(57)【要約】【課題】電気故障時に発生する高周波磁界の検出に難点が有ったり、降雨時の水膜で電界極面積が変化し電界強度が変化した。【解決手段】ケース２２の内部に磁界検出コイル２１を内装すると共に、ケース２２の外周にワイヤ状の複数の導電体２５を所定間隔を有して露出配置することによって、外周側複数の導電体の間に設定された隙間を通って磁束は遮蔽されず、内装した磁界検出コイル２１で高周波磁界を検出すると共に、水膜より電界検出が優先され電界検出強度が変わらない。【選択図】        図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送配電線路や変電設備の送電電圧と送電電流現象を非接触で測定するための電界磁界センサであって、ケースの内部に磁界検出コイルを内装すると共に、ケースの外周にワイヤ状の複数の導電体を所定間隔を有して露出配置したことを特徴とする電界磁界センサ。
【請求項２】
ケースの外周に導電体を螺旋状に露出配置したことを特徴とする請求項１記載の電界磁界センサ。
【請求項３】
ケースの外周に設けた凹溝にワイヤ状の導電体を露出配置したことを特徴とする請求項１又は２記載の電界磁界センサ。
【請求項４】
導電体を配置したケース外周以外の２面中、１面を固定端面と成すと共に、他面を自由端面と成し、該自由端面にワイヤ状の導電体を少なくとも一ヶ所以上で露出させ、該導電体をケース外周の導電体に接続したことを特徴とする請求項１、２又は３記載の電界磁界センサ。
【請求項５】
自由端面をケースの頂部を覆う錐形のキャップと成したことを特徴とする請求項４記載の電界磁界センサ。
【請求項６】
凹状に形成したケースの底部に連結部材を取付けると共に、該連結部材の下端を接続箱に取付けたことを特徴とする請求項５記載の電界磁界センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力設備である送配電線路や変電設備の送電電圧と送電電流現象を非接触で測定するために用いる電界磁界センサに関し、特に、高周波磁界および降雨時電界の検出対策を施した電界磁界センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
〔全体技術〕
電力設備の送電時や故障時の電圧測定には、変成器、抵抗分圧器、コンデンサ分圧器、碍子分圧器、光ＰＴ、電界検出器等が用いられ、電流測定には、変流器、Ｚ型ＣＴ、ホールＣＴ、光ＣＴ、磁界検出器等が用いられる。
【０００３】
電圧測定に用いる変成器、抵抗分圧器、コンデンサ分圧器、碍子分圧器は、電力線へ直接に接続するため、耐電圧を考慮した設計をしなければならず、このため大型、高価になり、商用周波に対しての特性はあるが、故障時の電圧現象、たとえば雷故障のような現象に起因する高周波電圧に対する周波数特性はない。光ＰＴは、商用周波から高周波に対して特性はあるが、電力線を通す必要があるため装着が大変である。電界検出器は、電力設備に非接触で商用周波から高周波までの特性を得ているが、雨の影響を受けて検出出力が変動しやすい。
【０００４】
電流測定に用いる変流器は、電力線を接続する必要があり、高周波特性がない。Ｚ型ＣＴは電力線を通す必要があり、耐電圧を考慮して地中線化する必要があり、高周波特性も良くない。ホールＣＴは、周波数特性はあるが地中線に接触させる必要がある。光ＣＴも、周波数特性はあるが電力線に取り付ける必要がある。磁界検出器は電力線に非接触で周波数特性もよい。
【０００５】
従来架空送電線路において送電電圧と送電電流現象を非接触で測定するために用いられているシステムを説明する（例えば、特許文献１参照）。
図１は架空送電線路の略図で、図中１は供給側の電気所（送電用設備）、２は変圧器の中性点抵抗器、３は三相架空送電線、４は需要側の電気所である。図２は送電鉄塔に電界磁界センサを配置した状態を示す概念図で、図中５は図１に示す架空送電線３の鉄塔、３ａ、３ｂ、３ｃは架空送電線、６ａ、６ｂ、６ｃは電界磁界センサであり、これらセンサは送電線３ａ、３ｂ、３ｃに対して非接触で対向している。なお以下では送電線３ａ、３ｂ、３ｃや電界磁界センサ６ａ、６ｂ、６ｃのいずれかを特定して示す以外は単に送電線３、電界磁界センサ６という。
【０００６】
図３は変電設備の架台に電界磁界センサを配置した状態を示す概念図で、図中７は図１に示す架空送電線３へ電気を送電するための送電用設備の架台または電気を受電する需要側の電気所４の受電用設備の架台であり、いずれの場合も図２と同様に電界磁界センサ６は、送電線３に対し非接触で対向している。
【０００７】
〔従来技術１〕
