JPS636467A - 磁気光学素子を用いた零相電流検出装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、零相電流検出装置に係り、特に磁気光学素子
を用いた光変流器の零相電流成分を検出するのに好適な
零相電流検出装置に関する。

〔従来の技術〕

零相変流器（以下ＺＣＴと称す）は、接地保護継電器と
組合せて使用され、地絡事故などによる各相間の電流値
の相違に基づく零相電流成分を検出し、零相電流成分を
検出したときに接地保護継電器を作動して回路をしゃ断
し、事故の拡大を防止するために用いられる。そして、
従来の零相電流を検出する方法は、普通の巻線型変流器
（ＣＴ）に零相電流検出用の三次巻線を設ける方法と、
専用のＺＣＴを使用する方法とがある。

第８図は、零相電流を検出するために用いられている、
従来の変流器（ＣＴ）の接続方法を示したものである。

第８図（Ａ）は、中性点接地ができる場合のもつとも簡
単な零相電流検出法であり、中性点Ｎの接地部に変流器
ＣＴを設け、地絡電流Ｉが流れたときに、変流器ＣＴに
誘導された電流ｉにより接地保護継電器ＧＲを作動させ
るものである。第８図（Ｂ）は、各相Ｒ，Ｓ、Ｔに設置
した変流器ＣＴの残留回路を利用し、残留電流ｉにより
接地保護継電器を作動させる方法であり、第８図（Ｃ）
は、三相−捨型のＺＣＴであって、比較的低電圧の線路
に用いられる方法である。また、第８図（Ｄ）は、大電
力送配電の零相電流を検出する方法として、もつとも広
く用いられているもので、二次巻線と三次巻線とを配置
して３つの巻線をデルタ接続し、三次巻線に接地保護継
電器ＯＲを接続したものである。

これら従来のＺＣＴは、実公昭５７−２１３０３号公報
や特開昭５７−８４１１４号公報に記載されているよう
に、変流器と同一鉄心上に巻かれているため、−次電流
の定格が大きくなると変流器も大きくなるとともに、零
相電流検出用巻線も大型化するという問題がある。

そこで、変流器の大型２重量化という問題を解決するた
めに、例えば特開昭６０−２０７０６８号公報などに記
載されている如く、磁気光学効果を利用した光電流セン
サによる光変流器が開発されている。

この光変流器は、導体に磁気光学効果を有するファラデ
ー素子を取り付け、導体を流れる電流によって生じた磁
界により、ファラデー素子に導かれた偏光の偏光面を回
転させ、この回転角を検出して相電流の大きさを求める
もので、変流器の小型軽量化を図ることができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、磁気光学効果を応用した光電流センサは、出力
される光電流信号の容量が小さく、接地保護継電器を直
接動作させることができず、光変流器による零相電流の
検出が行なわれていなかった。

本発明は、磁気光学効果を有するセンサを相電流検出用
の光変流器としても共用することができる磁気光学素子
を用いた零相電流検出装置を提供することを目的とする
。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、電流が流れる各相の和イ庵近傍にそれぞれ配
置した磁気光学素子を有する光電流センサと、この光電
流センサに光を供給する光源と、前記各光電流センサの
出力の和を求める演算器とからなることを特徴とする零
相電流検出装置である。

〔作用〕

上記の如く構成した本発明においては、各相を流れる電
流量を磁気光学効果を利用した光電流センサにより検出
し、各検出値の和を演算器により求めて零相電流分を検
出できるようにし、上記目的を達成できるようにしたも
のである。

〔実施例〕 本発明に係る零相電流検出装置の好ましい実施例を、添
付図面に従って詳説する。

第１図は、本発明に係る零相電流検出装置の一実施例を
示す説明図である。

第１図において、三相の各相Ｒ，Ｓ、Ｔの導体１０には
、それぞれ光電流センサ１２の検出部１４が取り付けで
ある。検出部１４は、磁気光学素子としての磁気光学効
果を有するファラデー素子からなる周回積分型の検出子
１６と、この検出子１６に直線偏光を入射する偏光子１
８と、検出子１６の出射光を検出する検光子２ｏとから
なっている。偏光子１８は、光軸が検光子２０と光波の
電界ベクトルでπ／４だけ異なるように、光軸に平行に
回転させて配置しである。

