(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体中に設置された導体としてのガス絶縁機器の高電圧導体又はブッシングの口出線、気体中に設置された固体絶縁材としてのブッシング又は碍子のいずれかを測定対象とし、前記測定対象の周囲に存在する前記気体中に電界が発生している場合の電圧の測定方法において、前記気体の電界影響領域に検出光を透過させる光路を決定し、前記測定対象の電圧と前記光路の透過光の偏光状態との対応関係を予め求めておき、前記光路に前記検出光を透過させて、その透過光の偏光状態から前記対応関係を利用して前記測定対象の電圧を求めることを特徴とする気体透過光を用いた電圧測定方法。
【請求項２】
前記ガス絶縁機器の高電圧導体又は前記ブッシングの口出線を前記測定対象とし、前記測定対象に既知の値の試験電圧をかけながら前記光路に前記検出光を透過させて前記測定対象にかけた電圧と透過光の偏光状態との対応関係を予め求めておくことを特徴とする請求項１記載の気体透過光を用いた電圧測定方法。
【請求項３】
前記ガス絶縁機器の高電圧導体を前記測定対象とし、前記気体は前記測定対象を収容するタンク内に充填されており、前記検出光の光源は前記タンクの外に設けられており、前記タンクに設けた窓から前記検出光を前記気体に向けて照射することを特徴とする請求項１又は２記載の気体透過光を用いた電圧測定方法。
【請求項４】
前記窓の電位を前記タンクの電位と等しくすることを特徴とする請求項３記載の気体透過光を用いた電圧測定方法。
【請求項５】
前記検出光を反射させて前記電界影響領域を複数回通過するように前記光路を決定することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の気体透過光を用いた電圧測定方法。
【請求項６】
前記検出光を変調して前記光路に透過させると共に、前記光路を透過した透過光を同期検波し、同期検波後の透過光の偏光状態から前記対応関係を利用して前記測定対象の電圧を求めることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の気体透過光を用いた電圧測定方法。
【請求項７】
気体中に設置されたブッシング又は碍子を推定対象とし、前記推定対象の周囲に存在する前記気体中に電界が発生している場合の表面汚損の推定方法において、前記気体の電界影響領域に検出光を透過させる光路を決定し、前記光路に検出光を透過させてその透過光の偏光状態を観測し、当該偏光状態の変化に基づいて前記推定対象の表面汚損を推定することを特徴とする気体透過光を用いた表面汚損の推定方法。
【請求項８】
前記検出光を反射させて前記電界影響領域を複数回通過するように前記光路を決定することを特徴とする請求項７記載の気体透過光を用いた表面汚損の推定方法。
【請求項９】
前記検出光を変調して前記光路に透過させると共に、前記光路を透過した透過光を同期検波し、同期検波後の透過光の偏光状態を観測することを特徴とする請求項７又は８記載の気体透過光を用いた表面汚損の推定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気体透過光を用いた電圧測定方法及び表面汚損の推定方法に関する。さらに詳述すると、本発明は、気体の電気光学カー効果を利用した電圧測定方法及び表面汚損の推定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えばガス絶縁機器等の機器類の電圧をモニタするために、機器類の端子に電圧用の計測器を接続する。特に高圧の機器類の電圧をモニタする場合には計器用変圧器（ＶＴ）等の計測器を使用する。この場合、機器類の外部に高圧端子を取り出し、この高圧端子に計器用変圧器を接続する。
【０００３】
また、大気を絶縁材とするブッシングや碍子等の絶縁部材は屋外で使用するものであり、表面が汚損する。絶縁部材の表面の汚損は、その部分の電位分担（その部分にかかる電圧）を減少させることになり、その分だけ他の部分の電位分担を増加させることになるので、絶縁状態の維持を困難にする虞がある。このため、絶縁部材の表面汚損を定期的に観測して絶縁破壊を未然に防ぐことが好ましい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の計器用変圧器を使用して機器類の電圧をモニタする方法では、機器類の外部に高圧端子を取り出し、この高圧端子に計器用変圧器を接続する必要があるため、計器用変圧器の絶縁に大きな離隔距離や専用のガス絶縁タンクが必要となる。このため、システムの大型化を招き、設備コストの低減を困難にしている。
【０００５】
