JPS62159053A - 光変流器 - Google Patents

光変流器

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JPS62159053A
JPS62159053A JP61000315A JP31586A JPS62159053A JP S62159053 A JPS62159053 A JP S62159053A JP 61000315 A JP61000315 A JP 61000315A JP 31586 A JP31586 A JP 31586A JP S62159053 A JPS62159053 A JP S62159053A
Authority
JP
Japan
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gap
light
conductor
effect element
current transformer
Prior art date
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Pending
Application number
JP61000315A
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English (en)
Inventor
Isao Kamata
功 鎌田
Masaru Takimoto
勝 滝本
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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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、ガス絶縁開閉装置に用いられる変流器に関す
るものであり、特に高電圧導体が貫通する鉄心のギャッ
プ中にファラデー効果素子を配置した光変流器に係る。
〔発明の技術的な背景とその問題点〕
電流によって発生した磁界中に鉛ガラス等のファラデー
効果素子を置いて直線偏光を透過し、磁異強度すなわち
電流に比例した偏波面の回転角を検出すれば、周知の如
く光学的な電流測定器を構成することが出来る。さらに
最近では、細径性、絶縁性、無誘導性、耐環境性等の優
れた特徴を有する光ファイバーを用いた計測技術が注目
され、上記電流測定方式と光ファイバーを組み合せた光
変流器が種々提案されている。
この様な従来の光変流器の一例を、第7図に示す3相−
捨型のガス絶縁光変流器を例にとって説明する。円筒形
のタンク1内には3相の導体2゜3.4が配設され、各
導体2,3.4はギャップをもつ環状の鉄心5を貫通し
ている。この鉄心5のギャップ部にはファラデー効果素
子10が設けられており、ファラデー効果素子10の両
端には偏光子9と検光子11が密着している。偏光子9
は光ファイバー7によって発光部6に接続され、検光子
11は光ファイバー8によって受光部12に接続されて
いる。タンク1上には密封端子13が設けられ、光ファ
イバー7.8のタンク貫通部分の気密性を保持している
この光変流器の作用は次の通りである。発光部6から光
ファイバー7を通り偏光子9に到達した光は、この偏光
子9によって直線偏光となりファラデー効果素子10内
に入射される。一方、導体2を流れる電流値に応じて鉄
心5のギャップ中の磁界が変化する。この為、導体2に
流れる電流に比例してファラデー効果素子10内の偏波
面が回転し、この偏波面の回転に依存する大きさの光が
検光子11を通って光ファイバー8に入り受光部12に
達する。受光部12ではこの光を光電変換して出力する
このような光変流器は、導体2を取り囲む鉄心5のギャ
ップ中に導体2の周囲に発生する磁界を懐中せしめ、そ
の結果測定感度を向上させ、かつ、他相導体3,4によ
る磁界や、タンク1を流れるシース電流による磁界等の
外部磁界の影響を回避して測定精度を向上させようとす
るものである。
ギャップ中の磁界を大きくし、測定感度、測定精度を向
上させるにはギャップ長を小さくすればよいが、鉄心5
中の磁束は常に飽和磁束以下とする必要があるため、ギ
ャップ長を余り小さくすることはできない。特に、ガス
絶縁開閉装置に用いられる光変流器は定格電流領域は勿
論、事故電流領域においても尚且高い測定精度を確保す
る要求があり、導体2に事故電流が流れた場合でも鉄心
5の飽和は避けなければならない。事故電流は平常時の
電流の25倍にも達することもあり、飽和磁束透磁率の
大きな良質の鉄心を使用したとしてもギャップ長は10
0m程度にする必要がある。 この様に鉄心5のギャッ