図４は特公平６−７０６６５号公報に記載された電界磁界センサの断面図である。図中、８は芯材、９は磁界検出巻線コイル、１０は電界極板兼用の箔板状のコイルシールド板、１１は外装で、これらをほぼ同心に配置してある。
【０００８】
〔従来技術２〕
他の形式の電界磁界センサとして図５に示すものが開発された。図中、９は電流を検出するための磁界コイル、１０は電圧を検出するための電界極、１２は電界極を固定するための絶縁パイプ、１３は接続箱で、同軸ケーブル１４（たとえば１．５Ｄ２Ｖ２本を収容したケーブル及び電界極１０と磁界コイル９のリード線）が配線してある。また図中１５はケーブル１４のコネクタで、１６は電界磁界センサ６を鉄塔５や架台７に設置するための取り付けネジである。この従来の電界磁界センサ６は、送電線３に非接触で商用周波から高周波までの周波数特性がある。
【０００９】
ところで図４、５に示した従来の電界磁界センサ６は、電界センサと磁界センサを別体、別置する場合に比べてコスト面と限られた場所に２個のセンサを設置しなくて済み、１個のセンサで電圧と電流を測定することが可能になり、送電電圧値と電流値に対し正比例し、電力線３と電界磁界センサ６との距離に反比例する特性でセンサ検出信号を積分手段その他の電気回路で処理し、電気故障現象を解析していた。
【００１０】
ところが、図４の従来技術１の電界磁界センサを実験した結果、電気故障時に発生する高周波の磁界に対して、安定的な検出ができない場合があることが判明した。
その理由は、磁界検出巻線コイル９の外周側に略円筒状のコイルシールド板（電界極板）１０を配置しているため、磁界がコイルシールド板に遮蔽され高周波になるほど減衰することであった。
【００１１】
又、図５の従来技術２の電界磁界センサ６は、電界極１０で検出した電界値が雨等の影響を受けて変化しやすく、この現象は、電圧計測に対し性能を左右する大きな欠点である。
その原因は、雨水が絶縁パイプ１２と接続箱１３に溜まり、電界磁界センサ６の取り付け部材である鉄塔５や架台７に雨水が接触している時は電界極１０で検出した微弱電流が水膜を通って大地へ分流されて感度が低くなる。他方、雨水が絶縁パイプ１２と接続箱１３に溜まり水膜を介して電界極１０と接触し、鉄塔５や架台７と接触していない時は、雨水による水膜も電界極となって電界極面積を増やすことにより感度が高くなるためである。上記２原因により、非降雨時に比して降雨時は検出した電界値が増減する。
ただし電流測定に対しては、磁界コイル９を固定している絶縁パイプ１２が樹脂で磁束を通すため、周波数特性は良い。
【００１２】
【特許文献１】
特公平６−７０６６５号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、送配電線等に非接触で電圧と電流を１個のセンサで測定でき、外周側に配置した電界極に影響されずに高周波の磁界を内装した磁界コイルで検出出来ると共に、測定した電圧値が雨水の影響を受けることなく雨水による電界検出変化を補う様にした電界磁界センサを提供する。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記従来技術に基づく、電気故障時に発生する高周波磁界の検出に難点が有ったり、降雨時の水膜で電界極面積が変化し電界検出強度が変化する課題に鑑み、ケースの内部に磁界検出コイルを内装すると共に、ケースの外周にワイヤ状の複数の導電体を所定間隔を有して露出配置することによって、ケース外周に配置された複数の導電体の間に設定された隙間を通って磁束は遮蔽されず、ケースに内装した磁界検出コイルで高周波磁界を検出すると共に、水膜の影響を受けない様にして、上記課題を解決する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお以下では従来と共通する部分には共通する符号を付すにとどめ重複する説明は省略する。
図６は本発明に係る電界磁界センサの一実施形態の構成を示す断面図、図７は図６のＡ−Ａ断面図、図８はキャップ側からの電界磁界センサの平面図、図９は自由端面の形状変更例（２種）を示す図、図１０は磁界検出コイルの取付方向を変化させた電界磁界センサの構成を示した断面図、図１１は送電鉄塔に電界磁界センサを縦方向に配置した状態を示す概念図である。
図中、２０は電界極、２１は磁界コイル、２２は樹脂製ケース、２３は固定（取付）端面側の樹脂製ブラケット、２４は自由端面側の樹脂製ブラケットで電界磁界センサ６を縦方向に設置した時のキャップ、２５はケース２２の外周に設けた導電体で一方の電界極２０と成るもの、２６はブラケット２４の外側に設けた導電体で他方の電界極２０と成るもの、２７は連結部材のステンレスパイプ、２８は接続箱、２９は同軸ケーブル、３０はケーブルコネクタ、３１は取り付けネジである。
