(57)【要約】【課題】巻線ＣＴの変流比（入出力感度比）の差異に関わらず、同一の光電流センサを使用して高精度な（高感度な）保護システムを低コストで提供する。【解決手段】送電線１のＢ端側の各巻線ＣＴ２には個別の周回導体３がそれぞれ電気的に接続され、各周回導体３は、各巻線ＣＴ２に対応して個別に設けられた光電流センサ１１をそれぞれ取り囲むように周回配置されている。複数の光電流センサ１１は、送光ファイバ６で直列に接続されており、送光ファイバ６は、信号処理ユニット７に接続されている。各光電流センサ１１の感度を調整するために、各周回導体３は、各周回導体３により光電流センサ１１のファラデー素子４の周りを流れる電流の周回数が、巻線ＣＴ２の変流比に基づいて決定される所定の周回数比となるように構成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入出力部を有するファラデー素子からなる光電流センサ、光電流センサに光を送る光源、光電流センサを伝搬した光を検出する検出部、光電流センサと光源を光学的に結合する光伝送路、光電流センサと検出部を光学的に結合する光伝送路、を備えた光電流測定装置を用いて、電力設備・電力系統における保護対象領域の入出力電流を測定する保護システムにおいて、
前記光電流測定装置は、前記光電流センサを取り囲むように周回配置された周回導体を備え、
前記周回導体は、前記保護対象領域に設置されて系統の電流を測定する電磁気相互作用を利用した変流器に接続され、かつ、この周回導体により前記光電流センサの周りを流れる電流の周回数が、接続先の変流器の変流比（入出力感度比）に基づいて決定される所定の周回数となるように構成された、
ことを特徴とする保護システム。
【請求項２】
前記保護対象領域に単数または複数の前記光電流測定装置が設置され、各光電流測定装置により測定された電流情報を用いて電流差動判定を行うように構成された、
ことを特徴とする請求項１に記載の保護システム。
【請求項３】
前記光電流測定装置は、
前記保護対象領域に設置された複数の変流器に個別に接続された複数の前記周回導体を、直列接続された複数の前記光電流センサに個別に配置して構成された光電流測定装置を含む、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の保護システム。
【請求項４】
前記光電流測定装置は、
前記保護対象領域に設置された複数の変流器に個別に接続された複数の前記周回導体を、単体の光電流センサにおける異なる部分に個別に配置して構成された光電流測定装置を含む、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の保護システム。
【請求項５】
前記光電流測定装置は、
前記周回導体により前記光電流センサの周りを流れる電流の周回数が可変となるように構成された光電流測定装置を含む、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の保護システム。
【請求項６】
入出力部を有するファラデー素子からなる光電流センサ、光電流センサに光を送る光源、光電流センサを伝搬した光を検出する検出部、光電流センサと光源を光学的に結合する光伝送路、光電流センサと検出部を光学的に結合する光伝送路、を備えた光電流測定装置において、
前記光電流センサを取り囲むように周回配置された周回導体と、
前記周回導体の所定の部位から引き出された単数または複数の引き出し導体を備え、
前記周回導体の両端および前記各引き出し導体により構成される端子群の中から選択された２つの端子を使用して電流を通電するように構成された、
ことを特徴とする光電流測定装置。
【請求項７】
前記引き出し導体は摺動接点を備えており
前記周回導体と前記引き出し導体は、前記摺動接点により電気的に接続される、
ことを特徴とする請求項６に記載の光電流測定装置。
【請求項８】
前記周回導体と前記摺動接点を持つ前記引き出し導体の間に、両者を短絡させるためのスイッチが設けられた、
ことを特徴とする請求項７に記載の光電流測定装置。
【請求項９】
前記周回導体と前記引き出し導体からなる複数の導体組を、直列接続された複数の前記光電流センサに個別に配置して構成された、
ことを特徴とする請求項６乃至請求項８のいずれかに記載の光電流測定装置。
【請求項１０】
前記周回導体と前記引き出し導体からなる複数の導体組を、単体の光電流センサにおける異なる部分に個別に配置して構成された、
ことを特徴とする請求項６乃至請求項８のいずれかに記載の光電流測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はファラデー素子を用いて電流を測定する光電流測定装置を用いた保護システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、送電線や地下ケーブル、母線や線路、変圧器といった電力設備や電力系統の保護システムの一つとして、電流差動方式の保護システムが用いられている。
【０００３】
電流差動方式の保護システムでは、保護対象領域周辺に設置された変流器によって、保護対象領域の入出力電流を測定し、その電流の総和から保護対象内部の故障か（電流の総和が「０」）、保護対象外部の故障か（電流の総和が「０」でない）を判断し、系統に接続された遮断器や断路器などに命令を送り、速やかに故障個所を系統から取り除くことを基本目的としている。
【０００４】
このような電流差動方式の保護システムでは、これまで、変流器として、巻線ＣＴやロゴスキーＣＴのような電磁気相互作用を利用した変流器が用いられてきた。図１０に従来例を示す（特許文献１より引用）。図１０は、送電線保護を目的とした電流差動方式の保護システムであり、送電線１の両端（Ａ端、Ｂ端）に巻線ＣＴ２が設置されると共に、各巻線ＣＴ２にはＰＣＭ電流差動リレー１００が接続されている。ここで、Ａ、Ｂ各端のＰＣＭ電流差動リレー１００間には、通信装置１０１による伝送路が構成されている。また、図中１０２は遮断器である。
【０００５】
この図１０の保護システムにおいて、Ａ、Ｂ各端の巻線ＣＴ２のアナログ出力は、ＰＣＭ電流差動リレー１００の入力変換器（標本量を生成することを目的とした総合変流器を含む）Ｉ／Ｖを介して電子回路で取り扱える電流・電圧レベルに変換される。このアナログ信号は、帯域フィルタＢＰＦを経てＡ／Ｄ変換されてデジタルの電流情報となる。ＰＣＭ電流差動リレー１００で得られた電流情報は、通信装置１０１を介して他端のＰＣＭ電流差動リレー１００に伝送される。そして、各端のＰＣＭ電流差動リレー１００において、他端の電流情報（標本量を含む）との電流差動判定演算を行い、出力を得た場合に遮断器１０２を引き外すことにより、電流差動方式の保護システムとして働く。
