(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定電流が誘起する磁場の影響を受ける位置に配置されたファラデー素子によるファラデー効果を利用して電流を測定するように構成された光応用電流センサにおいて、
光源と、
前記光源から導かれた光を２つに分岐する第１の分岐手段と、
前記被測定電流の流れる導体の周囲に巻回され、かつ、前記第１の分岐手段によって分岐された２つの光がその両端にそれぞれ結合するように構成されたセンサ用ファイバと、
前記センサ用ファイバを互いに逆方向に伝播した２方向の光を再び結合する結合手段と、
前記結合手段によって結合された光を２つに分岐する第２の分岐手段と、
前記第２の分岐手段の一端に結合されて光の強度を検出する検出手段とを備え、
前記第１の分岐手段、前記結合手段、および前記第２の分岐手段は、互いに同一の構成を有する手段であり、
前記第１の分岐手段と結合手段は、共通の単一の光素子で構成されており、この共通の光素子は前記光源と前記センサ用ファイバの間に位置する唯一の光素子であることを特徴とする光応用電流センサ。
【請求項２】
被測定電流が誘起する磁場の影響を受ける位置に配置されたファラデー素子によるファラデー効果を利用して電流を測定するように構成された光応用電流センサにおいて、
光源と、
前記光源から導かれた光を２つに分岐する第１の分岐手段と、
前記被測定電流の流れる導体の周囲に巻回され、かつ、前記第１の分岐手段によって分岐された２つの光がその両端にそれぞれ結合するように構成されたセンサ用ファイバと、
前記センサ用ファイバを互いに逆方向に伝播した２方向の光を再び結合する結合手段と、
前記結合手段によって結合された光を２つに分岐する第２の分岐手段と、
前記第２の分岐手段の一端に結合されて光の強度を検出する検出手段と、
前記第１の分岐手段と前記センサ用ファイバとの間に設けられ、第１の分岐手段で分岐された光を非偏光化してセンサ用光ファイバに入射させる非偏光化手段と、
前記タンクを貫通する貫通ファイバ部とを備え、
前記第１の分岐手段、前記結合手段、および前記第２の分岐手段は、互いに同一の構成を有する手段であり、
前記センサ用ファイバは、タンク内に導体が収納されかつ絶縁ガスが封入されてなるガス絶縁装置の前記導体の周囲に巻回され、
かつ、前記非偏光化手段は、前記貫通ファイバ部に不均一な応力を与えるように構成されていることを特徴とする光応用電流センサ。
【請求項３】
前記第１の分岐手段と前記センサ用ファイバとの間に、第１の分岐手段で分岐された光を円偏光にして前記センサ用光ファイバに入射させる円偏光化手段が設けられ、 前記センサ用ファイバは、タンク内に導体が収納されかつ絶縁ガスが封入されてなるガス絶縁装置の前記導体の周囲に巻回され、
かつ、前記第１の分岐手段と前記円偏光手段との間に、前記タンクを貫通する貫通部が設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の光応用電流センサ。
【請求項４】
前記第１の分岐手段と前記センサ用ファイバとの間に、第１の分岐手段で分岐された光を円偏光にして前記センサ用光ファイバに入射させる円偏光化手段が設けられ、
前記センサ用ファイバは、タンク内に導体が収納されかつ絶縁ガスが封入されてなるガス絶縁装置の前記導体の周囲に巻回され、
前記第１の分岐手段よりも前記センサ用ファイバ側に、前記タンクを貫通する貫通部が設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の光応用電流センサ。
【請求項５】
複数のスペーサを介して複数のタンクユニットを接続することにより、互いに独立した複数のガスブロックを有するタンクが構成され、このタンク内に複数の機器本体が収納され、絶縁ガスが封入されてなるガス絶縁装置に使用され、このガス絶縁装置に地絡・短絡事故が発生した場合にその事故が発生したガスブロックを判定する地絡・短絡事故検出装置において、
前記複数のスペーサの各々の近傍にそれぞれ配置され、かつ、前記事故が発生した場合にその事故電流を検出する複数の電流センサと、
前記複数の電流センサからの各出力を比較して地絡・短絡事故の発生箇所を判別する比較検出手段とを有し、
前記電流センサは、前記請求項１または請求項２に記載された光応用電流センサであることを特徴とする地絡・短絡事故検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空間的に分離した複数のブロックを有するガス絶縁装置において、地絡・短絡事故の発生した場合に、事故発生ブロックの判定を行うための地絡・短絡事故検出装置に関するものであり、また、そのような地絡・短絡事故検出装置に使用する電流センサとして好適な光応用電流センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガス絶縁装置は、遮断器、断路器などの開閉機器や、主母線、連絡母線などの母線を接続することによって構成されており、その全ての構成機器は、絶縁ガスを封入した金属製のタンク内に収納されている。この場合、一般的に、タンクは複数のタンクユニットを複数のスペーサを介して接続して構成され、この複数のスペーサにより、タンク内空間は互いに独立した複数のガスブロックに区分されている。
