(57)【要約】【課題】簡素且つ小型であり、耐雑音性を向上させることができる保護継電システムを提供する。【解決手段】保護継電システム１１０は、電路Ｌに流れる電流を検出する光センサ１１１と、光センサ１１１から出力される検出結果を用いて電路Ｌに係る電路の遮断を行う継電装置１１２とを備える。光センサ１１１と継電装置１１２とは光線路１１３により接続されており、継電装置１１２は、光センサ１１１から出力されて光線路１１３を介して入力される検出結果としての検出光信号を光電変換して所定の信号処理を行う信号処理部１２４を備える。【選択図】図１
2008154411.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出装置と、継電装置とを備える保護継電システムにおいて、
光センサからなる前記検出装置と、
前記検出装置と、前記継電装置とを接続する光線路と、
前記検出装置から送出される検出光信号の光電変換を行う信号処理部と、
を備えることを特徴とする保護継電システム。
【請求項２】
前記光センサは、測定対象に流れる電流によって生ずる磁界を検出することにより、前記測定対象を流れる電流を検出するセンサであることを特徴とする請求項１記載の保護継電システム。
【請求項３】
前記光センサは、測定対象に印加された電圧によって生ずる電界を検出することにより、前記測定対象に印加された電圧を検出するセンサであることを特徴とする請求項１記載の保護継電システム。
【請求項４】
前記継電装置は、光信号を射出する光源を備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の何れか一項に記載の保護継電システム。
【請求項５】
前記光線路は、前記検出光信号の伝搬とともに、前記光源から射出された前記光信号を前記光センサに伝搬することを特徴とする請求項４記載の保護継電システム。
【請求項６】
前記光センサは、分岐光学系を備えており、
前記光線路は前記分岐光学系で分岐された前記検出光信号の各々を個別に伝搬すること
を特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の保護継電システム。
【請求項７】
前記信号処理部は、前記光線路を介して入力される前記検出光信号の各々を電気信号に変換する第１、第２の光電変換素子と、
前記第１、第２の光電変換素子で変換された電気信号から直流成分及び交流成分をそれぞれ抽出し、前記交流成分を前記直流成分で規格化した変調度信号をそれぞれ求める規格化処理部と、
前記規格化処理部で得られた前記変調度信号の差を求めることにより平均化処理を行う平均化処理部と
を備えることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項４乃至請求項６の何れか一項に記載の保護継電システム。
【請求項８】
前記信号処理部は、前記光線路を介して入力される前記検出光信号を電気信号に変換する光電変換素子と、
前記光電変換素子で変換された電気信号から直流成分及び交流成分を抽出し、前記交流成分を前記直流成分で規格化した変調度信号を求める規格化処理部と、
を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の保護継電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電機、変圧器、電力線といった電気設備の電流もしくは電圧を検出して、設備の異常の有無を判定し、当該判定結果に基づいて異常状態にある電路などの遮断を行う保護継電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電力系統を構成する発電機、変圧器、電力線などの設備に発生した何らかの異常状態を検出し、その異常部分を高速に健全部分から分離して、その異常状態の波及を防いだり、異常状態の継続を阻止して設備の保護を行うことは、安定した電力供給や設備の保護を行う上では大変重要である。このような、電力系統を円滑に運用するための役割を、検出装置と継電装置とが担っている。
【０００３】
具体的には、設備の電気的な現象を検出装置が捉えて、その検出装置が送出する電気信号に基づいて継電装置が正常か、異常かを判定し、異常と判断した場合は、例えば、遮断器に開放指令を与えるなどして、系統の保護を図るのである。異常と判断する場合の例としては、例えば、過電流や、過電圧、電圧低下といった、設備の故障、破壊などによって生じる電気的な信号が検出された場合などが挙げられる。
【０００４】
このように、継電装置は電力供給の信頼性を確保するために大変重要な役目を担う。検出装置と継電装置の全体を総称して、保護継電システム（保護リレーシステム）と呼ぶ。
【０００５】
継電装置に要求される性能としては、例えば、事故除去を行うための継電装置の場合は、系統事故発生に際して確実な動作が求められる。すなわち、動作の高速性と弁別性能の両立、動作信頼度と不動作の信頼度の両立とが求められる。
【０００６】
図１０および１１は、電路の電流や電圧を検出するために利用される従来の保護継電システムのブロック図の例である。従来の保護継電システム４１０、５１０は、設備（この例の場合は電路Ｌ）に配置された計器用変流器４１１もしくは、計器用変圧器５１１と、継電装置４１２、５１２とを備えており、これらは同軸ケーブル等の接続線４１３、５１３により接続されている。
【０００７】
例えば図１０の場合、計器用変流器４１１は、電路Ｌを流れる電流を検出する。具体的には、電流の変化による磁束の変化に起因して生ずる電流を計器用変流器の二次側に出力する。通常、この二次電流は、電気設備が定格電流となっている時に１Ａまたは５Ａとなるように調整している。
【０００８】
例えば図１１の場合は、計器用変圧器５１１は、電路Ｌに印加されている電圧を検出する。通常、計器用変圧器の二次側の出力電圧は、電路Ｌへの印加電圧が定格電圧であるときに出力が１１０ボルトとなるよう調整している。
