとなり、相間絶
縁即ちコイル状導体と他相の主回路導体との間の絶縁耐
力および対地間絶縁即ちコイル状導体と接地タンクとの
間の絶縁耐力を考えると、三相（ニコイル状導体を配置
する母線範囲内において三相導体の相関距離および接地
タンク径をこの母線の諸寸法に対して大きくとらなけれ
ばならない。

しかし、このことは、従来の巻線電磁形質流器に代って
光磁界センサで構成する光電子形質流器をガス絶縁開閉
装置に適用する主要なメリットの一つである変流器全体
の小型化、低嵐貨化の意図（二真向から反してしまう。

またコイル状導体部分におけるジュール熱による発熱を
抑え、十分なる通電性能を持たせるためには、コイル状
導体の部材として銅などの高導電性低損失の材駕を使用
することが必要な条件となるが、これは電量の増大を招
き、コストメリット的にも欠点となっている。

［発明の目的］ 本発明の目的は、変流器全体のコンパクト化を十分に運
成することができ、併せて隣接相得体の磁界の影響を受
けることなく、ａｐｉの高い計測を可能ならしめる変流
器装置を提供するにある。

［発明の概要］ 本発明による変流器装置は、電流が通電する主回路導体
の途中にスパイラル状に巻いたフィル状導体を接続し、
そのコイル状導体の中空部内にそこ（二生じる軸方向磁
界に感応する光磁界センナを配置し、そのコイル状導体
の少なくとも主回路導体（一つながる接続部材を主回路
導体よりも導電性の秀れた材料または放熱性の秀れた形
状に構成したことを特徴とするものである。

［発明の実施例］ 以下本発明を第１図、第２図および第３図に示す実施例
（二ついて説明する。第１図および第２図は、本発明に
よる変流器装置を三相一括のガス絶縁密閉母線に適用し
た場合を示している。第１図および第２図において、三
相−捨型の接地夕／り１内（二は、三相の主回路導体２
ｕ、　２ｖ、　２ｗが軸方向に沿うて平行に配設されて
いる。これらの各導体２は例えばアルミニウムで管状の
中空導体Ｃ；構成されている。

本発明においては、これらの主回路導体２Ｕ、　２Ｖ。

２Ｗ＋＝変流器の光磁界センサ３を適用するため（二、
その長手方向の途中にコイル状導体１］ヲ接続する。

このコイル状導体１１は、第２図に示すように導体を内
部（；中空部１２を形成するようスパイラル状（二巻回
し、その両端ｓシー中空の接続部材１３ａ、　１３ｂを
形成している。接続部材１３ａおよび１３ｂは、コイル
状導体１１とポル）　１４ｇおよび１４ｂで接続し、主
回路導体２Ｖａおよび２Ｖｂとボルト１５ｍおよび１５
ｂで接続している。

しかして、本発明（：おいては、コイル状導体１１およ
び両接続部材１３ｍ、　１３ｂの全部又は少なくとも両
接続部材１ａａ、　１３ｂのみを主回路導体２Ｕ、　２
Ｖ、　２Ｗを構成する材料の導電性よりも秀れた導′１
性を有する材料で構成する。すなわち、主回路導体２Ｕ
。

２ｖ、　２ｗをアルミニウムで作っていれば、コイル状
導体１１および両接続部材１３ａ、　１３ｂを銅で作る
ことになる。第２図に示す実施例では、両接続部材１３
ａ、　１３ｂのみを鋼材で作った場合を示している。

このよう（；コイル状導体１１の両端Ｃ；接続される接
続部分ｔａｎ、　１３ｂの導体の材質としては、主回路
導体２Ｕ、　２Ｖ、　２Ｗの導電性より秀れ九高導電性
の部材を採用している。このため接続部材１３８．１３
ｂのジュール熱（二よる温度上昇は、両端に接続される
主回路の導体２Ｕ、　２Ｖ、　２Ｗおよびコイル状導体
１１に比べて極端≦−低い値となる。

そこで、たとえそのコイル状導体１１のコイル線径を細
径化してコイル状導体１１における発熱毎が増大しても
、コイル状導体１１Ｃ：生じる熱鎗は、このコイル状導
体１１とその両端に接続される接続部材１３ａ、　１３
ｂとの温度勾配により両接続部材１３ａ。

１３ｂの部材に熱伝導する。したがってコイル状導体１
１　＋−おける温度上昇は抑制される。さらに以上の効
果を利用することにより、そのコイル状導体１１の材質
として、通常主回路導体の材料として多く使用される軽
量、安価なアルミ材などの部材の採用も可能となる。

本発明による変流器装置においては、以上のように帯成
したコイル状導体１１の中空部１２１ユその軸方向の磁
界に対して最大感応度を持つファラジー素子を有する光
出界センサ３を配置している。この光磁界センサ３は、
直線状の磁界を計測する一方向型のセンサで、その形状
も導体２Ｖａ、　２Ｖｂの軸方向に沿った真直ぐな棒状
体としている。そしててこの光磁界センサ３は、コイル
状導体１１の接続部材１３ａの端面から突設する支持台
１６を介してコイル状導体ＩＬの中心軸上Ｃ：位置する
よう固定している。

光磁界センサ３は光ファイバー４によって接続部材１３
ａから引き出され、さらに接地タンク１の密封端子５か
ら導き出されて光検出装ｆ９（：接続されている。この
検出装置９はすでに公知のようＣ；光返信器（発光ダイ
オード）６．光受信器（フォトダイオード）７および演
奔子８から構成されているものである。