【０００３】
このようなガス絶縁装置においては、タンク内部の高圧部におけるインパルス（衝撃波）電圧やその他の原因により、絶縁破壊が発生する場合がある。このように絶縁破壊が発生した場合には、それに続いて、系統から地絡・短絡電流が流れる。一般的に、この事故電流は、遮断器などに設置された変流器によって検出されるようになっている。そして、このような事故電流の検出に応じて、直ちに遮断器を動作させて開路することにより、この事故電流が速やかに除去される。
【０００４】
このようにガス絶縁装置に絶縁破壊が生じた場合、その地絡・短絡箇所は損傷しているため、直ちに再閉路して送電することはできない。そのため、このような地絡・短絡事故時には、遮断器の動作による開路の後、ガス絶縁装置における全ガスブロックを、定められた順序に従って分解点検して地絡・短絡箇所を発見し、その部分の修理や交換を行った後、再閉路して送電を開始している。
【０００５】
一方、以上のようなガス絶縁装置などの導体通電電流を測定する光応用電流センサとしては、従来、導体に近接する位置にファラデー素子を配置し、このファラデー素子に直線偏光の光を通過させ、前記導体に流れる被測定電流に応じてファラデー効果により生じる旋光角を測定する原理のセンサが存在している。
【０００６】
図４は、このような従来の光応用電流センサの一例を示す図である。この図４に示すように、絶縁密閉されたタンク４１の内側には、導体４２を囲むようにしてファラデー素子からなるセンサ用ブロック４３が配置され、固定具４４および絶縁筒４５を介してタンク４１に固定されている。また、タンク４１の外部には、光学系収納容器４６が取り付けられ、この光学系収納容器４６内には、レンズ、検光子などからなる結合光学系４７が収納されている。この結合光学系４７は、絶縁筒４５によって形成される空間を介してセンサ用ブロック４３と光学的に結合されている。また、この結合光学系４７には、送光用ファイバ４８および受光用ファイバ４９の一端が組み込まれており、この送光用ファイバ４８および受光用ファイバ４９は、光学系収納箱４６を貫通して配置され、図示していない他端には、光源や検出器などの外部機器が接続されている。
【０００７】
このような図４の光応用電流センサの動作原理は次の通りである。すなわち、図示していない光源から発せられた光は、送光用ファイバ４８を通って結合光学系４７に導かれ、この結合光学系４７においてほぼ平行光束の直線偏光ビーム５０ａとなって空間を伝播してセンサ用ブロック４３に入射する。センサ用ブロック４３に入射した光は、このセンサ用ブロック４３の内部で反射を繰り返す形で導体４２の周囲を周回しながらファラデー旋回した後、センサ用ブロック４３から出射する。すなわち、センサ用ブロック４３内を通過する光は、導体４２を流れる電流によって誘起されるファラデー効果によりその偏光面がある角度だけ回転する。そして、このようにファラデー旋回した出射光は直線偏光ビーム５０ｂとなって空間を伝播して再び結合光学系４７に向かい、検光子、レンズを通過した後、受光用ファイバ４９に入射する。受光用ファイバ４９に入射した光は、その他端に接続された外部機器に送られてその旋光角が検出され、その旋光角に基づいて導体４２を流れる電流が求められる。なお、このような外部機器における旋光角の検出や電流の算出方法については公知の技術であるため、ここではその説明を省略する。
【０００８】
このような構成および動作原理を有する光応用電流センサは、絶縁特性に優れていることから、ガス絶縁装置の導体に極めて近接する位置に配置でき、構成もコンパクトであるなど、ガス絶縁装置用の電流センサとして優れているため、その一層の高性能化が期待されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ガス絶縁装置において、その地絡・短絡事故時に、前述したような一連の手順、すなわち、事故電流の検出に応じた遮断器の動作による開路の後、全ガスブロックの逐次的な分解点検と地絡・短絡箇所の修理・交換を行うという従来の手順を行う場合には、一旦停止したガス絶縁装置の送電を再開するまでに要する時間が長くなってしまうという問題点がある。特に、ガスブロックの分解点検に時間を要するため、地絡・短絡箇所を速やかに発見できれば停止から再開までの時間を短くすることができるが、地絡・短絡箇所の発見が遅れると再開までの時間が非常に長くなってしまう。
【００１０】
一方、このような地絡・短絡箇所の発見には、事故電流を高精度に検出することが必要であるが、図４に示したような従来の光応用電流センサを使用した場合には、電流測定精度の向上に限界がある。すなわち、タンク４１内の高圧力の絶縁ガス中を電流測定用の直線偏光ビーム５０ａ，５０ｂが伝播することになるため、導体４２の発熱によって絶縁ガスが加熱される結果、伝播経路の屈折率が不規則に変化し、ビームの揺らぎを生じる。また、センサ用ブロック４３が、熱膨脹率の異なる物質に強固に固定されているため、外部から加えられる応力や温度変化により発生する応力によって複屈折が生じ、このことが測定誤差の一因となる。さらに、センサ用ブロック４３の固定や測定用ビームの取り出しにはかなりのスペースを要するため、センサ全体が大型化するという問題もある。