プ長が大きい場合には、測定感度を充分上げることがで
きなくなるばかりでなく、第8図に示すように、鉄心5
のギャップ中への外部磁界Φの入り込みが無視できなく
なり、外部磁界の影響による電流測定誤差が極端に大き
くなる。
ここで、自相電流の測定感度は、感度の大きなファラデ
ー効果素子を使用することで向上されるが、外部磁界の
影響に関しては1例えば他相導体3゜4に事故電流が流
れた場合でも自相電流の測定精度を良好に維持する必要
があり、第1図に示す従来の方式では解決困難な問題で
あった。
〔発明の目的〕
本発明は、上記の様な問題点を解消するために提案され
たもので、その目的は、外部磁界の影響を受けることな
く測定精度の高い光変流器を提供することである。
(発明の概要〕 本発明の光変流器は、被測定電流が流れる導体周囲にギ
ャップ付環状鉄心を配置し、鉄心のギャップ対向面間に
、光を発受信するように、ファイバ、偏光子等からなる
光出射部とファイバ、検光子からなる光入射部とを、鉄
心の一方の端部をはさみ込むように配設し、もう一方の
端部のギャップ対向面側に、前記光出射部からの光を受
けて。
前記光入射部に、光を反射させるための反射膜を備え、
もう一方の反射膜を光出射部と光入射部との間に備え、
ギャップ内を複数回光を往復させる様に構成されたファ
ラデー効果素子を鉄心ギャップ中に配設し、ファラデー
効果素子透過光の偏波面の回転角がギャップ中全磁界の
線積分値となるように構成することで、外部磁界に影響
されることなく、計測を実施する様にしたものである。
〔発明の実施例〕
以下本発明の実施例を図面に従って具体的に説明する。
第1図、第2図(a)、 (b)に示すように三相−指
形接地タンク1内には三相の導体2,3,4がタンク1
の軸方向に平行に配設され、各導体2,3゜4を貫通す
るように鉄心14を配置し、各導体2゜3.4と鉄心1
4の間の間隙には絶縁シート15を周回させ、鉄心14
に主回路電流が分流するのを防止している。鉄心14に
はギャップが設けてあり、このギャップの長さは各導体
2,3.4に事故電流が流れても鉄心14が飽和しない
様に適当な長さに選ばれている。この鉄心14のギャッ
プを橋絡するように光磁界センサ17が配設され、支持
台16により導体2に固定される。前記光磁界センサ1
7は、レンズ17a、偏光子17b、ファラデー効果素
子17c。
検光子17d、集光レンズ17gにより構成されている
前記ファラデー効果素子17cはベルデ定数の大きな鉛
ガラス等で構成され、偏波面保存多層膜17f。
17gがギャップ中の磁界と直行する平行平面に蒸着さ
れている。
ファラデー効果素子17cの鉄心の一方の端部に接触す
る側の一方の角部を傾斜面にカットし、その部分に偏光
子17b、レンズ17aを一体的に接着し、且つ他方の
角部も同様にファラデー効果傾斜面にカットし、その部
分に検光子17d、集光レンズ17eを一体的に接着し
、素子17c両端の光出射部と光入射部で、鉄心の導体
軸方向の厚さの部分をはさみ込むように鉄心との関係で
位置決めするように支持台1bで光磁界センサ17を固
定し、光磁界センサの先出入射部側を鉄心14の一方の
端部に接触させ、他方の部分はギャップを設けるように
して鉄心14の振動変位、熱伸縮変位の吸収を計ってい
る。
レンズ17aは光ファイバー7によって、 発光部6に
接続され、 集光レンズ17eは光ファイバー8によっ
て受光部に接続されている。タンク1には密封端子13
が設けられ、光ファイバー7.8のタンク貫通部分の気
密性を保持している。
この光変流器の作用は次の通りである。発光部6から光
ファイバー7を通り、光磁界センサ17に到達した光は
レンズ17a、偏光子17bによって拡がりの小さな直
線偏光となり、ファラデー効果素子17cに入射される
。ファラデー効果素子17cに入射した直線偏光は第4
図(B)の光路18で示すように、両端に設けた偏波面
保存多層膜17f、 17gで偏波面を保存したまま複
数回折返し反射されてファラデー効果素子17c内を、
鉄心14のギャップ方向に透過する。一方導体2を流れ
る電流値に応じて鉄心14のギャップ中の磁界Hが変化
する。この為、導体2に流れる電流に比例して偏波面が
回転したファラデー効果素子透過光は、両端に設けた偏
波面保存多層膜との境界面で複数回反射され、偏波面の
回転に依存する大きさの光が検光子17e、集光レンズ
17fを通って光ファイバー8に入り受光部12に達す
る。受光部12ではこの光を光電変換して出力する。
本実施例において外部磁界の影響が回避される原理を第
3図、第4図によって説明する。被測定電流の流れる導
体2oの外周部に鉄心21が配置されており、 そのギ