このようＣ：、構成された第１図および第２図Ｃ−示す
本発明の実施例においては、コイル状導体１】内には、
導体の軸方向の磁界が発生し、光磁界センサ３は、その
磁界を検出してＮｆｔの測定を行なうことになる。しか
も隣接相の導体２ｖ、　２ｗの磁界の影響を受けること
なく精度よく電流の計測が行なわれる。さらにコイル状
導体１１の両端接続部材１３ａ、　１３ｂを高導電性の
材料で作ったことＣ：より、コイル状導体１１１−おけ
る発熱量を両端に接続される接続部材ｔａａ、　１３ｂ
が吸収して熱放散する。例えばコイル状導体１１と両端
の接続部材１３ａ、　１３ｂの導体の断面積比を１＝２
以上にすることにより、コイル状導体ｌＩ側と接地部材
’１３８．１３ｂ側とのロスを、１ １−２以下に抑制することで、接地部材１３８．１３ｂ
側へのコイル状導体ＩＪの熱の吸収を図ることができる
。このため、コイル状導体１１の冷却効果が向上し、コ
イル部■１の細径化しいては密閉母線全体の小形化に役
立つことになる。

次ｉ：第３図に示す他の実施例においては、コイル状導
体ｌ］内の光磁界センサ３とタンク１側の検出装置９と
の信号の伝送を光フアイバケーブル４を使用せずに、タ
ンク１の内部空間をそのまま利用して行う空間伝送型の
変流器装置に構成したものである。光磁界センサ３の支
持台１６ｉ一対向する側端部に光を屈曲させるプリズム
３ａを、さらに支持台１８と反対側の側端部に光４一対
する反射面３ｂを設けている。さら（二本実施例におい
ては、コイル状導体１１の両側端にある接続部材ｉａａ
、　１３ｂの外部表面Ｃ：、複数個の熱拡散用の放熱フ
ィン１７ａ、　１７ｂをそれぞれ設けている。

この第３図に示す他の実施例（二おいても、コイル状導
体１１内に導体の軸方向（二沿う磁界が発生し、光磁界
センサ３がこの磁界を検出して電流の測定を実施するこ
とになる。さらにコイル状導体１１　Ｃつながる接続部
材１３ａ、　１３ｂの外表面（：放熱性を良くする之め
放熱フィン１７ａ、　１７ｂを形成したこと（二より、
コイル状導体ｔｉ　＋ユおける発熱量を両端に接続され
ている接続部分１５ａ、　１５ｂで吸収して熱放散する
ため、コイル状導体１１の冷却効果が向上されてコイル
状導体１１の細径化を可能とする。

なお、各図面に示す実施例では、コイル状導体１１の両
端につながる接続部材１３ａ、　１３ｂを高４電性の材
料で作った場合（二ついて説明したが、本発明において
はコイル状導体１］を一緒に高４１！性の材料で作って
もよく、また母線導体の定格電流によってはコイル導体
１１を高導電性の材料で作り、その両端部を主回路導体
２Ｖａ、　２Ｖｂに直接接続する場合も可能である。

［発明の効果］ 以上のように本発明においては、内部中空部に光磁界セ
ンサを収納するコイル状導体の少なくとも両端接続部材
を高４を性の材料で作つ念こと（二より、熱放散の向上
（二相まってコイル状導体部分のコイル線径の細径化が
可能になり、さら（二母線タンクの径を従来のものと同
程度の大きさく二適用でき、光磁界センサを使用する本
来の目的でもある変流器のコンパクト化しいてはガス絶
縁開閉装置などのコンパクト化を達成し、併せて隣接相
の磁界の影響を排除して高相反の計測を行なりことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明ζ−よる変流器装置を三相一括ガス絶縁
密閉母繰に適用した状態の一実施例を示す断面図、第２
図はその断面側面図、第３図は本発明の他の実施例を示
す断面図、第４図は従来の光磁界センサを用いた変流器
装置を示す側面図、第５図は隣接する母線導体の磁界の
干渉を説明するための母線導体配置図である。 １・・・接地タンク　２Ｕ、　２ｖ、　２ｗ・・・主回
路導体３・・・光磁界センサ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）電流が通電する主回路導体の途中にスパイラル状
   に巻いたコイル状導体を接続し、そのコイル状導体の中
   空部内にそこに生ずる軸方向磁界に感応する光磁界セン
   サを配置し、そのコイル状導体の少なくとも主回路導体
   につながる接続部材を主回路導体よりも導電性の秀れた
   材料で構成したことを特徴とする変流器装置。
2. （２）コイル状導体の断面積と接続部材の断面積の比を
   略１：２以上の比としたことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の変流器装置。
3. （３）接続部材の外表面に放熱フィンを設けたことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の変流器装置。
4. （４）主回路導体をアルミニウムで構成し、主回路導体
   よりも導電性の秀れた材料を銅であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の変流器装置。
5. （５）ＳＦ＿６ガスなどの絶縁ガスが封入されたタンク
   内に電流が通風する主回路導体を配設したガス絶縁密閉
   母線において、その主回路導体の途中にスパイラル状に
   巻回したコイル状導体を接続し、そのコイル状導体の中
   空部内にそこに生じる軸方向磁界に感応する光磁界セン
   サを配置してタンク外に設けた光検出装置と光学的に接
   続し、そのコイル状導体の少なくとも主回路導体につな
   がる接続部材を主回路導体よりも導電性の秀れた材料で
   構成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   変流器装置。
6. （６）ガス絶縁密閉母線は三相一括型母線であることを
   特徴とする特許請求の範囲第５項記載の変流器装置。
7. （７）光磁界センサと光検出装置とを光ファイバーケー
   ブルで接続したことを特徴とする特許請求の範囲第５項
   記載の変流器装置。