【００１１】
本発明は、以上のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その第１の目的は、地絡・短絡事故が発生した場合に、その地絡・短絡箇所を速やかに検出することができ、再送電までの時間を短くすることが可能な高性能の地絡・短絡故障検出装置を提供することである。また、そのような地絡・短絡事故検出装置に使用する電流センサとして好適な、高い電流測定精度を有する小型・簡略な光応用電流センサを提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の光応用電流センサは、導体の周囲に巻回したセンサ用ファイバと、第１、第２の分岐手段および結合手段とを組み合わせることにより、センサ用ファイバを互いに逆方向に伝播した２つの光を重ね合わせて干渉させ、その干渉光を検出するように構成したことを特徴としている。
【００１３】
また、本発明の地絡・短絡事故検出装置は、ガス絶縁装置の複数のスペーサの各々の近傍に電流センサをそれぞれ配置し、この複数の電流センサからの出力を比較検出手段によって比較するように構成したことを特徴としている。
【００１４】
請求項１記載の発明は、、被測定電流が誘起する磁場の影響を受ける位置に配置されたファラデー素子によるファラデー効果を利用して電流を測定するように構成された光応用電流センサにおいて、光源、第１の分岐手段、センサ用ファイバ、結合手段、および第２の分岐手段を有することを特徴としている。
【００１５】
ここで、第１の分岐手段は、前記光源から導かれた光を２つに分岐する手段である。センサ用ファイバは、前記被測定電流の流れる導体の周囲に巻回され、かつ、前記第１の分岐手段によって分岐された２つの光がその両端にそれぞれ結合するように構成される。結合手段は、前記センサ用ファイバを互いに逆方向に伝播した２方向の光を再び結合する手段であり、第２の分岐手段は、前記結合手段によって結合された光を２つに分岐する手段である。検出手段は、前記第２の分岐手段の一端に結合されて光の強度を検出する手段である。
【００１６】
そして、前記第１の分岐手段、前記結合手段、および前記第２の分岐手段は、互いに同一の構成を有する。また、前記第１の分岐手段と結合手段は、共通の単一の光素子で構成されており、この共通の光素子は前記光源と前記センサ用ファイバの間に位置する唯一の光素子であることを特徴としている。
【００１７】
以上のような構成を有する請求項１記載の発明においては、センサ用のファラデー素子としてファイバを用いることにより、設置が必要となった時点でガス絶縁装置に後付けしたり、あるいは不要となった時点で除去することが可能となる。したがって、地絡・短絡測定点の数を必要に応じて増減することができるため、実用性に優れている。
【００１８】
請求項２記載の発明は、被測定電流が誘起する磁場の影響を受ける位置に配置されたファラデー素子によるファラデー効果を利用して電流を測定するように構成された光応用電流センサにおいて、光源と、前記光源から導かれた光を２つに分岐する第１の分岐手段と、前記被測定電流の流れる導体の周囲に巻回され、かつ、前記第１の分岐手段によって分岐された２つの光がその両端にそれぞれ結合するように構成されたセンサ用ファイバと、前記センサ用ファイバを互いに逆方向に伝播した２方向の光を再び結合する結合手段と、前記結合手段によって結合された光を２つに分岐する第２の分岐手段と、前記第２の分岐手段の一端に結合されて光の強度を検出する検出手段と、前記第１の分岐手段と前記センサ用ファイバとの間に設けられ、第１の分岐手段で分岐された光を非偏光化してセンサ用光ファイバに入射させる非偏光化手段と、前記タンクを貫通する貫通ファイバ部とを備え、前記第１の分岐手段、前記結合手段、および前記第２の分岐手段は、互いに同一の構成を有する手段であり、前記センサ用ファイバが、タンク内に導体が収納されかつ絶縁ガスが封入されてなるガス絶縁装置の前記導体の周囲に巻回され、前記タンクを貫通する貫通ファイバ部が設けられ、かつ、前記非偏光化手段は、この貫通ファイバ部に不均一な応力を与えるように構成されていることを特徴としている。
【００１９】
以上のような構成を有する請求項２記載の発明においては、センサ用ファイバに入射する偏光を非偏光化することにより、環境による感度変化の影響を受けにくく、安定した電流の測定が可能となる。
【００２０】
特に、偏光保持ファイバによってタンクの貫通部を構成することが可能となるため、センサ複屈折の変化による感度変化がなくなり、長期に安定した電流の測定が可能になる。