【０００６】
このような保護システム以外にも、Ａ、Ｂ各端にそれぞれ設けた電流センサの電流差動判定によって送電線区間の故障判定を行う各種の保護システムが提案されている（例えば、特許文献２、３参照）。
【０００７】
一方、変流器（巻線ＣＴ）の２次出力をファラデー素子からなる光電流センサで測定し、個々の光電流センサからの電流情報を用いて電流差動判定演算を行う電流差動方式の保護システムも提案されている（例えば、特許文献４参照）。なお、ファラデー素子を用いた光電流測定装置としては、多様な種類の装置が提案されている（例えば、特許文献５、６参照）。
【０００８】
さらに、最近では、保護対象領域周辺の電力系統の導体を取り囲むようにファラデー素子である光ファイバからなる光電流センサを設置し、複数の光電流センサを直列接続することによって、保護対象領域の入出力電流を測定し、電流差動方式の保護システムを構成する提案も行われている（例えば、特許文献７参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特開平５−１３７２３６号公報
【特許文献２】
特開２０００−１１３３６３号公報
【特許文献３】
特開２０００−２３３４８号公報
【特許文献４】
特開平５−２８４６４３号公報
【特許文献５】
特開平７−１９１０６１号公報
【特許文献６】
特開平１０−７３６２０号公報
【特許文献７】
特開２０００−５９９８７号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上のような従来の電流作動方式の保護システムや光電流測定装置においては、以下に述べるような問題点がある。
【００１１】
まず、従来の巻線ＣＴなどの電磁気相互作用を利用した変流器を用いた電流差動方式の保護システムは、入力変換器（総合変流器含む）、Ａ／Ｄ変換器などの電子回路、電子回路間の通信装置などが必要であり、非常に高価なシステムであった。また、変流器と電流差動判定演算を行う電子回路が電磁気的に結合されており、系統サージなどの電磁ノイズの影響を受けやすい問題があった。さらに、最終的に電流差動判定演算に使用される変流器からの電流情報は、電流差動判定演算前に、入力変換器（総合変流器含む）での変換誤差、Ａ／Ｄ変換器での変換誤差が加算された信号となるため、電流差動判定演算の精度（感度）が制限されるといった問題がある。
【００１２】
一方、光電流センサを利用した電流差動方式の保護システムのうち、特許文献４に開示されているような、巻線ＣＴの２次出力を光電流センサで測定して電流差動判定演算を行う保護システムでは、既設の巻線ＣＴを利用できる反面、個々の光電流センサからの電流情報（光信号）を電気信号に一旦変換（光／電気信号変換）した後、電流差動判定演算処理を行う。この場合も、光電流センサからの電流情報は、電流差動判定演算処理を行う前に、前記光／電気信号変換の変換誤差が加算された信号となるため、電流差動判定演算の精度（感度）が制限されるといった問題がある。
【００１３】
これに対して、光電流センサを利用した電流差動方式の保護システムのうち、特許文献７に開示されているような保護システムでは、電力系統の導体を取り囲む光ファイバからなる複数の光電流センサを直列接続することにより、各光電流センサで生じた電流情報を光信号レベルで直接、電流差動判定演算できるので、電流差動判定演算精度（感度）の制限は緩和される。しかし、電力系統の多くは、送電線や変圧器などの保護対象領域周辺に巻線ＣＴなどの変流器が既に設置されているため、特許文献７に開示されているような光電流センサを用いた保護システムを新たに設置する場合には、保護システムを提供するためのコストが増大してしまい、その用途が限られるといった問題がある。
【００１４】
さらに、特許文献４に開示されているような、巻線ＣＴの２次出力を光電流センサで測定する保護システムと、特許文献７に開示されているような、光電流センサを直列接続する保護システムを組み合わせることによって、既設の巻線ＣＴの利用と電流差動判定演算精度（感度）の制限緩和の両立を図ることも考えられる。
【００１５】
しかし、このように光電流センサを利用した従来の保護システムを組み合わせた場合でも、送電線や変圧器などの保護対象領域周辺に設置されている巻線ＣＴの変流比（入出力感度比）は必ずしも全て同じではないことから、個々の巻線ＣＴの変流比に合わせた個別仕様（個別感度）の光電流センサや個別仕様の検出部が必要になるといった問題点がある。
【００１６】
また、電流差動方式の保護システムにおいては、変流器間の出力を利用して標本量を生成することが一般的に行われているが、前述したような従来の保護システムの組み合わせでは、そのような標本量を生成する場合にも、個々の変流器の変流比を考慮した個別仕様（個別感度）の光電流センサが必要であるといった問題点がある。
【００１７】
さらに、光電流センサ自体の構成を考えた場合、特許文献５、特許文献６に開示されているような光電流センサの感度（測定電流に対する光電流センサの出力比）は固定（一定）であり、可変でない。そのため、測定電流が小さな場合には、個々の測定電流に対して、ファラデー素子である光ファイバの周回数を増やしたり、ファラデー素子に鉛ガラス（石英ガラスの約６倍の感度）を用いたりすることで感度を増加させる必要があり、結果として、専用の光電流センサを使用する必要がある。また、光電流センサそのものに、同一仕様のセンサを使用した場合でも、光電流センサの感度や光電流センサ間の感度差を調整するために、検出部での演算補正などが必要である。
【００１８】
特に、特許文献４、特許文献７に開示されるように、光電流センサを用いて測定した信号を用いて電流差動判定演算精度（感度）の高い電流差動判定を行うためには、光電流センサにより得られた測定電流の総和や測定電流から標本量や抑制量を演算する場合に、複数の光電流センサ間における感度の統一や、検出部での感度補正が必要である。そのため、このこともまた、個別仕様（個別感度）の光電流センサや個別仕様の検出部が必要になるといった問題点につながる。
【００１９】