ャップ長をL匹とする。このギャップ中には長さLのフ
ァラデー効果素子22が配設され、このファラデー効果
素子22の中をギャップ方向に直線偏光を透過させた場
合を考えると、ファラデー効果素子透過光の偏波面回転
角θは次式で与えられ、ファラデー効果素子内の磁界の
線積分値に比例する。
ただし、■はファラデー効果素子22のベルデ定数、g
はファラデー効果素子中の光路、Hjは光路a上の磁界
である。ここで導体2oに事故電流が流れた場合でも鉄
心21が飽和しない程度にギャップ長り、を大きくした
場合には、外部磁界のギャップ中への入り込みが無視で
きなくなるため、磁界H8には多くの外部磁界成分が含
まれると考えられ、この結果、0式で与えられる偏波面
回転角θは外部磁界の影響ヲ営け、自相電流の測定精度
が悪化する0次に、鉄心21のギャップ中にギャップ方
向に沿った積分路Ω1を考え、 さらに鉄心中の磁路に
沿った積分路122 を考えて導体2oを囲む積分路Q
1+0□上で磁界Hの線積分を行なうと、アンペールの
周回積分の法則より次式が成立する。
ただし、H□はギャップ中の積分路Qユ上の磁界、H2
は鉄心中の積分路Q□上の磁界、■は導体20を流れる
電流である。ここで、鉄心21が未飽和状態でその透磁
率μがギャップ中の透磁率μ。よりも充分に大きくμ〉
〉μ。であれば、鉄心中の磁界H2はギャップ中の磁界
H工に比べて無視できるので、0式より次式が成立する
0式は、ギャップ中の磁界を線積分するだけで、導体2
0の周囲の磁界を周回積分した場合とほぼ同等の値が得
られる事を表わす、この結果は、ギャップ中の積分路1
21 の取り方やギャップでの自相磁界の拡がり、漏れ
磁束、外部磁界の有無に無関係に成立する。よって、フ
ァラデー効果素子22の長さLをギャップ長りにと等し
くしてギャップ中をファラデー効果素子22で満たした
場合を考えると、この部分のファラデー効果素子透過光
の偏波面回転角θは■、■式より次式となり、外部磁界
の影響を回避することが出来る。
第4図はファラデー効果素子22の長さLを変化させた
場合の外部磁界の影響による電流測定誤差εの計算結果
の一例を示す。ファラデー効果素子22の長さL ’;
t L tに近ずけるに従い測定誤差εは急激に減少し
、本発明の顕著な効果が明らかである。
本実施例ではファラデー効果素子17cを鉄心14のギ
ャップ中に配置した場合に、鉄心との隙間の関係で生ず
る誤差を少なくする手段として、鉄心の対向ギャップ面
積の範囲外の部分で光の出射。
入射を行わせ、且つ、複数回ファラデー効果素子内を光
の往復反射を繰返すことにより、その測定感度を上げる
ことにより、実効的には誤差を少なくする効果も得られ
るようにしたものであり、自相の事故電流域までの電流
を外部磁界の影響を受けずに測定することが可能となる
。また電流の測定感度も従来の構造に比し、鉄心ギャッ
プ中の積分路に対して、光を往復させているため感度も
複数倍になっている。とたがって鉄心を含むセンサ部の
寸法重量も第1図の従来方式に大して大きな変更をする
ことなく、測定精度、感度が上げられ、しかも小形軽量
な光変流器を提供できる。
〔発明の効果〕
以上のように本発明によれば、被測定電流が流れる導体
周囲にギャップ付環状鉄心を配置し、鉄心のギャップ対
向面間に、ギャップ内を複数回光を往復させる様に構成
された光磁界センサを配設するという簡単な構成により
、事故電流りよういきまでの広範囲の電流を外部磁界に
影響される事なく、高精度かつ高感度に計測できる光変
流器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の光変流器の一実施例を示す断面図、第
2図は第1図の要部拡大図で(a)は正面図、(b)は
側面図、第3図は外部磁界の影響を鉄心のギャップ長と
ファラデー効果素子長との関係で誤差量を示す原理図、
第4図はその特性図、第5図はファラデー効果素子を接
地電位側に配置した本発明の一実施例を示す断面図、第
6図は同じく側面図、第7図は従来の光変流器の一例を
示す断面図、第8図は外部磁界の影響を示す断面図であ
る。 1・・・タンク     2,3・・・導体6・・・発
光部     7,8・・・光ファイバー12・・・受
光部    14・・・ギャップ付環状鉄心17・・・
光磁界センサ  17a・・・レンズ17b・・・偏光
子   17c・・・ファラデー効果素子17d・・・
検光子    17e・・・レンズ17f、 17g・
・・反射膜 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 同  三俣弘文 第3図 17g 第4図 第  6 図 第  7 図 第8図