【００２１】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記第１の分岐手段と前記センサ用ファイバとの間に、第１の分岐手段で分岐された光を円偏光にして前記センサ用光ファイバに入射させる円偏光化手段が設けられ、 前記センサ用ファイバは、タンク内に導体が収納されかつ絶縁ガスが封入されてなるガス絶縁装置の前記導体の周囲に巻回され、かつ、前記第１の分岐手段と前記円偏光手段との間に、前記タンクを貫通する貫通部が設けられていることを特徴とする。
【００２２】
以上のような構成を有する請求項３記載の発明においては、センサ用ファイバに入射する偏光を円偏光とすることにより、環境による感度変化の影響を受けにくく、安定した電流の測定が可能となる。
【００２３】
特に、貫通部を非偏光化素子として用いることができ、この貫通部の複屈折の効果を除去した上、部品点数を減らすことによって、安定した電流の測定が可能となる。具体的には、タンクの貫通部に、光の可干渉距離を超える２軸間の位相差を生じるような大きな複屈折を与えた上で、この複屈折に対して４５°の角度で光を入射するように構成する。
【００２４】
請求項４記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記第１の分岐手段と前記センサ用ファイバとの間に、第１の分岐手段で分岐された光を円偏光にして前記センサ用光ファイバに入射させる円偏光化手段が設けられ、前記センサ用ファイバは、タンク内に導体が収納されかつ絶縁ガスが封入されてなるガス絶縁装置の前記導体の周囲に巻回され、前記第１の分岐手段よりも前記センサ用ファイバ側に、前記タンクを貫通する貫通部が設けられていることを特徴とする。
【００２５】
以上のような構成を有する請求項４記載の発明においては、ガス絶縁装置のタンク内に光応用電流センサを配置することにより、タンク電流の影響を受けることなく、地絡・短絡電流および定格電流を正確に測定することができる。また、センサ用ファイバのみをタンク内に配置しているため、ガス充填後の光学部品の点検、整備が容易である。
【００２６】
請求項５記載の発明は、複数のスペーサを介して複数のタンクユニットを接続することにより、互いに独立した複数のガスブロックを有するタンクが構成され、このタンク内に複数の機器本体が収納され、絶縁ガスが封入されてなるガス絶縁装置に使用され、このガス絶縁装置に地絡・短絡事故が発生した場合にその事故が発生したガスブロックを判定する地絡・短絡事故検出装置において、前記複数のスペーサの各々の近傍にそれぞれ配置され、かつ、前記事故が発生した場合にその事故電流を検出する複数の電流センサと、前記複数の電流センサからの各出力を比較して地絡・短絡事故の発生箇所を判別する比較検出手段とを有し、前記電流センサは、前記請求項１または請求項２に記載された光応用電流センサであることを特徴とする。
【００２７】
以上のような構成を有する請求項５記載の発明においては、前述したような高い電流測定精度を有する光応用電流センサを使用することにより、地絡・短絡箇所の測定精度を向上することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下には、本発明による光応用電流センサとそれを適用した地絡・短絡事故検出装置の実施の形態について、図１〜図３を参照して具体的に説明する。
【００２９】
［１．第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態として、地絡・短絡事故検出装置の一つの実施の形態を示す図であり、図１の（Ａ）は、地絡・短絡事故検出装置を示す構成図、図１の（Ｂ）は、光応用電流センサを示す構成図である。
【００３０】
［１−１．構成］
まず、図１の（Ａ）に示すように、ガス絶縁装置１は、複数のスペーサ２を介して複数のタンクユニットを接続してなるタンク３内に、高圧導体４などの機器本体を収納して構成されている。この場合、タンク３内の空間は、各スペーサ２により、互いに独立した複数のガスブロックに区分されている。また、タンク３は、接地線５によって接地されている。
【００３１】
また、このようなガス絶縁装置１の各スペーサ２のフランジ部には、タンクに流れるシース（外装）電流をバイパスあるいは分流する同相シャントバー６が取り付けられている。この同相シャントバー６は、スペーサ２を介して接続されたタンクユニット間を電気的に接続する棒状または板状の部材であり、タンク３を流れるシース電流を積極的に通電するものである。
【００３２】
そして、地絡・短絡事故検出装置７は、各スペーサ２部分において、以上のような各同相シャントバー６の内側とタンク３との間にそれぞれ取り付けられた複数（Ｎ個）の光応用電流センサ８と、ガス絶縁装置１の外部において各光応用電流センサ８の出力を個別に処理する複数（Ｎ個）のセンサ出力信号処理部９（Ｐ1 〜ＰN ）、および各センサ出力信号処理部９の出力を比較して、地絡・短絡事故の発生ブロックを判別する比較検出装置１０から構成されている。
【００３３】