【０００９】
接続線４１３、５１３は、計器用変流器４１１または計器用変圧器５１１（以下、総称して「計器用変成器」という）の二次側に現れる電流もしくは電圧（検出信号）を継電装置４１２、５１２に伝送する。継電装置４１２、５１２は、変成器４０１、５０１、Ａ／Ｄ変換器４２５、５２５、及びＣＰＵ（中央処理装置）４２６、５２６を備えている。変成器４０１、５０１は、一次側が接続線４１３、５１３に接続されており、接続線４１３、５１３を介して入力される電気信号（電流または電圧）をより低い電気信号に変換して二次側から出力する。Ａ／Ｄ変換器４２５、５２５は変成器４０１、５０１で変換されて変成器４０１、５０１の二次側から出力される電気信号に対して、標本化及び量子化を行ってディジタル信号に変換する。ＣＰＵ４２６、５２６は、Ａ／Ｄ変換器４２５、５２５から出力されるディジタル信号を用いて電路Ｌの電流もしくは電圧を求め、過電流や過電圧等の設備の異常の有無を判定し、異常と判定した場合には過電流等の異常状態の波及や継続を防止するため電路Ｌに係る遮断器を動作させる制御等を行う。
【００１０】
計器用変流器には、巻線形、貫通形、ブッシング形がある。また、計器用変圧器には、巻線形やコンデンサ形がある。
【００１１】
また、近年においては、上述した巻線形などの計器用変成器４１１、５１１に替わるセンサとして、ファラデー効果を利用した光電流センサ、及びポッケルス効果を利用した光電圧センサの研究開発が進められている。
【００１２】
以下の特許文献１には、過電流継電器の動作状態を示す表示器の近傍に光ファイバを配置するとともに、光ファイバを伝播した光の色を判別する色センサを備えることで、過電流継電器から離れた遠方の場所において事故情報を知り得るようにした装置が開示されている。以下の特許文献２には、透過型光ファイバセンサを用いた電路の電流を測定する装置が開示されている。以下の特許文献３には、反射型光ファイバセンサおよび透過型光ファイバセンサを用いた電路の電流を測定する装置が開示されている。更に、以下の特許文献４には、光センサを用いた電路の電圧を測定する装置が開示されている。
【特許文献１】特開平６−２９５６５３号公報
【特許文献２】特開２０００−１７１６５９号公報
【特許文献３】ＷＯ２００３／０７５０１８再公表特許
【特許文献４】特開平７−８３９６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところで、前述した従来の保護継電システムにおいては、計器用変成器４１１、５１１を用いて、設備の電流や電圧を検出した信号は、導電材質からなる接続線４１３、５１３によって、継電装置４１２、５１２へ伝送されている。接続線４１３、５１３は導電材質からなるために、雷サージ電流、開閉サージ電流や、近接する別の設備の異常状態など、監視を行っている設備以外の電気信号の影響を受けやすい。そして、この電気信号がもたらす雑音信号のために、継電装置が誤動作したり、継電装置が故障してしまうという問題があった。
【００１４】
また、計器用変成器４１１、５１１そのものが導電性である場合は、計器用変成器へも外部からの電気信号が影響し、継電装置が誤動作したり、継電装置が故障してしまうという問題があった。
【００１５】
更に、大きい雑音信号が保護継電器に入力された場合を想定して、装置の保護を図るために、変成器１１１の一次側に非直線性抵抗素子（バリスタ）４２７（４２７ａ，４２７ｂ）、５２７（５２７ａ，５２７ｂ）を介して接地する構造を設けるため、回路が複雑化し、部品点数が多くなるという問題もあった。
【００１６】
また、計器用変成器４１１、５１１が導電性の材料で構成されず、上述の光電流センサ、光電圧センサ等の光センサである場合でも問題がある。これらの光センサは、センサ素子、光ファイバ等の光学系部品、光源、信号処理部などを構成する電子回路等からなる。この光センサを上記の巻線変成器４１１、５１１の代替として用いるには、光センサからの出力信号（電気信号）を継電装置４１２、５１２に、やはり導電性の接続線４１３、５１３によって接続して伝送する必要がある。
【００１７】
更に、かかる構成にすると、継電装置４１２、５１２以外に光センサの筐体を設置するスペースが必要になるとともに、構成が複雑になって継電装置の使い勝手が悪くなるという問題がある。また、光センサを用いることでセンサ部へのサージ等の影響を排除するという利点があるものの、接続線４１３、５１３から雑音が侵入する虞が依然としてある。よって、接続線４１３、５１３が導電性であるがゆえの問題点は解消できず、雑音によって継電装置の誤動作が生じてしまう問題がある。
【００１８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、簡素且つ小型であり、耐雑音性を向上させることができる保護継電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するために、本発明の保護継電システムは、測定対象（たとえば、設備の一つである電路Ｌ）の電気的な現象を検出する検出装置と、当該検出装置から出力される検出結果を用いて前記設備への電気的な接続を遮断させるための制御を行う継電装置（１１２、２１２、３１２）とを備える保護継電システム（１１０、２１０、３１０）において、
前記検出装置は光センサからなり、
前記検出装置と前記継電装置とは光線路（１１３、２１３、３１３）により接続され、
前記継電装置は、前記光センサから出力されて前記光線路を介して入力される前記検出結果としての検出光信号を光電変換して所定の信号処理を行う信号処理部（１２４、２２４、３２４）を備えることを特徴としている。
【００２０】
この発明によると、光センサから出力された検出光信号は光線路によって継電装置に伝送され、継電装置に設けられた信号処理部によって光電変換されて所定の信号処理が行われる。
【００２１】
また、本発明の保護継電システムは、前記光センサが、前記測定対象に流れる電流によって生ずる磁界を検出することにより、前記測定対象を流れる電流を検出するセンサであることを特徴としている。