−方、光電流センサ１２の光電変換部２２には、発光ダ
イオード、レーザダイオード等からなる光源２４が設け
である。この光源は、光ファイバー２６により偏光子１
８に接続しである。また、光電変換部２２は、フォトダ
イオードからなる受光子２８と演算増幅部２９とを有し
ており、この受光子２８が光ファイバー３０により検光
子２０に接続しである。そして、光電変換部２２には、
光ＣＴ出力端子ａと零相出力端子すとが設けてあり、各
光電変換部２２の零相出力端子すが演算器３１、の入力
側に接続しである６ 検光子２０は、第２図に示すように２個設けられ、偏光
の直交する二成分を検出できるようになっている。各検
光子２０．２０は、それぞれ光ファイバー３０．３０を
介して受光子２８．２８に接続しである。そして、受光
子２８．２８は、演算増幅部２９の演算回路部３２の入
力側に接続しである。演算回路部３２の出力側には、第
１増幅回路部３４が接続してあり、第１増幅回路部３４
の出力が第２増幅回路部３６と第３増幅回路部３８とに
それぞれ入力される。また、第２増幅回路部３６の出力
側は光ＣＴ出力端子ａに接続してあり、第３増幅回路部
３８の出力側が零相出力端子すに接続しである。なお、
第２増幅回路部３６は、相電流の検出用に供されるため
、広いダイナミックレンジを必要とするが、第３増幅回
路部３８は、広いダイナミックレンジを必要としない。

上記の如く構成した実施例の作用は、次のとおりである
。

光源２４が発する光は、光ファイバー２６により偏光子
１８に導かれ、偏光角が４５度の直線偏光として検出子
１６に入射される。そして、直線偏光は、検出子１６内
を通過する際に、導体１０を流れている電流により誘起
された磁界によって偏光面が回転する。この回転角は、
磁界の強さ、すなわち各相を流れる電流量に比例し、直
交する２成分として検光子２０．２０に出射される。検
光子２０に入射した偏光は、光ファイバー３０を介して
受光子２８に入力され、電気信号Ｖｔ、Ｖｚに変換され
た後、演算回路部３２に入力される。

演算回路部３２は、 Ｖ　１　＋　Ｖ　ｘ １−Ｖ２ の演算を行い、光ｇ２４の変動による影響を除去する。

演算回路部３２の出力は、第１増幅回路部３４により増
幅された後、第２増幅回路部３６と第３増幅回路部３８
とに分岐して入力され、これらの増幅回路部３６．３８
で増幅されて、各相の相電流に比例した電圧として光Ｃ
Ｔ出力端子ａと零相出力端子すとに出力される。そして
、光ＣＴ出力端子ａに出力された電圧は、相電流の計測
用に供される。また、零相出力端子すに出力された電圧
は、演算器３１に入力される。演算器３１は、入力され
た電圧より求められる各相電流ＩＲ、Ｉｓ　。

ＩＴから、次式を演算して零相電流Ｉｏを求める。

Ｉｏ＝　（ＩＲ＋ＩＳ＋ＩＴ）／３ このようにして求められた零相電流Ｉｏは、通常、Ｉｏ
＝Ｏであり、各相Ｒ，Ｓ、Ｔのいずれ一相に地絡事故が
生ずると、Ｉｏ≠０となって、図示しない接地保護継電
器を作動させる。これにより回路がしゃ断され、事故の
拡大が防止される。

以上のように１本実施例においては、従来の光変流器に
用いられる光電流センサ１２の出力を分岐するだけで零
相電流を検出でき、相電流と零相電流とを同時に計測す
ることができる。

なお、前記実施例では、偏光の直交する二成分を検出す
る場合について説明したが、いずれか−成分でも相電流
と零相電流との検出が可能である。

また、検出子１６は、周回積分型に限定されない。

第３図は、本発明に係る零相電流検出装置の他の実施例
を示す説明図である。本実施例は、光電変換部２２に相
電流検出用と零相電流検出用との二つの演算増幅部２９
ａ、２９ｂを設けたものである。零相電流は、相電流に
比べて小さいので。

一つの演算増幅部２９で零相電流と相電流とを計測しよ
うとすると、広いダイナミックレンジの増幅器を必要と
する。しかし、本実施例の如く、相電流用と零相電流用
とに分けることにより、ダイナミックレンジの幅を狭く
することができる。特に、零相電流検出用の演算増幅部
２９ｂは、ダイナミックレンジの広いものを必要とせず
、コスト低減を図ることができる。

第４図は、さらに他の実施例を示す説明図である。本実
施例は、各相の検出子１６の出射光を検光子２ｏを介し
て光分波器４０．４０に入射し、分波した後に光電変換
部２２ａ、２２ｂの受光子２８に入力するようにしたも
のである。そして、光電変換部２２ａの出力は、相電流
計測用し供され、光電変換部２２ｂの出力は、零相電流
を検出するために、演算器３１に入力される。本実施例
においても零相電流検出のために、広いダイナミックレ
ンジの増幅器を必要としない。

第５図の示したものは、検出子１６からの出射光の一方
の成分、例えばＰ偏光成分を相電流検出用に、他方の成
分、例えばＳ偏光成分を零相電流検出用に用いた実施例
である０本実施例によれば、検出子１６の出射光を二つ
の検光子２０゜２０で直交する二つの偏光成分として検
出しているため、光信号または光電変換した後の電気信
号を分岐する必要がなく、構成を簡単にすることができ
る。

第６図に示した実施例は、各相の検出子１６の出射光の
一成分、例えばＰ偏光成分を第５図に示した実施例と同
様に、相電流検出用として光電変換部２２ａに入力する
。−方、各相の他方の成分。