以上のように、光電流センサを利用した従来の電流差動方式の保護システムを組み合わせて、既設の巻線ＣＴの利用と電流差動判定演算精度（感度）の制限緩和の両立を図ったとしても、巻線ＣＴの変流比の差異や光電流センサの感度の固定などに対処するために、個別仕様（個別感度）の光電流センサや個別仕様の検出部が必要になるという問題点がある。すなわち、個別仕様の光電流センサや個別仕様の検出部を使用することは、保護システムの構成を複雑化させ、コストの増大につながるなど、実用的でない。
【００２０】
本発明は、上述した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、その目的は、巻線ＣＴの変流比（入出力感度比）の差異に関わらず、同一の光電流センサを使用して高精度な（高感度な）保護システムを低コストで提供することである。また、本発明の別の目的は、そのような高精度の保護システムを実現するために最適な光電流測定装置として、光電流センサの感度が可変な光電流測定装置を提供することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明の保護システムは、上記のような目的を達成するために、周回導体を光電流センサの周りに周回配置し、光電流センサの周りを流れる電流の周回数を巻線ＣＴの変流比に基づいて決定することにより、光電流センサの感度を自由に調整可能とし、それによって、巻線ＣＴの変流比（入出力感度比）の差異に関わらず、同一の光電流センサを使用できるようにしたものである。
【００２２】
また、本発明の光電流測定装置は、周回導体を光電流センサの周りに周回配置し、周回導体の所定の部位から引き出し導体を引き出して、これらの導体により構成される端子群中から選択された２つの端子を使用して電流を通電することによって、光電流センサの周りを流れる電流の周回数を可変とし、光電流センサの感度を可変としたものである。
【００２３】
請求項１の発明は、入出力部を有するファラデー素子からなる光電流センサ、光電流センサに光を送る光源、光電流センサを伝搬した光を検出する検出部、光電流センサと光源を光学的に結合する光伝送路、光電流センサと検出部を光学的に結合する光伝送路、を備えた光電流測定装置を用いて、電力設備・電力系統における保護対象領域の入出力電流を測定する保護システムにおいて、光電流測定装置の構成に特徴を有するものである。すなわち、光電流測定装置は、光電流センサを取り囲むように周回配置された周回導体を備えている。そして、周回導体は、保護対象領域に設置されて系統の電流を測定する電磁気相互作用を利用した変流器に接続され、かつ、この周回導体により光電流センサの周りを流れる電流の周回数が、接続先の変流器の変流比（入出力感度比）に基づいて決定される所定の周回数となるように構成される。
【００２４】
請求項２の発明は、請求項１の保護システムにおいて、保護対象領域に単数または複数の光電流測定装置が設置され、各光電流測定装置により測定された電流情報を用いて電流差動判定を行うように構成されたことを特徴としている。
【００２５】
以上のような発明によれば、周回導体を光電流センサの周りに周回配置して、周回導体により光電流センサの周りを流れる電流の周回数を、巻線ＣＴの変流比に基づいて決定される所定の周回数比とすることにより、各光電流センサの感度を自由に調整することができる。したがって、送電線や変圧器などの保護対象領域周辺に設置される複数の光電流センサや検出部として全く同一の構成を有する光電流センサや検出部を使用することができ、複数の光電流センサ間における感度の誤差が抑制されるため、光電流センサ間の感度補正も不要となり、電流差動判定演算精度（感度）の高い保護システムを提供することができる。また、複数の光電流センサや検出部を統一できることから、保護システムのコストを削減することができる。一方、電流差動方式の保護システムで使用される標本量についても、光電流センサの感度を自由に調整できることから、光電流センサ自体を何ら変更することなしに同一の光電流センサを使用して標本量を簡単に生成することができる。
【００２６】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の保護システムにおいて、光電流測定装置が、保護対象領域に設置された複数の変流器に個別に接続された複数の周回導体を、直列接続された複数の光電流センサに個別に配置して構成された光電流測定装置、を含むことを特徴としている。
【００２７】
請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかの保護システムにおいて、光電流測定装置が、保護対象領域に設置された複数の変流器に個別に接続された複数の周回導体を、単体の光電流センサにおける異なる部分に個別に配置して構成された光電流測定装置、を含むことを特徴としている。
【００２８】
以上のような発明によれば、複数の周回導体を流れる電流に対して、光電流センサからの光信号を検出する検出部や光電流センサ自体を１つにまとめることができるため、保護システムのコストをさらに削減することができる。
【００２９】
請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかの保護システムにおいて、光電流測定装置が、周回導体により光電流センサの周りを流れる電流の周回数が可変となるように構成された光電流測定装置、を含むことを特徴としている。
【００３０】
この発明によれば、光電流センサの周りを流れる電流の周回数を所定の回数に可変することができるため、入出力感度可変の光電流測定装置を用いた保護システムを構成することができる。
【００３１】
請求項６の発明は、入出力部を有するファラデー素子からなる光電流センサ、光電流センサに光を送る光源、光電流センサを伝搬した光を検出する検出部、光電流センサと光源を光学的に結合する光伝送路、光電流センサと検出部を光学的に結合する光伝送路、を備えた光電流測定装置であり、次のような特徴を有するものである。すなわち、光電流センサを取り囲むように周回配置された周回導体と、周回導体の所定の部位から引き出された単数または複数の引き出し導体を備え、周回導体の両端および各引き出し導体により構成される端子群の中から選択された２つの端子を使用して電流を通電するように構成される。
【００３２】