【００２２】
また、本発明の保護継電システムは、前記光センサが、前記測定対象に印加されている電圧によって生ずる電界を検出することにより、前記測定対象の電圧を検出するセンサであることを特徴としている。
【００２３】
また、本発明の保護継電システムは、前記継電装置が、前記光センサで前記電流の検出に用いる光信号を射出する光源（１２１、２２１、３２１）を備えており、前記光線路は、前記検出光信号の伝搬とともに、前記光源から射出された前記光信号を前記光センサに伝搬することを特徴としている。
【００２４】
また、本発明の保護継電システムは、前記光センサが、前記検出光信号をその光学特性に応じた分岐比で分岐する分岐光学系（１１１ｃ、２１１ｃ、３１１ｃ）を備えており、前記光線路は前記分岐光学系で分岐された前記検出光信号の各々を個別に、もしくは、その一つを個別に伝搬することを特徴としている。
【００２５】
更に、本発明の保護継電システムは、前記信号処理部が、前記光線路を介して入力される前記検出光信号の各々を電気信号に変換する第１、第２の光電変換素子（１３１、１３２、２３１、２３２）と、前記第１、第２の光電変換素子で変換された電気信号から直流成分及び交流成分をそれぞれ抽出し、前記交流成分を前記直流成分で規格化した変調度信号をそれぞれ求める規格化処理部（１３３）と、前記規格化処理部で得られた前記変調度信号の差を求めることにより平均化処理を行う平均化処理部（１３４）とを備えることを特徴としている。
【００２６】
また、本発明の保護継電システムは、前記信号処理部が、前記光線路を介して入力される前記検出光信号を電気信号に変換する第１の光電変換素子（３３１）と、前記第１の光電変換素子で変換された電気信号から直流成分及び交流成分をそれぞれ抽出し、前記交流成分を前記直流成分で規格化した変調度信号をそれぞれ求める規格化処理部（３３３）とを備えることを特徴としている。
【００２７】
更に、本発明の保護継電システムは、前記信号処理部が、前記規格化処理部（３３３）の信号に対して、入出力変換比の調整を行う出力調整回路（３３８）を備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、光センサから出力された検出光信号を光線路によって継電装置に伝送し、継電装置に設けられた信号処理部によって光電変換して所定の信号処理を行っているため、簡易な構成の光センサ、光線路、及び継電装置から保護継電システムを構成することができる。そのため、保護継電システムを簡素且つ小型にすることができるという効果がある。また、光センサの検出結果（検出光信号）を光線路を介して継電装置の信号処理部に伝送しているため、耐雑音性を向上させることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態による保護継電システムについて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態による保護継電システムの概略構成を示すブロック図である。図１に示す通り、本実施形態の保護継電システム１１０は、電路Ｌの周囲に配置された光センサ１１１と継電装置１１２とを備えており、これらは光線路１１３により接続されている。
【００３０】
光センサ１１１は、電路Ｌに流れる電流を検出するセンサである。具体的には、電路Ｌを流れる電流によって生ずる磁界を検出することにより電路Ｌを流れる電流を検出する。ここで、光センサ１１１で磁界を検出することにより電路Ｌを流れる電流を検出する場合には、ファラデーセンサ素子を備えた光センサ１１１を用いる。
【００３１】
図２は、ファラデーセンサ素子の原理を説明するための図である。図２において符号１１ａを付した円柱棒状の透明部材がファラデーセンサ素子であり、例えば光弾性定数が極めて小さな鉛ガラスを用いて形成されている。このファラデーセンサ素子１１ａの軸方向（長手方向）に対して交差する方向に電流ｉが流れており、この電流ｉによってファラデーセンサ素子１１ａの軸方向に沿う方向に磁界Ｈが生じているとする。
【００３２】
かかる状態のファラデーセンサ素子１１ａの一端から光Ｌｉが入射すると、この光Ｌｉはファラデーセンサ素子１１ａ中を伝播する間にファラデー効果により偏波面が回転し、偏波面がファラデー回転角θＦだけ回転した状態で他端から射出される。ファラデー回転角θＦは磁界Ｈの大きさに比例することから、ファラデー回転角θＦを測定することにより、磁界Ｈの発生源である電路Ｌを流れる電流の大きさを検出することができる。
【００３３】
ここで、電流ｉを検出するために、ファラデーセンサ素子１１ａの他端から射出された光Ｌｉのファラデー回転角θＦを測定しても良い。このようなタイプの光電流センサを、透過型光電流センサという（図６参照）。また、ファラデーセンサ素子１１ａの他端から射出された光Ｌｉを反射型の光学系１１１ｂ（図３参照）で反射して、再度ファラデーセンサ素子１１ａを通過させた後の光Ｌｉのファラデー回転角θＦ（実際は光が反射して往復するため２θＦ）を測定するようにしても良い。このようなタイプの光電流センサを、反射型光電流センサという。反射型光電流センサを用いた方が、光センサを小型化且つフレキシブルな構成とすることができるので好ましい。
【００３４】
尚、光センサ１１１（図３参照）、２１１（図６参照）は、上述のファラデーセンサ素子１１ａ（反射形光電流センサを用いる場合は、ファラデーセンサ素子１１１ａ及び反射型の光学系１１１ｂ）以外に、ファラデーセンサ素子１１ａを介した光Ｌｉを、ファラデー回転角θＦ（反射形光電流センサを用いる場合は２θＦ）に応じた比率で分岐する分岐光学系１１１ｃ（図３参照）、２１１ｃ（図６参照）も備えている。
【００３５】