例えばＳ偏光成分を光合成器４２に入力する。そして、
光合成器４２の出射光ΔＩＯを零相電流検出用の光電変
換部２２ｂに設けた受光子２８に入射する。光電変換部
２２ｂは、 Ｉｏ＝（ΔＩｏ−ΔＩｏ）／ΔＩ。

を演算し、零相電流Ｉｏを求める。ただし、ΔＩＯは、
検光子１６が検出した各相の偏光成分の平均値である。

本実施例によれば、光信号のみで和の演算をするため、
耐電気雑音性に優れている。

第７図は、本発明に係る零相電流検出装置のさらに他の
実施例を示す説明図である。本実施例は。

任意の相、例えばＴ相に設けた検出子１６の入射端に偏
光子１８を配置し、他の二つの相のいずれか一方１例え
ばＲ相の検出子１６の出射端に検光子２０を配置すると
ともに、Ｔ相の検出子１６出射端とＳ相の検出子１６入
射端との間、およびＳ相の検出子１６出射端とＲ相の検
出子１６入射端との間を、偏光面保存ファイバー４４．
４６により接続したものである。このように構成すると
、偏光子１８から出射された直線偏光が、各相の検出子
１６内で相電流に対応した偏光面の回転を受け、Ｒ相の
検出子１６が出射した偏光は、零相電流成分に相当した
偏光面の回転を受けており、光電変換部２２により零相
電流ＩＯを求めることができる６本実施例によれば、光
信号のみて・“各相電流の和を演算することができ、耐
電気雑音性が良いばかりでなく、光合成器が不要となる
利点がある６なお５本実施例において、各相の検出子の
出射光を分波し、相電流検出用として利用しすることが
できることは勿論である。

〔発明の効果〕

以上に説明した如く、本発明によれば、相電流検出用の
磁気光学素子の出射光を利用して零相電流を検出できる
ため、光電流センサを相電流検出用の光変流器としても
共用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る零相電流検出装置の一実施例を示
す説明図、第２図は第１図に示した実施例の光電変換部
の詳細説明図、第３図は相電流検出用演算増幅部と零相
電流検出用演算増幅部とを設けた実施例の説明図、第４
図は光分波器により相電流検出用と零相電流検出用とに
分波する実施例の説明図、第５図は直線偏光の一方の成
分を相電流検出用に用い、他方の成分を零相電流検出用
に利用する実施例の説明図、第６図は光合成器を用いた
実施例の説明図、第７図は各相の検出子を偏光面保存フ
ァイバーで接続した実施例の説明図、第８図（Ａ）ない
しくＤ）は従来の巻線型変流器による零相電流検出方法
の説明図である。 １０・・・導体、１２・・・光電流センサ、１６・・・
検出子（磁気光学素子）、１８・・・偏光子、２０・・
・検光子、２２　、２２　ａ　、　２２　ｂ−光電変換
部、２４・・・光源、２８・・・受光子、２９，２９ａ
、２９ｂ・・・演算増幅部、３１・・・演算器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電流が流れる各相の導体近傍にそれぞれ配置した磁
   気光学素子を有する光電流センサと、この光電流センサ
   に光を供給する光源と、前記各光電流センサの出力の和
   を求める演算器とからなることを特徴とする零相電流検
   出装置。 ２、特許請求の範囲第１項に記載の零相電流検出装置に
   おいて、各光電流センサは、光量に応じた電気信号を出
   力する光電変換部を有しており、演算器は光電変換部の
   出力した電気信号の和を求めることを特徴とする零相電
   流検出装置。 ３、特許請求の範囲第２項記載の零相電流検出装置にお
   いて、光電変換部は、相電流検出用信号と零相電流検出
   用信号とを出力することを特徴とする零相電流検出装置
   。 ４、特許請求の範囲第１項記載の零相電流検出装置にお
   いて、光電流センサは相電流検出用検出光と零相電流検
   出用検出光とを出力することを特徴とする零相電流検出
   装置。 ５、特許請求の範囲第４項記載の零相電流検出装置にお
   いて、零相電流検出用検出光は、光電流センサの出射す
   る直交する二つの偏光成分のいずれか一方であり、相電
   流検出用検出光は偏光成分の他方であることを特徴とす
   る零相電流検出装置。 ６、特許請求の範囲第３項記載の零相電流検出装置にお
   いて、光電変換部は相電流検出用検出光を光電変換する
   相電流検出用変換部と、零相電流検出用検出光を光電変
   換する零相電流検出用変換部とを備えていることを特徴
   とする零相電流検出装置。 ７、特許請求の範囲第１項記載の零相電流検出装置にお
   いて、各相に配置した光電流センサは、任意の一相の入
   射端側に偏光子を設けるとともに、各相の入射端側と出
   射端側とが偏波面保存光ファイバを介して直列接続され
   、終端の前記光電流センサの出射光を光電変換部に導く
   ことを特徴とする零相電流検出装置。