ここで、光応用電流センサ８は、図１の（Ｂ）に示すように構成されている。すなわち、この図１の（Ｂ）に示す光応用電流センサ８は、偏光情報を伝播するためのシングルモードファイバ１１を主とするファイバから構成されたファイバ形のセンサであり、高帯域ＬＤからなる光源１２、カプラ１３、センサ用ファイバ部１４、および検出器１５を備えている。ここで、カプラ１３は、シングルモードファイバ１１を介して光源１２に接続されている。また、センサ用ファイバ部１４は、ガス絶縁装置１のタンク３の周囲における前述した同相シャントバー６との間に、一周以上巻回されており、その両端部でカプラ１３の光源１２と反対側に接続されている。さらに、検出器１５は、カプラ１３の光源１２側の別の一端に接続されており、この検出器１５にはさらに、前述したセンサ出力信号処理部９が接続されている。なお、センサ用ファイバ部１４のファイバループは、ファイバの一部において、コネクタ付け、融着、もしくはカプラ部を作成することにより、容易に構成することが可能である。
【００３４】
また、以上のような図１の（Ｂ）に示す光応用電流センサ８の動作原理は次の通りである。すなわち、高帯域ＬＤからなる光源１２から発せられた光は、シングルモードファイバ１１を介してカプラ１３に導かれ、このカプラ１３において二分割される。この２つの光は、センサ用ファイバ部１４の両端にそれぞれ入射し、ガス絶縁装置１のタンク３の周囲に巻回されたセンサ用ファイバ部１４を互いに逆方向に伝播した後、再びカプラ１３で重ね合わさり、干渉する。この干渉光は、検出器１５に導かれ、この検出器１５において検出される。このように、カプラ１３は、光源から導かれた光を分岐する第１の分岐手段と、センサ用ファイバ部１４を逆方向に伝播した２方向の光を再び結合する結合手段とを兼ねており、さらに、結合した光を２つに分岐する第２の分岐手段を兼ねた手段である。
【００３５】
［１−２．作用］
以上のような構成を有する第１の実施の形態の作用は次の通りである。
まず、ガス絶縁装置１の地絡・短絡事故時において、光応用電流センサ８のセンサ用ファイバ部１４は、そのループ内を通る電流、すなわち、事故電流もしくは事故電流からフランジ部のボルトを流れる電流を差し引いた電流によるファラデー効果を受ける。この電流をＩとすると、ファラデー効果による位相シフトφｆは、次の式（１）によって表される。
【数１】
φｆ＝ｎＶＩ
…  式（１）
ここで、Ｖはファイバのヴェルデ定数であり、ｎはファイバの巻数である。
【００３６】
次に、光応用電流センサ８の光路における光の伝播について説明する。光は、カプラ１３で分岐および結合されるが、このカプラ１３において光を分岐する際に、透過光とエバネッセント光の間にはπ／２の位相差が生じる。カプラ１３の出力のうち、センサ用ファイバ部１４を右回りに伝播する右回り光（ＣＷ光）はカプラ１３を２回透過し、センサ用ファイバ部１４を左回りに伝播する左回り光（ＣＣＷ光）はカプラ１３を２回クロスするため、結局、この２つの光波間には、πの位相差が生じることになる。
【００３７】
ここで、センサ用ファイバ１４に入射する右回り光（ＣＷ光）と左回り光（ＣＣＷ光）の電場をそれぞれＥCW、ＥCCW とした場合の、ファイバ用センサ１４を伝播し、ファラデー効果とカプラ１３での位相差を受けた各出力光の電場Ｅ´CW、Ｅ´CCW は、次の式（２）によって表すことができる。
【数２】
0003647531.tif 000002
なお、この式（２）において、ωは光の角速度である。
【００３８】
したがって、光出力Ｐは、次の式（３）に示すＰ1 によってほぼ表すことができる。
【数３】
0003647531.tif 000003
さらに、カプラ１３における光の分岐が５０％分岐の場合に、Ｅ＝ＥCW＝ＥCCW とすると、光出力Ｐ1 は、次の式（４）によって表される。
【数４】
0003647531.tif 000004
【００３９】
したがって、干渉光強度Ｐによって、電流Ｉを求めることができる。すなわち、光応用電流センサ８の検出器１５においては、以上のような式（４）に基づいて、干渉光強度Ｐから電流Ｉが求められる。このような各光応用電流センサ８の出力である各電流値は、各センサ出力信号処理部９によって個別に処理された後、比較検出装置１０に入力される。そして、比較検出装置１０においては、各センサ出力信号処理部９からの各出力、すなわち、複数のスペーサ２の位置に応じた各電流値を比較することによって、キルヒホッフの法則から地絡・短絡箇所を発見することができる。
【００４０】
［１−３．効果］
以上のように、本実施の形態の地絡・短絡事故検出装置７によれば、ガス絶縁装置１の地絡・短絡事故時において、光応用電流センサ８によって検出された事故電流に基づいて、各スペーサ２により区切られたガスブロックのうち、地絡・短絡事故の発生したガスブロックを自動的に容易かつ短時間に検出することができる。すなわち、本実施の形態の地絡・短絡事故検出装置７において事故発生箇所の検出に要する時間は、前述した従来のように各ガスブロックを順次分解点検した場合に比べて、格段に短時間である。したがって、このような事故発生箇所の判定に続き、速やかにそのガス区分の修理や交換を行った後、速やかに再閉路することにより、再送電までの時間を従来に比べて大幅に短くすることができる。