この発明によれば、周回導体および引き出し導体により構成される端子群中から選択された２つの端子を使用して電流を通電することにより、光電流センサの周りを流れる電流の周回数は、通電に使用する２つの端子の組み合わせに応じて可変であるため、光電流センサの感度が可変となり、入出力感度可変の光電流測定装置を提供することができる。
【００３３】
請求項７の発明は、請求項６の光電流測定装置において、引き出し導体が摺動接点を備えており、周回導体と引き出し導体が、摺動接点により電気的に接続されることを特徴としている。
【００３４】
この発明によれば、摺動接点を周回導体の任意の位置に動かすことで、光電流センサの周りを流れる電流の周回数を可変とする摺動接点付き光電流センサを構成することができる。
【００３５】
請求項８の発明は、請求項７の光電流測定装置において、周回導体と摺動接点を持つ引き出し導体の間に、両者を短絡させるためのスイッチが設けられたことを特徴としている。
【００３６】
この発明によれば、スイッチを動作させることにより、任意の光電流センサの周りに電流を周回させなくすることができるため、任意の光電流センサの動作を容易に停止させることができる。なお、この発明を請求項１０の発明と組み合わせて単体の光電流センサに、周回導体と引き出し導体からなる複数の導体組を配置した場合には、単体の光電流センサにおける任意の導体配置部分の周りに電流を周回させなくすることができるため、任意の単数または複数の導体組を流れる電流の和を容易に測定することができる。
【００３７】
請求項９の発明は、請求項６乃至請求項８のいずれかの光電流測定装置において、周回導体と引き出し導体からなる複数の導体組を、直列接続された複数の光電流センサに個別に配置して構成されたことを特徴としている。
【００３８】
請求項１０の発明は、請求項６乃至請求項８のいずれかの光電流測定装置において、周回導体と引き出し導体からなる複数の導体組を、単体の光電流センサにおける異なる部分に個別に配置して構成されたことを特徴としている。
【００３９】
以上のような発明によれば、複数の周回導体を流れる電流に対して、光電流センサからの光信号を検出する検出部や光電流センサ自体を１つにまとめることができるため、光電流測定装置のコストを削減することができる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下には、本発明を適用した保護システムおよび光電流測定装置の実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。
【００４１】
［保護システムの実施形態］
図１〜図５は、本発明を適用した第１〜第５の実施形態に係る保護システムの構成をそれぞれ示す構成図である。以下には、第１〜第５の実施形態に係る保護システムについて順次説明する。
【００４２】
［第１の実施形態：送電線保護システム］
図１は、本発明を適用した第１の実施形態に係る電流差動方式の送電線保護システムの構成を示す構成図である。なお、図１０に示した従来技術と同一部分には同一符号を付し、説明は省略する。
【００４３】
図１に示すように、送電線１の３相（Ｒ相、Ｓ相、およびＴ相）には、遮断器１０２を挟む両端（Ａ端、Ｂ端）に、送電線各相の電流を測定するための巻線ＣＴ２が設置されている。このうち、送電線１のＢ端側の各巻線ＣＴ２には個別の周回導体３がそれぞれ電気的に接続され、各周回導体３は、各相ごとの個別の巻線ＣＴ２に対応して個別に設けられた光電流センサ１１をそれぞれ取り囲むように周回配置されており、これらの周回導体３、光電流センサ１１により、本発明に係る電流差動方式の送電線保護システムが構成されている。
【００４４】
また、各相の光電流センサ１１は、ファラデー素子４とその両端に設けられた１／４波長板５から構成されており、周回導体３は、このうちのファラデー素子４を取り囲むように周回配置されている。そして、複数の光電流センサ１１は、送光ファイバ６で直列に接続されており、送光ファイバ６は、信号処理ユニット７に接続されている。
【００４５】
なお、以上の構成により各周回導体３に流れる電流（の和電流）を測定する原理（電流差動判定の原理）は、特許公報３や特許公報５などにより公知であるので、ここではその説明を省略する。
【００４６】
また、前述したように、送電線１に設置されている巻線ＣＴ２の変流比（入出力感度比）、すなわち、送電線１のＲ相、Ｓ相、およびＴ相に設置された巻線ＣＴ２の変流比は、必ずしも全て同じではない。これに対して、本実施形態においては、そのような変流比の異なる各巻線ＣＴ２に周回導体３をそれぞれ電気的に接続しており、各周回導体３は、各光電流センサ１１のファラデー素子４を個別に取り囲むように周回配置されている。
【００４７】
各光電流センサ１１の感度を調整するために、各周回導体３は、各周回導体３により光電流センサ１１のファラデー素子４の周りを流れる電流の周回数が、巻線ＣＴ２の変流比に基づいて決定される所定の周回数比となるように構成されている。
【００４８】
この場合、「周回導体によりファラデー素子の周りを流れる電流の周回数」は、光電流センサの感度が固定であった従来技術においては、「周回導体自体が本質的に有する周回数」と同じ意味であったが、光電流センサの感度を可変にする技術思想を含む本発明においては、これに限定されるものではない。すなわち、本発明においては、「周回導体によりファラデー素子の周りを流れる電流の周回数」は、「周回導体自体が本質的に有する周回数」に限定されず、「周回導体において電流が流れる部分の周回数」であり、言い換えれば、「光電流センサの感度調整に有効な周回数」である。このような前提の下で、以下の説明中では、簡略化の観点から「周回導体において電流が流れる部分の周回数」を意味する「周回導体の有効周回数」という用語を用いている。
【００４９】
本実施形態において、周回導体３の有効周回数は、具体的には、巻線ＣＴ２の変流比が全て同じ場合と互いに異なる場合とで、次のように決定される。
【００５０】
例えば、図１に示される巻線ＣＴ（ＣＴ−Ｒ、ＣＴ−Ｓ、ＣＴ−Ｔ）２が全く同一の構成を有する巻線ＣＴであり、その２次出力電流が光電流センサ１１で測定するには小さな場合には、各巻線ＣＴ２に電気的に接続されている各周回導体３の有効周回数を増加させることによって、各周回導体３を周回配置した各光電流センサ１１で必要な感度を得ることができる。この場合、各電流センサ１１に周回配置される各周回導体３の有効周回数は、周回数比１：１：１を満たす条件で決定される。
【００５１】