図１に示す通り、継電装置１１２は、光源１２１、可変減衰器１２２、サーキュレータ１２３、信号処理部１２４、Ａ／Ｄ変換器１２５、及びＣＰＵ（中央処理装置）１２６を備えており、光センサ１１１の検出結果を用いて電路Ｌに係る電路（図示省略）の遮断を必要に応じて行う。より具体的には、電気的な接続を遮断するべく、遮断器や開閉器を動作させるような制御を行ったり、そのための信号を発信する。光源１２１は、光センサ１１１で電路Ｌを流れる電流の検出に用いる光信号を射出するものであり、例えば０．６μｍ帯、０．８μｍ帯、１．５μｍ帯といったレーザ光を射出する半導体レーザ光源を用いる。可変減衰器１２２は、光源１２１から射出された光信号を調整して所定の光強度に設定するものである。
【００３６】
サーキュレータ１２３は、光源１２１から射出され、可変減衰器１２２を介した光信号を光線路１１３（１１３ａ）に入射させるとともに、光センサ１１１から出力されて光線路１１３（１１３ａ）を介した検出光信号を信号処理部１２４に導くものである。尚、図１に示す通り、光センサ１１１と継電装置１１２とを接続する光線路１１３は、２本の光線路１１３ａ，１１３ｂからなる。
【００３７】
ここで、保護継電システム１１０の光学系の構成について、より具体的に説明する。図３は、保護継電システム１１０の光学系の具体的構成を示す図である。図３に示す通り、光源１２１は、直接、もしくは可変減衰器１２２（図３においては不図示）を介して、光コネクタＣ１１に接続されている。また、信号処理部１２４に設けられた一方のフォトダイオード（ＰＤ：光電変換素子）１３１は光コネクタＣ１２に接続され、他方のフォトダイオード１３２は光コネクタＣ１３に接続されている。光コネクタＣ１１とサーキュレータ１２３とは光線路（光ファイバ）Ｆ１１により接続されている。光コネクタＣ１２とサーキュレータ１２３とは光ファイバＳ１１により接続されている。
【００３８】
サーキュレータ１２３は、光線路１１３ａが接続される光コネクタＣ１４と、光ファイバＦ１２により接続されている。光コネクタＣ１３は、光線路１１３ｂが接続される光コネクタＣ１５と、光ファイバＳ１３により接続されている。これら、光線路１１３ａ，１１３ｂは、光センサ１１１に設けられた分岐光学系１１１ｃに接続されている。分岐光学系１１１ｃは、偏光子と検光子とを兼ねる動作も行う。分岐光学系１１１ｃは、回転ファラデー素子、回転ファラデー素子に磁界を与えるマグネット、レンズ、複屈折体などからなる（図示省略）。複屈折体は、光源１２１から射出された光の偏波面方位が、光センサの置かれた座標系の垂直方向の座標軸に対して一定の角度（概ね２２．５°）に傾くように設定される。
【００３９】
以上の構成において、光源１２１から射出された光は、不図示の可変減衰器１２２（省略も可能）、光コネクタＣ１１、及び光ファイバＦ１１を順に介してサーキュレータ１２３に入射し、次いで光ファイバＦ１２及び光コネクタＣ１４を介して光線路１１３ａ中を伝播して光センサ１１１に入射する。光センサ１１１に入射した光は、分岐光学系１１１ｃを介してファラデーセンサ素子１１１ａを通過し、反射型の光学系１１１ｂで反射されてファラデーセンサ素子１１１ａを逆向きに通過して分岐光学系１１１ｃに再入射する。分岐光学系１１１ｃに再入射した光は、直交する２成分に分離され、光線路１１３ａ，１１３ｂに入射する。
【００４０】
ここで、仮に電路Ｌに電流が流れていない場合には、光がファラデーセンサ素子１１１ａを通過してもその偏波面は回転しない。このため、分岐光学系１１１ｃに再入射した光は２成分の光量がそれぞれ等しくなるよう分岐される。これに対し、電路Ｌに電流が流れている場合には、光がファラデーセンサ素子１１１ａを通過する際に、電路Ｌを流れる電流に起因して生ずる磁界により偏波面が回転するため、分岐光学系１１１ｃに再入射した光の偏波面はファラデー回転角２θＦだけ回転している。このため、分岐光学系１１１ｃに再入射した光はファラデー回転角２θＦに応じた比率で分岐される。尚、分岐光学系１１１ｃで分岐された分岐光が検出光信号である。
【００４１】
分岐光学系１１１ｃで分岐された検出光信号の一方は光線路１１３ａに入射し、他方は光線路１１３ｂに入射して個別に伝搬される。光線路１１３ａを介した検出光信号は、光コネクタＣ１４及び光ファイバＦ１２を順に介してサーキュレータ１２３に入射し、次いで光ファイバＳ１１及び光コネクタＣ１２を順に介して信号処理部１２４に設けられたフォトダイオード１３１で受光される。また、光線路１１３ｂを介した検出光信号は、光コネクタＣ１５、光ファイバＳ１２、及び光コネクタＣ１３を順に介して信号処理部１２４に設けられたフォトダイオード１３２で受光される。
【００４２】
信号処理部１２４は、光センサ１１１から出力されて光線路１１３を介して入力される検出光信号を光電変換して所定の信号処理を行う。図４は、信号処理部１２４の構成を示すブロック図である。図４に示す通り、信号処理部１２４は、２つのフォトダイオード１３１，１３２、規格化処理部１３３、及び平均化処理部１３４を備える。前述した通り、フォトダイオード１３１は光線路１１３ａを介した検出光信号を受光し、フォトダイオード１３２は光線路１１３ｂを介した検出光信号を受光する。
【００４３】
規格化処理部１３３は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１３５ａ，１３５ｂ、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１３６ａ，１３６ｂ、及び除算器１３７ａ，１３７ｂを備える。バンドパスフィルタ１３５ａは、フォトダイオード１３１から出力される電気信号から交流成分を抽出する。また、ローパスフィルタ１３６ａは、フォトダイオード１３１から出力される電気信号から直流成分を抽出する。
【００４４】
同様に、バンドパスフィルタ１３５ｂはフォトダイオード１３２から出力される電気信号から交流成分を抽出し、ローパスフィルタ１３６ｂはフォトダイオード１３２から出力される電気信号から直流成分を抽出する。除算器１３７ａは、バンドパスフィルタ１３５ａで抽出された交流成分をローパスフィルタ１３６ａで抽出された直流成分で除算することにより、交流成分を直流成分で規格化した変調度信号を求める。同様に、除算器１３７ｂは、バンドパスフィルタ１３５ｂで抽出された交流成分をローパスフィルタ１３６ｂで抽出された直流成分で除算することにより、交流成分を直流成分で規格化した変調度信号を求める。