【００４１】
また、本実施の形態においては、図１の（Ａ）に示すように、ガス絶縁装置１のスペーサ２のフランジ部がタンク３の外装から露出しており、このフランジ部に同相シャントバー６および光応用電流センサ８が設けられる構造となっている。したがって、このようなフランジ部を有するガス絶縁装置１であれば、タンクの分解をすることなしに、本実施の形態の光応用電流センサ８を、現場で容易に装着することができる。すなわち、光応用電流センサ８を構成するファイバを、同相シャントバー６とタンク３の間に通した後、このファイバのコネクタ付け、融着、あるいはカプラ部の作成により、光応用電流センサ８を現場で容易に装着することができる。特に、既に運転中のガス絶縁装置１であっても、このようにして光応用電流センサ８を容易に装着することができるため、実用性に優れている。また、本実施の形態の光応用電流センサ８は、第１、第２の分岐手段と結合手段を兼ねた単一のカプラ１３を使用しており、このカプラ１３と、光源１２、センサ用ファイバ部１４、および検出器１５からなる簡略な構造であり、いずれの部品についても小型の部品を使用できるため、コンパクトに構成することができる。
【００４２】
［２．第２の実施の形態］
図２と図３は、本発明の第２の実施の形態として、地絡・短絡事故検出装置の一つの実施の形態を示す図であり、図２は、光応用電流センサを示す構成図、図３は、そのタンク壁貫通部を示す断面図である。
【００４３】
［２−１．構成］
まず、図２に示すように、本実施の形態の光応用電流センサ２０は、偏光情報を伝播するためのシングルモードファイバ２１を主とし、光波の偏波面を固定するための偏光保持ファイバを含むファイバから構成されたファイバ形のセンサであり、スーパールミネセントダイオードからなる光源２２、第１のカプラ２３、センサ用ファイバ部２４、および検出器２５に加えて、さらに、第２のカプラ２６、偏光子２７、位相変調子２８、およびタンク壁貫通部２９を備えている。
【００４４】
すなわち、本実施の形態においては、第１のカプラ２３は、偏光保持ファイバで構成されており、この第１のカプラ２３と光源２２との間は、第２のカプラ２６とファイバ巻回形の偏光子２７によって接続されている。そして、この第２のカプラ２６の光源２２側の別の一端に、ＡＰＤ素子からなる検出器２５が接続されている。また、センサ用ファイバ部２４は、ガス絶縁装置１のタンク３内における高圧導体４の周囲に配置されており、このセンサ用ファイバ部２４を含むシングルモードファイバ２１の両端は、タンク３を貫通するタンク壁貫通部２９を介してタンク３外に引き出されており、一方の端部は位相変調子２８を介して第１のカプラ２３に接続され、他方の端部は第１のカプラ２３に直接接続されている。
【００４５】
この場合、タンク壁貫通部２９は、図３に示すように、ファイバ３１の周囲に金属層３２がコートされてなる金属コートファイバを用いて構成されており、タンク３の外壁３３に溶接されている。また、タンク壁貫通部２９の溶接部分の周囲は、絶縁物３４で包囲されている。そして、この絶縁物３４の形状は、タンク壁貫通部２９のファイバ３１に不均一な圧力が加わるように、楕円形とされている。具体的には、タンク壁貫通部２９は、このような不均一な圧力によって、ファイバ３１が９０°より十分大きな複屈折を起こすように構成されている。また、これに関連して、偏光子１７および偏光保持ファイバで構成された第１のカプラ２３は、このタンク壁貫通部２９において生じる上記のような９０°より十分大きな複屈折の複屈折軸に対して、その４５°方向に直線偏光が入射するように設定されている。
【００４６】
一方、位相変調子２８は、前述したように、センサ用ファイバ部２４を含むシングルモードファイバ２１の一端と第１のカプラ２３との間に設けられており、したがって、第１のカプラ２３とタンク壁貫通部２９の間に形成された２つの分岐路の一方に設けられている。この位相変調子２８は、導波路形の位相変調子であり、光に正弦形の位相変調を与えるように構成されている。なお、この光応用電流センサ２０以外の部分については、前記第１の実施の形態と基本的に同様に構成されているが、本実施の形態において、センサ出力信号処理部９は、同期検波回路を含んでいる。
【００４７】