次に、図１に示される巻線ＣＴ２の変流比が互いに異なる場合、例えば１：２：３である場合には、各巻線ＣＴ２に電気的に接続されている各周回導体３の有効周回数を、周回数比６：３：２を満たす条件で決定することによって、光電流センサ１１の感度を統一することができる。すなわち、各光電流センサ１１の感度比は、変流比と周回数比の積で示され、上記の例の場合には、（１×６）：（２×３）：（３×２）＝６：６：６＝１：１：１、となる。
【００５２】
以上のように、本実施形態によれば、周回導体３を、光電流センサ１１を取り囲むように周回配置し、周回導体３の有効周回数（周回導体３によりファラデー素子４の周りを流れる電流の周回数）を、巻線ＣＴ２の変流比に基づいて決定される所定の周回数比とすることにより、各光電流センサ１１の感度を自由に調整することができる。
【００５３】
したがって、送電線１に設置される複数の光電流センサ１１として全く同一の構成を有する光電流センサを使用することができ、複数の光電流センサ間における感度の誤差が抑制されるため、光電流センサ間の感度補正も不要となり、電流差動判定演算精度（感度）の高い保護システムを提供することができる。また、複数の光電流センサ１１の構成を統一できると共に、それら複数の光電流センサ１１からの光信号を検出、処理する信号処理ユニット７（検出部）を１つにまとめることができるため、保護システムのコストを削減することができる。
【００５４】
一方、電流差動方式の保護システムで使用される標本量についても、各周回導体３の有効周回数を、巻線ＣＴ２の変流比に基づき、標本量の用途に応じて決定される所定の周回数比にすることによって、光電流センサ１１の感度を自由に調整できることから、光電流センサ１１自体を何ら変更することなしに同一の光電流センサを使用して標本量を簡単に生成することができる。
【００５５】
例えば、図１の巻線ＣＴ２が全く同一の構成を有する場合には、周回導体３の有効周回数の周回数比を１：１：１とすることで地絡専用の標本量を、周回数比を２：０：１とすることで短絡・地絡共用の標本量を、また、周回数比を２：−１：−１とすることで短絡専用の標本量を、それぞれ生成することができる。ここで、周回数比の「０」は、周回導体３と巻線ＣＴ２を電気的に接続しないことを意味し、「−」の符号は、周回導体３に流れる電流の向きが逆方向になるようにして周回導体３と巻線ＣＴ２を電気的に接続することを意味する。
【００５６】
なお、図１においては、送電線を保護対象とする送電線保護システムの構成を示したが、本実施形態の保護システムは、送電線保護システムに限らず、地下ケーブルや他の電力系統（電力設備を含む）を保護対象とする各種の保護システムにも同様に適用可能である。
【００５７】
［第２の実施形態：送電線保護システム］
図２は、本発明を適用した第２の実施形態に係る電流差動方式の送電線保護システムの構成を示す構成図である。本実施形態は、前述した第１の実施形態の変形例であり、各相ごとに個別の光電流センサ１１を設ける代わりに、３相の全てをカバーする共通の光電流センサ１２を単体で設け、この光電流センサ１２を構成するファラデー素子４の異なる部分をそれぞれ取り囲むようにして、各相ごとの個別の周回導体３を周回配置し、各相の巻線ＣＴ２に接続したものである。
【００５８】
以上のような構成を有する本実施形態によれば、各周回導体３の有効周回数（各周回導体３によりファラデー素子４の周りを流れる電流の周回数）を、巻線ＣＴ２の変流比に基づいて決定される所定の周回数比にすることによって、光電流センサ１２の感度を自由に調整できることから、第１の実施形態と同様に、高精度な（高感度な）保護システムを低コストで提供できることに加えて、次のような作用効果が得られる。すなわち、送電線１の３相に対して、共通の光電流センサ１２を単体で設けることにより、各相ごとに個別の光電流センサ１１を設けた場合に比べて、保護システムの構成を簡略化でき、コストをさらに削減できる。
【００５９】
［第３の実施形態：送電線保護システム］
図３は、本発明を適用した第３の実施形態に係る電流差動方式の送電線保護システムの構成を示す構成図である。本実施形態は、前述した第１の実施形態の変形例であり、第１の実施形態における送電線１のＢ端側に設けられた各相ごとの光電流センサ１１に加えて、送電線１のＡ端側に、第２の実施形態と同様の３相に共通な光電流センサ１２を単体で設けたものである。なお、複数の光電流センサ１１，１２は、送光ファイバ６で直列に接続され、電流差動方式の保護システムを構成している。
【００６０】
以上のような構成を有する本実施形態によれば、各周回導体３の有効周回数（各周回導体３によりファラデー素子４の周りを流れる電流の周回数）を、巻線ＣＴ２の変流比に基づいて決定される所定の周回数比にすることによって、光電流センサ１１，１２の感度を自由に調整できることから、第１の実施形態と同様に、高精度な（高感度な）保護システムを低コストで提供できることに加えて、さらに次のような作用効果が得られる。
【００６１】
すなわち、本実施形態によれば、Ａ端側の光電流センサ１２とＢ端側の光電流センサ１１の電流差動判定を行うことにより、Ａ−Ｂ端間の送電線区間の故障判定を行うことができる。この場合、Ａ、Ｂ各端側のセンサの電流差動判定によって送電線区間の故障判定を行うための基本原理は、電流センサで検出された電気信号の電流差動判定を行う従来技術（例えば、特許文献２、３参照）で公知である。
【００６２】
しかし、本実施形態においては、電流は光電流センサ１１，１２で測定され、測定された電流の総和の演算（電流差動演算）は光信号レベルで行われることから、電気信号を処理する場合に必要な変換器などが演算に介在することがないので、より高精度な（高感度な）保護システムを提供することができる。
【００６３】
さらに、送電線１のＡ端側には、３相に共通の光電流センサ１２を単体で設ける構成であるため、第２の実施形態と同様に、各相ごとに個別の光電流センサ１１を設けた場合に比べて、保護システムのコストをさらに削減できる。また、本実施形態の変形例として、送電線１のＢ端側の光電流センサを、３相に共通の単体の光電流センサ１２にまとめることも可能であり、この場合には保護システムの一層の低コスト化に貢献できる。
【００６４】
［第４の実施形態：送電線保護システム］