【００４５】
平均化処理部１３４は、極性反転器１３８と加算器１３９とを備えており、規格化処理部１３３で得られた変調度信号の差を求めることにより平均化処理を行う。極性反転器１３８は、規格化処理部１３３の除算器１３７ｂで得られた変調度信号の極性を反転する。加算器１３９は、規格化処理部１３３の除算器１３７ａで得られた変調度信号と除算器１３７ｂから出力され、極性反転器１３８で極性が反転された変調度信号とを加算する。以上の処理により、平均化処理が行われ、かかる平均化処理を行うことにより、光学バイアス変動の影響を低減することができる。
【００４６】
Ａ／Ｄ変換器１２５は信号処理部１２４から出力される信号に対して標本化及び量子化を行ってディジタル信号に変換する。ＣＰＵ１２６は、Ａ／Ｄ変換器１２５から出力されるディジタル信号を用いて電路Ｌに流れる電流を求め、過電流等の異常の有無を判定し、異常と判定した場合には過電流等を防止するため電路Ｌに係る電路を遮断する制御等を行う。
【００４７】
図１に示す保護継電システム１１０の光学系を介した検出光信号が信号処理部１２４に入射すると、フォトダイオード１３１，１３２でそれぞれ受光される。フォトダイオード１３１から出力された電気信号は、バンドパスフィルタ１３５ａ及びローパスフィルタ１３６ａに入力されて交流成分及び直流成分がそれぞれ抽出される。同様に、フォトダイオード１３２から出力された電気信号は、バンドパスフィルタ１３５ｂ及びローパスフィルタ１３６ｂに入力されて交流成分及び直流成分がそれぞれ抽出される。
【００４８】
バンドパスフィルタ１３５ａ及びローパスフィルタ１３６ａで抽出された交流成分及び直流成分は、除算器１３７ａに入力され、交流成分が直流成分で規格化されて変調度信号が求められる。同様に、バンドパスフィルタ１３５ｂ及びローパスフィルタ１３６ｂで抽出された交流成分及び直流成分は、除算器１３７ｂに入力され、交流成分が直流成分で規格化されて変調度信号が求められる。除算器１３７ｂで求められた変調度信号は極性反転器１３８で極性反転された後に、加算器１３９で除算器１３７ａで求められた変調度信号と加算される。これにより、平均化処理が行われる。
【００４９】
平均化処理が行われた変調度信号はＡ／Ｄ変換器１２５でディジタル信号に変換されてＣＰＵ１２６に入力される。ＣＰＵ１２６は、Ａ／Ｄ変換器１２５から出力されるディジタル信号を用いて電路Ｌに流れる電流を求め、過電流等の異常の有無を判定し、異常と判定した場合には、例えば、過電流等を防止するため電路Ｌに係る電路を遮断する制御等を行う。
【００５０】
以上説明した通り、本実施形態によれば、光センサ１１１から出力されて光線路１１３を介して入力される検出光信号を光電変換して所定の信号処理を行う信号処理部１２４を継電装置１１２に設けている。このため、簡易な構成の光センサ１１１、光線路１１３、及び継電装置１１２から保護継電システム１１０を構成することができ、保護継電システム１１０を簡素且つ小型にすることができる。また、本実施形態によれば、光センサ１１１の検出結果（検出光信号）を光線路１１３を介して継電装置１１２の信号処理部１２４に伝送しているため、耐雑音性を向上させることができる。その結果、保護継電システムの弁別性能を向上させるとともに、動作や不動作の信頼度の向上が実現できる。これは、電力系統の円滑な運用を行ううえで、重要な役割を担う効果といえる。更に、継電装置内の素子や回路を、過電流や過電圧から電気的に保護するために設けていた非直線性抵抗素子の省略化や小型化も可能となる。
【００５１】
次に、本発明の別の実施形態による保護継電システムについて説明する。図５は、本発明の別の実施形態による保護継電システムの概略構成を示すブロック図である。図５に示す通り、本実施形態の保護継電システム２１０は、電路Ｌの近傍に配置され、又は電路Ｌの周囲に配置された光センサ２１１と継電装置２１２とを備えており、これらは光線路２１３により接続されている。
【００５２】
以下、図面を参照して本発明の別の実施形態による保護継電システムについて詳細に説明する。
【００５３】
光センサ２１１は、電路Ｌに流れる電流を検出するセンサであって、ファラデーセンサ素子を用いる。
【００５４】
継電装置２１２は、光源２２１、可変減衰器２２２（省略可能）、信号処理部２２４、Ａ／Ｄ変換器２２５、及びＣＰＵ（中央処理装置）２２６を備えており、光センサ２１１の検出結果を用いて電路Ｌに係る電路（図示省略）の遮断を行う。
【００５５】
図５に示す通り、光センサ２１１と継電装置２１２とを接続する光線路２１３は、３本の光ファイバ２１３ａ、２１３ｂ、２１３ｃからなる。
【００５６】
ここで、保護継電システム２１０の光学系の構成についてより具体的に説明する。図６は、保護継電システム２１０の光学系の具体的構成を示す図である。図６に示す通り、光源２２１は、直接、もしくは可変減衰器２２２（図６においては不図示）を介して、光コネクタＣ２１に接続されている。また、信号処理部２２４に設けられたフォトダイオード（ＰＤ：光電変換素子）２３１は光コネクタＣ２２に接続され、他方のフォトダイオード２３２は光コネクタＣ２３に接続されている。
【００５７】
光コネクタＣ２１は、光ファイバ２１３ａが接続される光コネクタＣ２４と光ファイバＦ２１により接続されている。光コネクタＣ２２は、光ファイバ２１３ｃが接続される光コネクタＣ２６と光ファイバＳ２３により接続されている。光コネクタＣ２３は、光ファイバ２１３ｂが接続される光コネクタＣ２５と光ファイバＳ２２により接続されている。光ファイバ２１３ａは、光センサ２１１に設けられた光コネクタＣ２７に、また、光ファイバ２１３ｂ、２１３ｃは、光センサ２１１に設けられた分岐光学系２１１ｃに接続されている。
【００５８】