以上のような図２に示す光応用電流センサ２０の動作原理は次の通りである。すなわち、スーパールミネセントダイオードからなる光源２２から発せられた光は、シングルモードファイバ２１を介して第２のカプラ２６を透過した後、ファイバ巻回形の偏光子２７を通り、偏光保持ファイバで構成された第１のカプラ２３によって二分割される。この２つの光のうち、第１の光は、まず、位相変調子２８に入射して正弦形の位相変調を受け、シングルモードファイバ２１の一端に結合し、次に、タンク壁貫通部２９を介して高圧導体４の周囲に巻回されたセンサ用ファイバ部２４に入射してこのセンサ用ファイバ部２４を伝播した後、他方のタンク壁貫通部２９を介して第１のカプラ２３に導かれ、この第１のカプラ２３を再び透過する。第１のカプラ２３で分岐された第２の光は、まず、シングルモードファイバ２１の他端に結合し、タンク壁貫通部２９を介して高圧導体４の周囲に巻回されたセンサ用ファイバ部２４に入射してこのセンサ用ファイバ部２４を伝播し、次に、他方のタンク壁貫通部２９を介して位相変調子２８に入射し、正弦形の位相変調を受けた後、第１のカプラ２３で前述した第１の光と干渉する。この干渉光は、偏光子２７を逆向きに透過した後、第２のカプラ２６を介してＡＰＤ素子からなる検出器２５に導かれ、この検出器２５において検出される。このように、本実施の形態において、第１のカプラ２３は、光源から導かれた光を分岐する第１の分岐手段と、センサ用ファイバ部２４を逆方向に伝播した２方向の光を再び結合する結合手段とを兼ねており、第２のカプラ２６は、結合した光を２つに分岐する第２の分岐手段に相当する。
【００４８】
［２−２．作用］
以上のような構成を有する第２の実施の形態の作用は次の通りである。
まず、光応用電流センサ２０のセンサ用ファイバ部２４は、そのループ内の高圧導体４内を流れる電流、すなわち、定格電流および事故電流によるファラデー効果を受ける。したがって、このファラデー効果による干渉光強度変化に基づいて、各光応用電流センサ２０によって高圧導体４を流れる電流を検出し、各光応用電流センサ２０からの各出力を、個別のセンサ出力信号処理部９を介して各比較検出装置に入力する。そして、このように複数点の電流値を比較することによって、キルヒホッフの法則および電流方向から地絡・短絡箇所を発見することができる。
【００４９】
この場合、本実施の形態においては、センサ出力信号処理部９に含まれた同期検波回路により、奇数変調周波数で同期検波することによって、余弦形の出力を得ることができる。すなわち、図２に示すように、センサ用ファイバ部２４のループの中心からはずれた位置に、位相変調子２８を挿入して正弦形の位相変調を与え、センサ用ファイバ２４に入射する右回り光（ＣＷ光）と左回り光（ＣＣＷ光）の電場をそれぞれＥCW、ＥCCW とした場合の、ファイバ用センサ２４を伝播し、ファラデー効果φｆ（＝ｎＶＩ）と、変調位相角ωｍ、変調度δでの位相変調を受けた各出力光の電場Ｅ´CW、Ｅ´CCW は、次の式（５）によって表すことができる。
【数５】
0003647531.tif 000005
なお、この式（５）において、τ1 、τ2 は、それぞれ、ＣＷ光、ＣＣＷ光が分岐してから位相変調子２８に入射するまでの時間であり、ωは光の位相角である。さらに、説明の簡略化の観点から、次の式（６）が成り立つものとすると、前記の式（５）は続く式（７）によって表される。
【数６】
0003647531.tif 000006
【数７】
0003647531.tif 000007
【００５０】
したがって、光出力Ｐは、次の式（８）に示すＰ1 によってほぼ表すことができる。
【数８】
0003647531.tif 000008
ここで、次の式（９）を用いて展開すると、光出力Ｐ1 は、続く式（１０）によって表される。
【数９】
0003647531.tif 000009
【数１０】
0003647531.tif 000010
なお、この式（１０）において、Ｊｎ（ｋ）は一次のベッセル関数である。
【００５１】
したがって、基本波成分をロックインアンプで同期検波すると、その出力Ｐωｍは、次の式（１１）によって表される。
【数１１】
0003647531.tif 000011
この式（１１）において、２Ｊ1 は、変調度δと遅延時間２αによって決まる定数であるため、検出出力は、ファラデー角の余弦に比例する。
【００５２】
また、光源のスペクトル幅（半値全幅）Δλと可干渉距離ｌc の関係は、光の中心波長をλとすると、次の式（１２）によって表される。
【数１２】
0003647531.tif 000012
したがって、前述したように、タンク壁貫通部２９でファイバ３１に不均一な圧力を与えて、光の２軸間に、この可干渉距離ｌc を超える光路差を与えることによって、光を非偏光化することができる。例えば、光源として使用されるスーパールミネセントダイオードの中心波長λ＝８３０ｎｍ、波長幅Δλ＝１７ｎｍとすると、可干渉距離ｌc は、上記の式（１２）から、４０μｍ、すなわち、４８波長となる。この場合には、４８×２πの位相差を与えることによって、タンク壁貫通部２９は非偏光素子として機能することになる。そして、このように、干渉光路中に非偏光素子を挿入することによって、ファイバの複屈折変化による干渉出力の可視度変化を防止できるため、安定した電流測定が可能となる。
【００５３】
［２−３．効果］
以上のように、本実施の形態の地絡・短絡事故検出装置７によれば、前記第１の実施の形態と同様に、光応用電流センサ２０によって検出された高圧導体４を流れる電流に基づいて、各スペーサ２により区切られたガスブロックのうち、地絡・短絡事故の発生したガスブロックを自動的に容易かつ短時間に検出することができる。したがって、前記第１の実施の形態と同様に、このような事故発生箇所の判定に続き、速やかにそのガス区分の修理や交換を行った後、速やかに再閉路することにより、再送電までの時間を従来に比べて大幅に短くすることができる。また、本実施の形態の光応用電流センサは、前記第１の実施の形態の光応用電流センサよりは部品点数が多いとはいえ、その構造は簡略であり、いずれの部品についても小型の部品を使用できるため、コンパクトに構成可能である。