図４は、本発明を適用した第４の実施形態に係る電流差動方式の送電線保護システムの構成を示す構成図である。本実施形態は、前述した第２の実施形態の変形例であり、第２の実施形態における送電線１のＢ端側に設けられた３相に共通な単体の光電流センサ１２に加えて、送電線１のＡ端側に、３相全体を取り囲むようにして３相に共通の光電流センサ１３を単体で設けたものである。この場合、Ａ端側の光電流センサ１３には、周回導体３は設けられていない。また、複数の光電流センサ１２，１３は、送光ファイバ６で直列に接続され、電流差動方式の保護システムを構成している。
【００６５】
以上のような構成を有する本実施形態によれば、各周回導体３の有効周回数（各周回導体３によりファラデー素子４の周りを流れる電流の周回数）を、巻線ＣＴ２の変流比に基づいて決定される所定の周回数比にすることによって、光電流センサ１２，１３の感度を自由に調整できることから、第１の実施形態と同様に、高精度な（高感度な）保護システムを低コストで提供することができる。そして、送電線１のＡ、Ｂ各端側に３相に共通の光電流センサ１２，１３を単体で設けることにより、各相ごとに個別の光電流センサ１１を設けた場合に比べて、第２の実施形態と同様に、保護システムの構成を簡略化でき、コストをさらに削減できることに加えて、さらに次のような作用効果が得られる。
【００６６】
すなわち、本実施形態によれば、Ａ端側の光電流センサ１３とＢ端側の光電流センサ１２の電流差動判定を行うことにより、Ａ−Ｂ端間の送電線区間の故障判定を光信号レベルで行うことができるため、第３の実施形態と同様に、より高精度な（高感度な）保護システムを提供することができる。特に、本実施形態において、Ａ端側の光電流センサ１３は、送電線１の３相全体を取り囲むように配置されているので、零相電流を一つの光電流センサ１３で検出することができる。このように、本実施形態によれば、Ａ、Ｂ各端側に設けたそれぞれ一つの光電流センサ１３，１２で送電線保護システムを構成することができるため、保護システムの一層の低コスト化に貢献できる。
【００６７】
［第５の実施形態：変圧器保護システム］
図５は、本発明を適用した第５の実施形態に係る変圧器保護システムの構成を示す構成図である。本実施形態は、変圧器８から出たそれぞれの電力系統に設置された巻線ＣＴ９の各々に、第１の実施形態と同様の個別の周回導体３をそれぞれ電気的に接続し、個別に設けられた光電流センサ１１をそれぞれ取り囲むようにして各周回導体３を周回配置したものである。
【００６８】
以上のような構成を有する本実施形態によれば、変圧器８周辺に設置された巻線ＣＴ９の変流比が大きく異なっている場合でも、各周回導体３の有効周回数（各周回導体３によりファラデー素子４の周りを流れる電流の周回数）を、巻線ＣＴ９の変流比に基づいて決定される所定の周回数比にすることによって、光電流センサ１１の感度を自由に調整できることから、第１の実施形態と同様に、高精度な（高感度な）保護システムを低コストで提供することができる。特に、変圧器周辺に設置された巻線ＣＴは、設置された部位の電流・電圧が各場所で大きく異なっていることから、変流比が大きく異なっているものがほとんどであるため、本実施形態により得られる作用効果は大きい。
【００６９】
［光電流測定装置の実施形態］
図６〜図９は、本発明を適用した第６〜第９の実施形態に係る光電流測定装置の構成をそれぞれ示す構成図である。これらの実施形態の光電流測定装置は、前述した第１〜第５の実施形態に係る保護システムにおける光電流センサと信号処理ユニットを含む部分の構成を、より詳細に具体化したものである。以下には、第６〜第９の実施形態に係る光電流測定装置について順次説明する。
【００７０】
［第６の実施形態：光電流測定装置］
図６は、本発明を適用した第６の実施形態に係る光電流測定装置の構成を示す構成図である。図６に示すように、光電流センサ２１は、ファラデー素子であるセンサファイバ３１、センサファイバ３１を取り巻くように周回配置された周回導体３２、この周回導体３２の所定の部位から引き出された複数の引き出し導体３３、センサファイバ３１の両端に設けられた２つの１／４波長板３４、などから構成されている。
【００７１】
なお、図６中においては、図面の簡略化の観点から、２本の引き出し導体３３のみが設けられ、周回導体３２の両端の端子を含めて全体の端子数は４となっており、各端子に「Ｔ１」〜「Ｔ４」の符号を付しているが、実際の端子数をｎとした場合に、端子数ｎは３以上の任意の自然数となり、各端子は「Ｔ１」〜「Ｔｎ」として表現できる。
【００７２】
すなわち、引き出し導体３３は１本のみとすることも、逆に、３本以上とすることも可能であるため、全体の端子数ｎは、引き出し導体３３の数に応じて異なってくる。いずれの場合でも、全体の端子数ｎに対して、周回導体３２の両端の各端子は、「Ｔ１」、「Ｔｎ」として表現でき、（ｎ−２）本の引き出し導体３３の各端子は、「Ｔ２」〜「Ｔ（ｎ−１）」として表現できる。
【００７３】
また、信号処理ユニット７は、光の出入端に設けられた２つの余長ファイバ３５、一方の余長ファイバ３５に接続された位相変調子３６、２つのファイバカプラ３７とその間に設けられた偏光子３８、などを備えている。ここで、信号処理ユニット７の２つの余長ファイバ３５は、２本の送光ファイバ３９によって、光電流センサ２１の２つの１／４波長板３４と光学的にそれぞれ接続されている。
【００７４】
信号処理ユニット７はまた、光源４１、Ｏ／Ｅ（光／電気）変換素子４２、信号処理回路４３、位相変調回路４４、出力回路４５、などを備えている。ここで、Ｏ／Ｅ変換素子４２は、フォトダイオードなどから構成された検出部である。また、信号処理回路４３は、Ｏ／Ｅ変換素子４２で変換された電気信号を処理して電流測定結果を得るようになっており、出力回路４５は、電流測定結果を所定のフォーマットで出力するようになっている。
【００７５】
以上のような構成を有する本実施形態において、信号処理ユニット７の光源４１から出射された光は、第１のファイバカプラ３７を通った後、偏光子３８で直線偏光となる。直線偏光となった光は、さらに第２のファイバカプラ３７を通って２つの光に分けられる。
【００７６】
この２つの光のうち、一方の直線偏光は、位相変調子３６、一方の余長ファイバ３５を通って信号処理ユニット７から出射され、一方の送光ファイバ３９を通って、光電流センサ２１の一方の１／４波長板３４まで到達する。直線偏光は、この１／４波長板３４で円偏光に変換された後、ファラデー素子であるセンサファイバ３１に導かれ、他方の１／４波長板３４でさらに円偏光から直線偏光に変換された後、光電流センサ２１から出射され、他方の送光ファイバ３９を通って信号処理ユニット７に入射し、他方の余長ファイバ３５を通って、第２のファイバカプラ３７に戻ってくる。