以上の構成において、光源２２１から射出された光は、不図示の可変減衰器２２２（省略も可能）、光コネクタＣ２１、及び光ファイバＦ２１及び光コネクタＣ２４を介して光ファイバ２１３ａ中を伝播して光センサ２１１に入射する。光センサ２１１に入射した光は、偏光子２１１ｄを介してファラデーセンサ素子２１１ａを通過して分岐光学系２１１ｃに入射する。ここで、分岐光学系２１１ｃは、前述した実施例における分岐光学系１１１ｃと異なり、偏光子の動作は兼ねていない。偏光子は、光源２２１から射出された光の偏波面方位が、センサの置かれた座標系の垂直方向の座標軸に対して一定の角度（概ね４５°）に傾くように設定される。分岐光学系２１１ｃに入射した光は、分岐光学系２１１ｃに内在する複屈折体（検光子）によって、直交する２成分に分離され、光ファイバ２１３ｂ、２１３ｃに入射する。
【００５９】
ここで、仮に電路Ｌに電流が流れていない場合には、光がファラデーセンサ素子２１１ａを通過してもその偏波面は回転しない。このため、分岐光学系２１１ｃに入射した光は光量が等しくなるよう分岐される。これに対し、電路Ｌに電流が流れている場合には、光がファラデーセンサ素子２１１ａを通過する際に、電路Ｌを流れる電流に起因して生ずる磁界により偏波面が回転するため、分岐光学系２１１ｃに入射した光の偏波面はファラデー回転角θＦだけ回転している。このため、分岐光学系２１１ｃに入射した光はファラデー回転角θＦに応じた比率で分岐される。尚、分岐光学系２１１ｃで分岐された分岐光が検出光信号である。
【００６０】
分岐光学系２１１ｃで分岐された検出光信号の一方は光ファイバ２１３ｂに入射し、他方は光ファイバ２１３ｃに入射して個別に伝搬される。光ファイバ２１３ｂを介した検出光信号は、光コネクタＣ２５、光ファイバＳ２２、及び光コネクタＣ２３を順に介して信号処理部２２４に設けられたフォトダイオード２３２で受光される。また、光ファイバ２１３ｃを介した検出光信号は、光コネクタＣ２６、光ファイバＳ２３、及び光コネクタＣ２２を順に介して信号処理部２２４に設けられたフォトダイオード２３１で受光される。
【００６１】
信号処理部２２４は、光センサ２１１から出力されて光線路２１３を介して入力される検出光信号を光電変換して所定の信号処理を行う。その回路および処理は、反射型光ファイバセンサの場合と同様である（図４参照）。
【００６２】
図５に示す保護継電システム２１０の光学系を介した検出光信号が信号処理部２２４に入射すると、フォトダイオード２３１，２３２でそれぞれ受光される。フォトダイオード２３１から出力された電気信号は、バンドパスフィルタ１３５ａ及びローパスフィルタ１３６ａに入力されて交流成分及び直流成分がそれぞれ抽出される。同様に、フォトダイオード２３２から出力された電気信号は、バンドパスフィルタ１３５ｂ及びローパスフィルタ１３６ｂに入力されて交流成分及び直流成分がそれぞれ抽出される。
【００６３】
バンドパスフィルタ１３５ａ及びローパスフィルタ１３６ａで抽出された交流成分及び直流成分は、除算器１３７ａに入力され、交流成分が直流成分で規格化されて変調度信号が求められる。同様に、バンドパスフィルタ１３５ｂ及びローパスフィルタ１３６ｂで抽出された交流成分及び直流成分は、除算器１３７ｂに入力され、交流成分が直流成分で規格化されて変調度信号が求められる。除算器１３７ｂで求められた変調度信号は極性反転器１３８で極性反転された後に、加算器１３９で除算器１３７ａで求められた変調度信号と加算される。これにより、平均化処理が行われる。
【００６４】
平均化処理が行われた変調度信号はＡ／Ｄ変換器２２５でディジタル信号に変換されてＣＰＵ２２６に入力される。ＣＰＵ２２６は、Ａ／Ｄ変換器２２５から出力されるディジタル信号を用いて電路Ｌに流れる電流を求め、過電流等の異常の有無を判定し、異常と判定した場合には、例えば、過電流等を防止するため電路Ｌに係る電路を遮断する制御等を行う。
【００６５】
以上説明した通り、本実施形態によれば、光センサ２１１から出力されて光線路２１３を介して入力される検出光信号を光電変換して所定の信号処理を行う信号処理部２２４を継電装置２１２に設けている。このため、簡易な構成の光センサ２１１、光線路２１３、及び継電装置２１２から保護継電システム２１０を構成することができ、保護継電システム２１０を簡素且つ小型にすることができる。また、本実施形態によれば、光センサ２１１の検出結果（検出光信号）を光線路２１３を介して継電装置２１２の信号処理部２２４に伝送しているため、耐雑音性を向上させることができる。その結果、保護計電システムの弁別性能を向上させるとともに、動作や不動作の信頼度の向上が実現できる。これは、電力系統の円滑な運用を行ううえで重要な役割を担う効果といえる。更に、継電装置内の素子や回路を、過電流や過電圧から電気的に保護するために設けていた非直線性抵抗素子の省略化や小型化も可能となる。
【００６６】
次に、本発明の別の実施形態による保護継電システムについて説明する。図７は、本発明の別の実施形態による保護継電システムの概略構成を示すブロック図である。図７に示す通り、本実施形態の保護継電システム３１０は、電路Ｌの近傍に配置され、又は電路Ｌの周囲に配置された光センサ３１１と継電装置３１２とを備えており、これらは光線路３１３により接続されている。
【００６７】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態による保護継電システムについて詳細に説明する。
【００６８】
光センサ３１１は、電路Ｌに印加されている電圧を検出するセンサである。具体的には、電路Ｌに印加された電圧（実際には、分圧器によって分圧された電圧）によって生ずる電界を検出することにより電路Ｌに印加されている電圧を検出する。ここで、光センサ３１１で電界を検出することにより電路Ｌに印加された電界を検出する場合には、ポッケルスセンサ素子を備えた光センサ３１１を用いることができる。
【００６９】