一方、ブッシングや碍子等の絶縁部材については、その表面にセンサ類を取り付けると絶縁破壊が生じる虞があるのでセンサ類を取り付けて表面の電圧を測定し、これに基づいて表面汚損を推定することは困難である。また、特に碍子は高所に設置されるものであるため、表面を直接目視することは困難である。これらのため、ブッシングや碍子等の絶縁部材の表面汚損を推定する方法の開発が要請されている。
【０００６】
本発明は、機器類の外部に取り出す高圧端子を不要にして設備の小型化が可能な電圧測定方法を提供することを目的とする。また、本発明は、ブッシングや碍子等の絶縁部材等について、その表面汚損を推定可能な方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、気体の電気光学カー効果（電気的カー効果）について鋭意研究を行った結果、従来考えられていたように気体の電気光学カー効果は一部の限られた気体にのみ発現するものではなく、気体一般に発現するものであることを見出すと共に、気体のカー定数は非常に小さいものではあるが、気体の電気光学力効果を利用して電界の測定を行えることを知見した。
【０００８】
本発明は、かかる知見に基づくものであって、請求項１記載の発明は、気体中に設置された導体としてのガス絶縁機器の高電圧導体又はブッシングの口出線、気体中に設置された固体絶縁材としてのブッシング又は碍子のいずれかを測定対象とし、前記測定対象の周囲に存在する前記気体中に電界が発生している場合の電圧測定方法において、気体の電界影響領域に検出光を透過させる光路を決定し、測定対象の電圧と光路の透過光の偏光状態との対応関係を予め求めておき、光路に検出光を透過させて、その透過光の偏光状態から前記対応関係を利用して測定対象の電圧を求めるものである。
【０００９】
電圧がかけられた測定対象の周囲には電界が発生する。そして、気体の電界影響領域（電界の影響を受ける領域）では、測定対象の電圧に応じて誘電率異方性（屈折率異方性）が変化する。この電界影響領域に光を透過させると、透過光は電界影響領域の誘電率異方性に応じた偏光状態となる。したがって、測定対象の電圧と透過光の偏光状態とは一定の対応関係を示すことになり、この対応関係を利用することで実測した透過光の偏光状態に基づいて、測定対象の電圧を求めることができる。
【００１０】
また、請求項２記載の気体透過光を用いた電圧測定方法は、ガス絶縁機器の高電圧導体又はブッシングの口出線を測定対象とし、測定対象に既知の値の試験電圧をかけながら光路に検出光を透過させて測定対象にかけた電圧と透過光の偏光状態との対応関係を予め求めておくものである。
【００１１】
導体である測定対象に電圧がかかると、その測定対象の周囲に電界が発生する。そして、気体の電界影響領域では、測定対象の電圧に応じて誘電率異方性（屈折率異方性）が変化する。この電界影響領域に光を透過させると、透過光は電界影響領域の誘電率異方性に応じた偏光状態となる。したがって、測定対象にかけた電圧と透過光の偏光状態とは一定の対応関係を示すことになり、この対応関係を利用することで実測した透過光の偏光状態に基づいて、測定対象の電圧を求めることができる。測定対象にかけた電圧と透過光の偏光状態との関係は、測定対象に既知の値の試験電圧をかけた実測を繰り返すことで求められる。
【００１２】
また、請求項３記載の気体透過光を用いた電圧測定方法は、ガス絶縁機器の高電圧導体を測定対象とし、気体は測定対象を収容するタンク内に充填されており、検出光の光源はタンクの外に設けられており、タンクに設けた窓から検出光を気体に向けて照射するものである。
【００１３】
ガス絶縁機器では、高電圧となる導体を絶縁する気体即ちガス絶縁体がタンク内に納められている。このため、高電圧導体の電圧を測定するために遮光体であるタンクの外に光源と光検出器を設置すると、ガス絶縁体に検出光を入射させることができない。したがって、遮光体に窓を形成することで、光源からガス絶縁体に検出光を入射させることができ、また、ガス絶縁体の電界影響領域を透過した透過光を光検出器に向けて出射させることができる。
【００１４】
また、請求項４記載の気体透過光を用いた電圧測定方法は、窓の電位をタンクの電位と等しくするものである。したがって、例えばガス絶縁機器では遮光体としてのガスタンクの電位を接地電位に落とすことで窓の部分の電位も接地電位に落とすことができる。
【００１５】
また、請求項５記載の気体透過光を用いた電圧測定方法は、検出光を反射させて電界影響領域を複数回通過するように光路を決定するものである。
【００１６】
したがって、光路に照射された検出光は電界影響領域を複数回通過する。電界影響領域を通過する度に検出光（透過光）は偏光状態を変化させるので、偏光状態を大きく変化させることができる。即ち、透過光の偏波面変化は誘電率異方性のある媒質を通過している間積分されるため、電界影響領域を透過する距離を長くすることで透過光の偏波面変化を大きくすることができる。
【００１７】