【００７７】
また、第２のファイバカプラ３７で分けられた２つの光のうち、他方の直線偏光は、上記の直線偏光と逆方向の経路を辿り、最終的に第２のファイバカプラ３７に戻ってくる。
【００７８】
このように、光電流センサ２１を互いに逆方向に伝搬して第２のファイバカプラ３７に戻ってきた２つの光は、この第２のファイバカプラ３７、偏光子３８、第１のファイバカプラ３７を通って、Ｏ／Ｅ変換素子４２に入射する。このＯ／Ｅ変換素子４２により入射光の位相差を示す光量変化が電気信号に変換され、得られた電気信号が信号処理回路４３で処理される結果、通電電流値が算出され、算出された通電電流値が電流測定結果として出力される。
【００７９】
この場合の測定原理は、周回導体３２の通電により２つの光の間に生じる光の位相差を検出して通電電流を算出するというものである。すなわち、光電流センサ２１のファラデー素子であるセンサファイバ３１を取り囲む周回導体３２に電流を通電した場合には、センサファイバ３１を逆方向に伝搬する円偏光の間に、電流の大きさに比例した光の位相差が生じ、この位相差が、Ｏ／Ｅ変換素子４２で光量変化として検出される。
【００８０】
この場合に検出される光の位相差θは、次の式（１）により表現できる。この式において、Ｎはファラデー素子の周りを流れる電流の周回数、Ｖはベルデ定数、Ｉは通電電流の大きさであり、この式（１）により、検出された位相差θから通電電流Ｉを容易に算出できる。
【数１】
θ＝Ｎ・Ｖ・Ｉ        …  （１）
【００８１】
このように、「ファラデー素子を取り囲む周回導体の通電」を利用して光の位相差を検出し、通電電流を算出する測定原理は、良く知られた既存の干渉型光電流センサの測定原理であり、公知である（例えば、特許文献５参照）。しかし、従来の測定原理においては、「周回導体の使用」のみが考慮されており、本実施形態のような引き出し導体は何ら想定されていなかったため、式（１）における「ファラデー素子の周りを流れる電流の周回数Ｎ」は、従来の測定原理では「周回導体自体が本質的に有する周回数」に他ならず、その値は１つの光電流センサで固定であり、可変ではない。
【００８２】
これに対して、引き出し導体３３を設けた本実施形態においては、周回導体３２の両端の端子Ｔ１，Ｔｎを使用して周回導体３２のみに電流を通電することも可能であるが、それに限らず、周回導体３２および引き出し導体３３の全体の端子Ｔ１〜Ｔｎ中から選択された２つの端子を使用して電流を通電することができる。そのため、通電に使用する２つの端子の組み合わせに応じて、ファラデー素子の周りを流れる電流の周回数Ｎは可変である。
【００８３】
すなわち、本実施形態において、上記の式（１）における「ファラデー素子の周りを流れる電流の周回数Ｎ」は、「周回導体自体が本質的に有する周回数」に限定されず、「周回導体において電流が流れる部分の周回数」であり、この値は、通電に使用する２つの端子に応じて決定される可変の値である。以下には、この「周回導体において電流が流れる部分の周回数」についてより具体的に説明する。
【００８４】
ここではまず、全体の端子Ｔ１〜Ｔｎに対して、隣接する各２つの端子間の周回数を、ｍ１〜ｍｎ−１としてそれぞれ表現する。すなわち、端子Ｔ１−端子Ｔ２間の周回導体の周回数をｍ１、端子Ｔ２−端子Ｔ３間の周回導体の周回数をｍ２とし、以下同様に、端子（Ｔｎ−１）−端子Ｔｎ間の周回導体の周回数をｍｎ−１とする。図６中においては、隣接する各２つの端子間の周回数ｍ１〜ｍ３が示されている。
【００８５】
そして、このような「隣接する各２つの端子間の周回数ｍ１〜ｍｎ−１」を用いて、「周回導体において電流が流れる部分の周回数」は、使用する２つの端子間における周回数の和として求めることができる。例えば、端子Ｔ１，Ｔ３を使用して電流を通電する場合、周回導体３２において電流が流れる部分の周回数は、ｍ１＋ｍ２となる。同様に、端子Ｔ２，Ｔ４を使用して電流を通電する場合、周回導体３２において電流が流れる部分の周回数は、ｍ２＋ｍ３となる。
【００８６】
さらに、周回導体３２の両端の端子Ｔ１，Ｔｎを使用して電流を通電する場合は、前述した「周回導体３２のみに電流を通電する場合」に他ならないが、この場合に、周回導体３２において電流が流れる部分の周回数は、ｍ１〜ｍｎ−１の総和となり、周回導体３２自体の周回数に一致する。
【００８７】
以上のように、本実施形態においては、周回導体３２および引き出し導体３３の全体の端子Ｔ１〜Ｔｎ中から選択された２つの端子を使用して電流を通電することができるため、上記の式（１）における「ファラデー素子の周りを流れる電流の周回数Ｎ」は、通電に使用する２つの端子の組み合わせに応じて可変である。
【００８８】
したがって、本実施形態によれば、光電流センサにおけるファラデー素子の周りを流れる電流の周回数Ｎを可変とすることができ、入出力感度可変の光電流測定装置を提供することができる。
【００８９】
［第７の実施形態：光電流測定装置］
図７は、本発明を適用した第７の実施形態に係る光電流測定装置の構成を示す構成図である。本実施形態は、前述した第６の実施形態の変形例であり、測定原理は第６の実施形態と同様であるが、本実施形態において、光電流センサ２１のセンサファイバ３１を取り巻く周回導体３２からは、摺動接点５１を持つ摺動接点付き引き出し導体５２が引き出されており、周回導体３２と摺動接点付き引き出し導体５２は、摺動接点５１により電気的に接続されている。
【００９０】
本実施形態によれば、摺動接点５１を周回導体３２の任意の位置に動かすことで、ファラデー素子であるセンサファイバ３１の周りを流れる電流の周回数Ｎを可変とする摺動接点付き光電流センサ２２を構成することができ、第６の実施形態と同様に、入出力感度可変の光電流測定装置を構成することができる。
【００９１】
［第８の実施形態：光電流測定装置］
図８は、本発明を適用した第８の実施形態に係る光電流測定装置の構成を示す構成図である。本実施形態は、前述した第７の実施形態の変形例であり、測定原理は第６の実施形態と同様であるが、本実施形態においては、複数の摺動接点付き光電流センサ２２が送光ファイバ３９によって直列接続されている。
【００９２】
また、各摺動接点付き光電流センサ２２において、周回導体３２と摺動接点付き引き出し導体５２の間にはスイッチ５３が設けられている。このスイッチ５３は、制御所６１からの信号によって動作し、周回導体３２と摺動接点付き引き出し導体５２を、センサファイバ３１の周りに電流を周回させることなく短絡するようになっている。