ポッケルスセンサ素子は、印加される電界の強度を光強度に変換し、この光強度から電圧の測定をするものであり、このような電気光学結晶としては、Ｂｉ１２、ＧｅＯ２０、Ｂｉ１２Ｏ２０、Ｂｉ１２ＳｉＯ２０などの旋光性を有するものが利用される。
【００７０】
継電装置３１２は、光源３２１、可変減衰器３２２（省略可能）、信号処理部３２４、Ａ／Ｄ変換器３２５、及びＣＰＵ（中央処理装置）３２６を備えており、光センサ３１１の検出結果を用いて電路Ｌに係る電路（図示省略）を必要に応じて遮断する。
【００７１】
図７に示す通り、光センサ３１１と継電装置３１２とを接続する光線路３１３は、２本の光ファイバ３１３ａ，３１３ｃからなる。
【００７２】
ここで、保護継電システム３１０の光学系の構成についてより具体的に説明する。図８は、保護継電システム３１０の光学系の具体的構成を示す図である。図８に示す通り、光源３２１は、直接、もしくは可変減衰器３２２（図８においては不図示）を介して、光コネクタＣ３１に接続されている。また、信号処理部３２４に設けられたフォトダイオード（ＰＤ：光電変換素子）３３１は光コネクタＣ３２に接続されている。
【００７３】
光コネクタＣ３１は、光ファイバ３１３ａが接続される光コネクタＣ３４と光ファイバＦ３１により接続されている。光コネクタＣ３２は、光ファイバ３１３ｃが接続される光コネクタＣ３６と、光ファイバＳ３３により接続されている。光ファイバ３１３ａは、光センサ３１１に設けられた光コネクタＣ３７に、また、光ファイバ３１３ｃは、光センサ３１１に設けられた光コネクタＣ３８に接続されている。
【００７４】
以上の構成において、光源３２１から射出された光は、不図示の可変減衰器３２２（省略も可能）、光コネクタＣ３１、及び光ファイバＦ３１及び光コネクタＣ３４を介して光ファイバ３１３ａ中を伝播して光センサ３１１に入射する。光センサ３１１に入射した光は、偏光子３１１ｄ、１／４波長板３１１ｅ、ポッケルスセンサ素子３１１ａを通過して、分岐光学系（検光子）３１１ｃに入射する。ポッケルスセンサ素子３１１ａの両端にはリード線３１１ｆおよび３１１ｇを介して測定対象の電圧が印加される。なお、電路Ｌが高電圧である場合は、分圧器３４０の出力によって得られる光の強度変化を測定し、分圧比等を考慮した演算を行うことで、実際の測定対象（例えば電路Ｌ）の印加電圧が測定される。
【００７５】
ここで、仮に電路Ｌに電圧が印加されていない場合には、光がポッケルスセンサ素子３１１ａを通過しても屈折率は変化しない。このため、検光子３１１ｃに入射した光は、光コネクタＣ３８および光ファイバ３１３ｃを介してすべてフォトダイオード３３１に受光される（光線路損失がないとした場合）。これに対し、電路Ｌに電圧が印加されている場合には、光がポッケルスセンサ素子３１１ａを通過する際に、電路Ｌの電圧に起因して生ずる電界により、光の屈折率が変化する。検光子３１１ｃに入射した光は、光の屈折率の変化に応じた比率で分岐される。尚、検光子３１１ｃで電界の強度に応じて分岐された分岐光が検出光信号である。光の強度は、電界の強度に応じて変化することになる。
【００７６】
分岐光学系３１１ｃで分岐された検出光信号は光ファイバ３１３ｃに入射して伝搬される。光ファイバ３１３ｃを介した検出光信号は、光コネクタＣ３６、光ファイバＳ３３、及び光コネクタＣ３２を順に介して信号処理部３２４に設けられたフォトダイオード３３１で受光される。
【００７７】
信号処理部３２４は、光センサ３１１から出力されて光線路３１３を介して入力される検出光信号を光電変換して所定の信号処理を行う。図９は、信号処理部３２４の構成を示すブロック図である。図９に示す通り、信号処理部３２４は、１つのフォトダイオード３３１、規格化処理部３３３、及び出力調整回路３３８を備える。なお、出力調整回路３３８はなくてもよい。また、フォトダイオード３３１と規格化処理部３３３との間に増幅回路を設けてもよい。前述した通り、フォトダイオード３３１は光ファイバ３１３ｃを介した検出光信号を受光する。
【００７８】
規格化処理部３３３は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）３３５、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）３３６、及び除算器３３７を備える。バンドパスフィルタ３３５は、フォトダイオード３３１から出力される電気信号から交流成分を抽出する。ここで、フォトダイオード３３１から出力される電気信号の交流成分は、光源３２１から射出された光が電路Ｌに印加された電圧（高電圧の場合は、分圧器の出力電圧）によって発生する電界に比例して変調された成分である。また、ローパスフィルタ３３６は、フォトダイオード３３１から出力される電気信号から直流成分を抽出する。
【００７９】
除算器３３７は、バンドパスフィルタ３３５で抽出された交流成分をローパスフィルタ３３６で抽出された直流成分で除算することにより、交流成分を直流成分で規格化した変調度信号を求める。
【００８０】
出力調整回路３３８は、規格化処理部３３３で求められた変調度の入出力変換比の調整を行いアナログ出力を行う。なお、出力調整回路３３８は省略してもよい。
【００８１】
Ａ／Ｄ変換器３２５は信号処理部３２４から出力される信号に対して標本化及び量子化を行ってディジタル信号に変換する。ＣＰＵ３２６は、Ａ／Ｄ変換器３２５から出力されるディジタル信号を用いて電路Ｌに印加される電圧を求め、過電圧等の異常の有無を判定し、異常と判定した場合には過電圧等を防止するため電路Ｌに係る電路を遮断する制御等を行う。
【００８２】
図７に示す保護継電システム３１０の光学系を介した検出光信号が信号処理部３２４に入射すると、フォトダイオード３３１で受光される。フォトダイオード３３１から出力された電気信号は、バンドパスフィルタ３３５及びローパスフィルタ３３６に入力されて交流成分及び直流成分がそれぞれ抽出される。
【００８３】