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)SF_6ガス等の絶縁ガスが封入されたタンク内
    に1個又は複数個の導体を配設した電気機器の導体周囲
    にギャップ付環状鉄心を配置し、鉄心のギャップ対向面
    間に、光を発受信するように、ファイバ、偏光子等から
    なる光出射部とファイバ、検光子からなる光入射部とを
    、鉄心の一方の端部をはさみ込むように配設し、もう一
    方の端部のギャップ対向面側に、前記光出射部からの光
    を受けて、前記光入射部に光を反射させるための反射膜
    を備え、もう一方の反射膜を光出射部と光入射部との間
    に備え、ギャップ内を複数回光を往復させる様に構成さ
    れたファラデー効果素子を鉄心ギャップ中に配設し、フ
    ァラデー効果素子透過光の偏波面の回転角がギャップ中
    全磁界の線積分値となるように構成した事を特徴とする
    光変流器。
  2. (2)タンクがその内部に1本の導体を収納して成る単
    相形のものである特許請求の範囲第1項記載の光変流器
  3. (3)タンクがその内部に3本の導体を一括して収納し
    て成る三相一括形のものである特許請求の範囲第1項記
    載の光変流器。
  4. (4)ファラデー効果素子を含むギャップ付環状鉄心の
    取付位置が高電圧導体の近傍であることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載の光変流器。
  5. (5)ファラデー効果素子を含むギャップ付環状鉄心の
    取付位置が接地電位側である事を特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載の光変流器。
JP61000315A 1986-01-07 1986-01-07 光変流器 Pending JPS62159053A (ja)

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JP61000315A JPS62159053A (ja) 1986-01-07 1986-01-07 光変流器

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JP61000315A JPS62159053A (ja) 1986-01-07 1986-01-07 光変流器

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JPS62159053A true JPS62159053A (ja) 1987-07-15

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JP61000315A Pending JPS62159053A (ja) 1986-01-07 1986-01-07 光変流器

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JP (1) JPS62159053A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2656152A1 (fr) * 1989-12-14 1991-06-21 Mitsubishi Electric Corp Transformateur optique de courant.

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2656152A1 (fr) * 1989-12-14 1991-06-21 Mitsubishi Electric Corp Transformateur optique de courant.

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