そして、図６に示す様に、電界検出部である電界極２０と磁界検出部である磁界コイル２１を一体化して円筒状の検出部と成し、電界極２０は検出部の筒状部外周面（外壁部材）に設けると共に、磁界コイル２１は検出部の内部に装着している。
【００１６】
本実施形態の電界磁界センサ６の具体例は、図６、７に示す様に、磁束を通す樹脂製の円筒状のケース２２の外周面（上下２開口面を除く）に凹溝３２を設けると共に、該凹溝３２に一部が嵌合状態で、ケース２２の外周面にステンレス製のワイヤ２５を螺旋状に巻き付けている。この巻き付け状態により、電界検出部となる導電体のワイヤ２５はケース２２の外周面に露出配置されると共に、平行するワイヤ２５の間に所定間隔の隙間が形成される。
尚、ワイヤ２５は螺旋状に巻き付けたが、ワイヤ２５は所定間隔を有して複数を配置出来ればその巻き付け方法（配置状態）は限定されず、例えば、複数本の導電体を円周上に平行に巻き付けても良く、実施例の螺旋状のものは円周に沿うと共に傾斜平行の複数本の導電体を１本に連結したものに相当する。
或いは、複数本の導電体の配置状態を前述例の直交方向である母線方向（円周面における軸線方向）に平行配置したり、縦横（交差２方向）に複数本の導電体を夫々配置して網目状に配置しても良く、即ち、複数本の導電体の間に所定間隔の隙間を設ける様に配置する。
【００１７】
図６に示す様に、円筒状ケース２２の内部に磁界コイル２１を装着すると共に、ケース２２の上下両端開口端面（ワイヤ２５を配置したケース２２外周以外の２面）にブラケット２３、２４を固定し、一方（縦方向設置時の下方）を固定端面と成すと共に、他方（同、上方）を自由端面と成し、本件明細書中、上方のブラケット２４を縦方向設置時にキャップと称する。
下方のブラケット２３の底部３３は、雨水で接続箱２８との連結部材であるステンレスパイプ２７が濡れないよう凹状に形成してある。
そして、下端部（固定端）のブラケット２３の凹状底部中央にブラケット２３に比して小径のステンレスパイプ２７の上端を固定し、ステンレスパイプ２７の下端を接続箱２８に固定している。
【００１８】
磁界検出コイル２１は、商用周波から高周波の周波数特性とコイル出力電圧の大きさとを考慮し、ボビン３４に数百回電線３５を巻いて構成してある。
電力線３と電界磁界センサ６の関係において、磁界検出コイル２１の装着方向は図６又は図１０の様になり、又電界磁界センサ６は図６、１１の様に直立状態で取り付けられたり、図９の様に横向状態で取り付けられる。
【００１９】
図６、８に示す様に、ケース２２（検出部）の頂部（自由端）を覆うキャップ（ブラケット２４）は、磁束を遮蔽することがなく、また雨水が落ちやすくなるように円錐形状の樹脂製で形成してある。また、雨水で濡れても電界検出状態が変化しないように、たとえばステンレス製のワイヤ２６を縫うようにして外面に露出させて設けてある。
詳しくは、キャップの傾斜面にワイヤ２６の露出部を放射状に複数配置すると共に、露出したワイヤ２６の両端部をキャップの傾斜面等を貫通させて裏面側で結線している。キャップに露出配置したワイヤ２６は、ケース２２外周面に設けたワイヤ２５とキャップ下方の円筒状ケース２２内で電線接続し、ケース２２外周のワイヤ２５の他、キャップ（ブラケット２４）外側面のワイヤ２６も電界極２０の一部と成している。もちろんキャップの形状は、雨水が流れ落ちやすければ角錐等であってもよい。
【００２０】
尚、ケース２２自由端に設けたブラケット２４は、電界磁界センサ６を縦方向設置した場合は錐形キャップと成したが、図９に示す様に、横方向設置とする場合には、（ａ）の様に垂直端面としたり、（ｂ）の様に錐形その他形状の陥没端面としても良い。
【００２１】
図６に示す様に、検出部と接続箱２８を固定するステンレスパイプ２７内に電界極２０（ワイヤ２５およびワイヤ２６）と磁界検出コイル２１の信号を流すための電線を収容し、ステンレスパイプ２７の外装材としては、雨水を弾く材質、たとえばテフロン（登録商標）製の収縮チューブを装着して保護してある。
【００２２】
次に、上述の構造による作用について説明する。
電界極２０としてケース２２の外周面に設けたワイヤ２５は、所定間隔を有した螺旋状に略平行配置していることにより、複数のワイヤ２５間の隙間が電力線３の電流による磁束を遮蔽することなく、ケース２２に内装した磁界検出コイル２１で検出し得る。
【００２３】
キャップ（ブラケット２４）に設けたワイヤ２６は電界極２０の一部となり、電界極２０はケース２２とブラケット２４の両者に設けたワイヤ２５、２６で、ケース２２の外周面以外にも配置されると共に、電界極２０の絶対量（長）が増大して、電界を検出する。
【００２４】