バンドパスフィルタ３３５及びローパスフィルタ３３６で抽出された交流成分及び直流成分は除算器３３７に入力され、交流成分が直流成分で規格化されて変調度信号が求められる。除算器３３７で求められた変調度信号は、出力調整回路３３８によって、入出力変換比の調整を行ってアナログ出力を行う。
【００８４】
信号処理部３２４から出力された変調度信号は、Ａ／Ｄ変換器３２５でディジタル信号に変換されてＣＰＵ３２６に入力される。ＣＰＵ３２６は、Ａ／Ｄ変換器３２５から出力されるディジタル信号を用いて電路Ｌに印加された電圧を求め、過電圧等の異常の有無を判定し、異常と判定した場合には、例えば、過電圧等を防止するため電路Ｌに係る電路を遮断する制御等を行う。
【００８５】
以上説明した通り、本実施形態によれば、光センサ３１１から出力されて光線路３１３を介して入力される検出光信号を光電変換して所定の信号処理を行う信号処理部３２４を継電装置３１２に設けている。このため、簡易な構成の光センサ３１１、光線路３１３、及び継電装置３１２から保護継電システム３１０を構成することができる。よって、保護継電システム３１０を簡素且つ小型にすることができる。また、本実施形態によれば、光センサ３１１の検出結果（検出光信号）を光線路３１３を介して継電装置３１２の信号処理部３２４に伝送しているため、耐雑音性を向上させることができる。更に、継電装置内の素子や回路を、過電流や過電圧から電気的に保護するために設けていた非直線性抵抗素子の省略化や小型化も可能となる。
【００８６】
以上、本発明の実施形態による保護継電システムについて説明したが、本発明は上記実施形態に制限される訳ではなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では、継電装置内に、光源、可変減衰器、サーキュレータ、及び信号処理部が個別に設けられた構成を例に挙げて説明したが、これらが１つの筐体内に設けられた構成であっても良い。また、光源や可変減衰器、のいずれか、もしくはすべてを継電装置外に配置する構造としてもよい。更に、継電装置の筐体が電気的に遮蔽された構造であれば外部に存在する電気信号による雑音の影響を更に受けにくくなるため好ましい。
【００８７】
更に、各光線路である光ファイバのうち、Ｆ１１，Ｆ１２，１１３ａ，Ｆ２１，２１３ａ、Ｆ３１，３１３ａは偏波面保持光ファイバである方が伝送時に光線路内での偏波面の変動が少ないため好ましい。偏波面が変動すると、最終的な出力の光量が変動するため、測定誤差を生じさせる要因となるためである。
【００８８】
その他の光ファイバは、単一モード光ファイバの方が望ましい。マルチモード光ファイバであると、伝送損失が大きくなるためである。しかし、あまり距離が長くない場合はこだわる必要はない。所望の目的を達する程度の光ファイバを用いればよい。また、単に光量を捕らえることが出来ればよいから、偏波面を保持する必要はない。従って、コスト面でデメリットとなる偏波面保持ファイバをあえて利用する必要はないが、利用してもかまわない。
【００８９】
また、上記実施形態では、電路Ｌを流れる電流や印加された電圧により生ずる磁界や電界を検出することにより、電路Ｌを流れる電流や印加された電圧を検出するファラデーセンサ素子またはポッケルスセンサ素子からなる光センサが備わっている場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明は電路Ｌに流れる電流や電路Ｌに印加されている電圧の検出に限られず、電流や電圧を検出する場合一般に広く適用することができる。電力設備だけでなく、より小さい変換器や電気回路の電流や電圧を検出する際にも用いることができることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の一実施形態による保護継電システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】ファラデーセンサ素子の原理を説明するための図である。
【図３】保護継電システム１１０の光学系の具体的構成を示す図である。
【図４】信号処理部１２４の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の別の実施形態による保護継電システムの概略構成を示すブロック図である。
【図６】保護継電システム２１０の光学系の具体的構成を示す図である。
【図７】本発明の別の実施形態による保護継電システムの概略構成を示すブロック図である。
【図８】保護継電システム３１０の光学系の具体的構成を示す図である。
【図９】信号処理部３２４の構成を示すブロック図である。
【図１０】従来の保護継電システムの概略構成を示すブロック図である。
【図１１】従来の保護継電システムの概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００９１】
１１０            保護継電システム
１１１            光センサ
１１１ｃ          分岐光学系
１１２            継電装置
１１３            光線路
１２１            光源
１２４            信号処理部
１３１，１３２    フォトダイオード
１３３            規格化処理部
１３４            平均化処理部
Ｌ                電路
【図１】
2008154411.tif 000003
【図２】
2008154411.tif 000004
【図３】
2008154411.tif 000005
【図４】
2008154411.tif 000006
【図５】
2008154411.tif 000007
【図６】
2008154411.tif 000008
【図７】
2008154411.tif 000009
【図８】
2008154411.tif 000010
【図９】
2008154411.tif 000011
【図１０】
2008154411.tif 000012
【図１１】
2008154411.tif 000013