【００９３】
本実施形態によれば、遠隔地の制御所６１からの信号によって、任意の摺動接点付き光電流センサ２２のスイッチ５３を動作させ、そのセンサファイバ３１の周りに電流を周回させなくすることができる。したがって、制御所６１からの遠隔操作により、任意の摺動接点付き光電流センサ２２の動作を容易に停止させることができる。
【００９４】
［第９の実施形態：光電流測定装置］
図９は、本発明を適用した第９の実施形態に係る光電流測定装置の構成を示す構成図である。本実施形態は、前述した第８の実施形態の変形例であり、測定原理は第６の実施形態と同様である。本実施形態においては、複数の摺動接点付き光電流センサ２２を設ける代わりに、単体の光電流センサ２１を構成するセンサファイバ３１の異なる部分の周りに、周回導体３２と摺動接点付き引き出し導体５２からなる導体組が複数組配置されており、このような複数の導体組を持つ単体の摺動接点付き光電流センサ２３が構成されている。
【００９５】
また、この摺動接点付き光電流センサ２３において、各導体組を構成する周回導体３２と摺動接点付き引き出し導体５２の間には、スイッチ５３が設けられており、このスイッチ５３は、制御所６１からの信号によって、当該導体組の周回導体３２と摺動接点付き引き出し導体５２を、その導体組配置部分のセンサファイバ３１の周りに電流を周回させることなく短絡するようになっている。
【００９６】
本実施形態によれば、遠隔地の制御所６１からの信号によって、任意の導体組のスイッチ５３を動作させ、その導体組配置部分のセンサファイバ３１の周りに電流を周回させなくすることができる。したがって、制御所６１からの遠隔操作により、単体の摺動接点付き光電流センサ２３のうち、任意の単数または複数の導体組を流れる電流の和を容易に測定することができる。
【００９７】
［他の実施形態］
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で他にも多種多様な形態が実施可能である。
【００９８】
例えば、本発明の保護システムは、送電線や変圧器に限らず、地下ケーブルや他の電力系統（電力設備を含む）にも適用可能であることは明らかである。また、本発明の保護システムは、部分放電による漏れ電流を測定することによって、部分放電検出に使用することも可能である。加えて、本発明の保護システムに使用する光電流センサとしては、前記の各実施形態において説明した光電流センサだけでなく、光電磁気相互作用を利用した光電流センサもまた使用可能である。
【００９９】
一方、本発明の保護システムにおいて、入出力感度可変な光電流測定装置として使用する光電流測定装置は、本発明で提案する周回導体と引き出し導体の端子群から選択された２つの端子を使用する光電流測定装置に限らず、何らかの手法で入出力感度可変に構成された各種の光電流測定装置を同様に適用可能である。
【０１００】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の保護システムにおいては、周回導体を光電流センサの周りに周回配置し、光電流センサの周りを流れる電流の周回数を巻線ＣＴの変流比に基づいて決定することにより、光電流センサの感度を自由に調整可能である。したがって、本発明によれば、巻線ＣＴの変流比（入出力感度比）の差異に関わらず、同一の光電流センサを使用して高精度な（高感度な）保護システムを低コストで提供することができる。
【０１０１】
また、本発明の光電流測定装置においては、周回導体を光電流センサの周りに周回配置し、周回導体の所定の部位から引き出し導体を引き出して、これらの導体により構成される端子群中から選択された２つの端子を使用して電流を通電することによって、光電流センサの周りを流れる電流の周回数を可変とすることができる。したがって、本発明によれば、光電流センサの感度が可変な光電流測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した第１の実施形態に係る電流差動方式の送電線保護システムの構成を示す構成図。
【図２】本発明を適用した第２の実施形態に係る電流差動方式の送電線保護システムの構成を示す構成図。
【図３】本発明を適用した第３の実施形態に係る電流差動方式の送電線保護システムの構成を示す構成図。
【図４】本発明を適用した第４の実施形態に係る電流差動方式の送電線保護システムの構成を示す構成図。
【図５】本発明を適用した第５の実施形態に係る変圧器保護システムの構成を示す構成図。
【図６】本発明を適用した第６の実施形態に係る光電流測定装置の構成を示す構成図。
【図７】本発明を適用した第７の実施形態に係る光電流測定装置の構成を示す構成図。
【図８】本発明を適用した第８の実施形態に係る光電流測定装置の構成を示す構成図。
【図９】本発明を適用した第９の実施形態に係る光電流測定装置の構成を示す構成図。
【図１０】従来の保護システムの一例を示す構成図。
【符号の説明】
１．．．送電線
２…巻線ＣＴ
３…周回導体
４…ファラデー素子
５…１／４波長板
６…送光ファイバ
７．．．信号処理ユニット
８．．．変圧器
９．．．巻線ＣＴ
１１〜１３…光電流センサ
２１…光電流センサ
２２，２３…摺動接点付き光電流センサ
３１…センサファイバ
３２…周回導体
３３…引き出し導体
３４…１／４波長板
３５…余長ファイバ
３６…位相変調子
３７…ファイバカプラ
３８…偏光子
３９…送光ファイバ
４１…光源
４２…Ｏ／Ｅ（光／電気）変換素子
４３…信号処理回路
４４…位相変調回路
４５…出力回路
５１…摺動接点
５２…摺動接点付き引き出し導体
５３…スイッチ
１００．．．ＰＣＭ電流差動リレー
１０１．．．通信装置
１０２．．．遮断器
【図１】
2004301770.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004301770.tif 000007
【図６】
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【図７】
2004301770.tif 000009
【図８】
2004301770.tif 000010
【図９】
2004301770.tif 000011
【図１０】
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