【００５４】
特に、本実施の形態においては、電流の大きさのみでなく、その方向も検出できるため、２つの光応用電流センサの非分岐測定点の中央における地絡・短絡箇所の特定が可能となり、測定の自由度が大きくなる。また、前述したように、タンク壁貫通部における圧力による複屈折の影響を利用することによって、ファイバ入射光を非偏光化し、ファイバ複屈折変化による感度の変化を抑制することができるため、安定した電流値を得ることができる。さらに、カプラを二つ使うことによって二方向の伝播光のカプラ透過、エバネッセント結合の回数が同じになるため、カプラの条件変化があっても両回り光で相殺される構成となっている。したがって、カプラの振動や経年変化による条件変化に対しても、そのような条件変化の影響を受けることなく、長期に亘って、安定した地絡・短絡電流測定を行うことができる。
【００５５】
［３．他の実施の形態］
なお、本発明は、前記各実施の形態に限定されるものではなく、具体的な構成は適宜変更可能である。例えば、前記第２の実施の形態においては、第１の分岐手段である第１のカプラ２３によって分岐された光をタンク壁貫通部２９によって非偏光化したが、これに代えて、円偏光化手段を設けると共に、この円偏光手段と第１の分岐手段との間にタンク壁貫通部を設けることも可能であり、この場合には、センサ用ファイバ部に入射する光を円偏光化することにより、同様に複屈折変化による感度の変化を抑制することができる。
【００５６】
さらに、前記第２の実施の形態においては、位相変調子２８によって正弦波の位相変調を行うように構成したが、これに代えて、鋸形の位相変調を与えるように構成することも可能であり、この場合にも、同様に、電流の方向を測定することが可能となり、同様に、２つの光応用電流センサの測定点の中央における地絡・短絡箇所の特定が可能となる。さらにまた、第１、第２の分岐手段や結合手段を個別に設ける構成なども可能である。
【００５７】
なお、本発明の光応用電流センサは、地絡・短絡事故検出装置用として好適であるが、光変流器などの通常の電流センサとして使用することも同様に可能であり、その場合にも同様に高い電流測定精度を得ることができる。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の地絡・短絡故障検出装置によれば、ガス区分を行う複数のスペーサの各々に電流センサを設け、この複数の電流センサからの各出力を比較検出手段によって比較することにより、地絡・短絡事故の発生箇所を容易に判別することができる。このような地絡・短絡故障検出装置を使用することにより、ガス絶縁装置において地絡・短絡事故が発生した場合に、その地絡・短絡箇所を速やかに発見することができ、再送電までの時間を短くすることができる。
【００５９】
また、本発明の光応用電流センサは、センサ用ファイバを互いに逆方向に伝播した２つの光を重ね合わせて干渉させ、その干渉光を検出するように構成したことにより、高い測定精度で電流を測定することができ、小型・簡略に構成できるため、以上のような地絡・短絡事故検出装置に使用する電流センサとして好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による第１の実施の形態の地絡・短絡事故検出装置を示す図であり、（Ａ）は地絡・短絡事故検出装置を示す構成図、（Ｂ）は光応用電流センサを示す構成図。
【図２】本発明による第２の実施の形態の地絡・短絡事故検出装置において、特に、光応用電流センサを示す構成図。
【図３】図２のタンク壁貫通部を示す構成図。
【図４】従来の光応用電流センサの一例を示す構成図。
【符号の説明】
１：ガス絶縁装置
２：スペーサ
３：タンク
４：高圧導体
５：接地線
６：同相シャントバー
７：地絡・短絡事故検出装置
８：光応用電流センサ
９：センサ出力信号処理部
１０：比較検出装置
１１：シングルモードファイバ
１２：光源
１３：カプラ
１４：センサ用ファイバ部
１５：検出器
２１：シングルモードファイバ
２２：光源
２３：第１のカプラ
２４：センサ用ファイバ部
２５：検出器
２６：第２のカプラ
２７：偏光子
２８：位相変調子
２９：タンク壁貫通部
３１：ファイバ
３２：金属層
３３：外壁
３４：絶縁物
【図１】
0003647531.tif 000013
【図２】
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【図３】
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【図４】
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