更に、降雨時の雨水がケース２２およびキャップ等に付着して水膜が発生しても、キャップ等の表面に露出させて設けたワイヤ２５、２６は水膜より導電性が高く、電界が通常集中する効果があるため、雨水に拘わらず電界極２０はケース２２のワイヤ２５およびキャップのワイヤ２６となるため、雨水で検出部が濡れても電界検出強度が変わらない。
又、雨水で検出部や接続箱２８が濡れても、検出部の底部（ブラケット２３の底部３３）が凹状であることにより、検出部の外周面（ワイヤ２５）等と連結部材のステンレスパイプ２７は非接触、離隔しているため、鉄塔５や架台７へ検出した電界の微弱電流が漏洩しない。
したがって、降雨時であっても非降雨時と同様に雨水に影響されずに、送電電圧現象を検出する。
【００２５】
なお、図６の例において、電流を検出するコイル２１を接続箱２８内に収めて電界検出部と磁界検出部を別体化すると、送電線等と電界極２０、磁界コイル２１との距離と角度が違ってくるため、センサ出力を加算して得る零相電圧や零相電流等を正しく得ることができなくなる。
【００２６】
【発明の効果】
要するに本発明は、ケース２２の内部に磁界検出コイル２１を内装すると共に、ケース２２の外周にワイヤ状の複数の導電体（ワイヤ２５）を所定間隔を有して露出配置したので、電界検出部（導電体）と磁界検出部（磁界検出コイル）を一体化したことにより、送電線等に非接触で電圧と電流が１個の電界磁界センサ６で測定でき、コスト的にも、設置スペース的にも有利なだけでなく、複数の導電体の間に多量の隙間が設定されることにより、磁束は隙間を通って遮蔽されることなく、高周波磁界の検出に悪影響を及ぼさずに測定することが出来、更に、雨水でケース２２外周が濡れても、水膜より電界検出が優先されるため電界検出強度が変わらず、送電電圧現象を雨水の影響を受けることなく安定的に検出することが出来る。
【００２７】
ケース２２の外周に導電体を螺旋状に露出配置したので、導電体を所定間隔を有した状態でケース２２の外周へ均等に露出配置し、電界を安定的に検出することが出来る。
【００２８】
ケース２２の外周に設けた凹溝３２にワイヤ状の導電体を露出配置したので、ワイヤ状導電体は凹溝３２で配置位置が特定され、導電体間の所定間隔を維持したり、巻き付けを容易に行うことが出来る。
【００２９】
導電体を配置したケース２２外周以外の２面中、の１面（ブラケット２３）を固定端面と成すと共に、他面（ブラケット２４）を自由端面と成し、該自由端面にワイヤ状の導電体を少なくとも一ヶ所以上で露出させ、該導電体をケース２２外周の導電体（ワイヤ２５）に接続したので、外周側面の導電体とは方向相違箇所に別途配置すると共に、配置箇所が増加して、電界を安定的に検出することが出来る。
【００３０】
自由端面をケース２２の頂部を覆う錐形のキャップ（ブラケット２４）と成したので、キャップへの降雨時の雨水が流下し易くて水膜形成を抑制することが出来、雨水でキャップが濡れても電界検出強度の変化を低減し、送電電圧現象を雨水の影響を受けることなく安定的に検出することが出来る。
【００３１】
凹状に形成したケース２２の底部３３に連結部材（ステンレスパイプ２７）を取付けると共に、該連結部材の下端を接続箱２８に取付けたので、検出した電界の微弱電流が鉄塔等に漏洩しないため、送電電圧現象を雨水の影響を受けることなく安定的に検出することが出来る等その実用的効果甚だ大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】電力設備の系統を示す架空送電線路の概念図である。
【図２】送電鉄塔に電界磁界センサを配置した状態を示す概念図である。
【図３】変電設備の架台に電界磁界センサを配置した状態を示す概念図である。
【図４】従来の電界磁界センサの構成を簡単に示した概念図である。
【図５】他の従来の電界磁界センサの構成を簡単に示した概念図である。
【図６】本発明に係る電界磁界センサの一実施形態の構成を示した断面図である。
【図７】図６のＡ−Ａ断面図である。
【図８】キャップ（電界磁界センサ）の平面図である。
【図９】自由端面の他例を示す図である。
【図１０】磁界検出コイルの取付方向を変化させた電界磁界センサの構成を示した断面図である。
【図１１】送電鉄塔に電界磁界センサを縦方向に配置した状態を示す概念図である。
【符号の説明】
２０  電界極
２１  磁界コイル
２２  ケース
２３  ブラケット
２４  ブラケット
２５  ワイヤ
２６    ワイヤ
２８  接続箱
３２  凹溝
３３  底部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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