また、請求項６記載の気体透過光を用いた電圧測定方法は、検出光を変調して光路に透過させると共に、光路を透過した透過光を同期検波し、同期検波後の透過光の偏光状態から上記対応関係を利用して測定対象の電圧を求めるものである。
【００１８】
気体の揺らぎや検出光の光源の出力揺らぎ等は測定のノイズとなる。光路を透過した透過光の偏光状態の中から変調の周波数成分だけを抽出することで、気体の揺らぎや光源の揺らぎ等のノイズ要因を除去して電圧測定を行うことができる。
【００１９】
さらに、請求項７記載の発明は、気体中に設置されたブッシング又は碍子を推定対象とし、推定対象の周囲に存在する気体中に電界が発生している場合の表面汚損の推定方法において、気体の電界影響領域に検出光を透過させる光路を決定し、光路に検出光を透過させてその透過光の偏光状態を観測し、当該偏光状態の変化に基づいて推定対象の表面汚損を推定するものである。
【００２０】
気体の電界影響領域（電界の影響を受ける領域）では、電界を発生させる電圧の値に応じた誘電率異方性（屈折率異方性）となる。したがって、推定対象の表面に汚損が堆積することで推定対象表面の電圧が変化すると、電界影響領域の誘電率異方性も変化する。電界影響領域に光を透過させると、その透過光の偏光状態は電界影響領域の誘電率異方性に応じたものになるので、誘電率異方性の変化に基づいて推定対象表面の電圧の変化、即ち推定対象表面の汚損の有無や堆積状態を推定することができる。
【００２１】
また、請求項８記載の気体透過光を用いた表面汚損の推定方法は、検出光を反射させて電界影響領域を複数回通過するように光路を決定するものである。
【００２２】
したがって、光路に照射された検出光は電界影響領域を複数回通過する。電界影響領域を通過する度に検出光（透過光）は偏光状態を変化させるので、偏光状態を大きく変化させることができる。即ち、透過光の偏波面変化は誘電率異方性のある媒質を通過している間積分されるため、電界影響領域を透過する距離を長くすることで透過光の偏波面変化を大きくすることができる。
【００２３】
また、請求項９記載の気体透過光を用いた表面汚損の推定方法は、検出光を変調して光路に透過させると共に、光路を透過した透過光を同期検波し、同期検波後の透過光の偏光状態を観測するものである。
【００２４】
気体の揺らぎや検出光の光源の出力揺らぎ等は測定のノイズとなる。光路を透過した透過光の偏光状態の中から変調の周波数成分だけを抽出することで、気体の揺らぎや光源の揺らぎ等のノイズ要因を除去して表面汚損を推定することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。図１に本発明を適用した気体透過光を用いた電圧測定方法の実施形態の一例を示す。また、この電圧測定方法をガス絶縁機器に適用した例を図２及び図３に示す。
【００２６】
この電圧測定方法は、気体１１中に設置された導体としてのガス絶縁機器の高電圧導体又はブッシングの口出線、気体１１中に設置された固体絶縁材としてのブッシング又は碍子のいずれかを測定対象（以下、部材１２という）とし、部材１２の周囲に存在する気体１１中に電界が発生している場合の電圧を測定する方法であって、気体１１の電界影響領域１３に検出光１４を透過させる光路１５を決定し（ステップＳ１）、部材１２の電圧と光路１５の透過光の偏光状態との対応関係（関数）を予め求めておき（ステップＳ２）、光路１５に検出光１４を透過させて（ステップＳ３）、その透過光の偏光状態から前記対応関係を利用して部材１２の電圧を求める（ステップＳ４）ものである。
【００２７】
図２及び図３に示すガス絶縁機器１６の高電圧導体の電圧を測定する例では、電圧を測定する対象の部材１２がガス絶縁機器１６の高電圧導体（以下、高電圧導体１２という）である。また、部材１２の電圧と光路１５の透過光の偏光状態との対応関係として、高電圧導体１２に既知の値の試験電圧をかけながら光路１５に検出光１４を透過させて高電圧導体１２にかけた電圧と透過光の偏光状態との対応関係を求めている。
【００２８】
ガス絶縁機器１６のタンク１７内には気体１１としてのガス絶縁体（以下、ガス絶縁体１１という）が充填されており、このガス絶縁体１１によって高電圧導体１２を絶縁している。高電圧導体１２の周囲には電界が発生する。したがって、電界内にガス絶縁体１１が存在することになる。
【００２９】
まず、ガス絶縁体１１の電界影響領域（電界の影響を受ける領域）１３に検出光１４を透過させる光路１５を決定する（ステップＳ１）。この光路１５上に検出光１４を伝搬させることでガス絶縁体１１の電界影響領域１３中を透過させる。
【００３０】
次に、この光路１５における高電圧導体１２にかけた電圧と透過光の偏光状態との対応関係を求める（ステップＳ２）。高電圧導体１２にかけた電圧と透過光の偏光状態とが一定の対応関係を示すのは以下の理由からである。
【００３１】
高電圧導体１２の周囲には電界が発生するので、電界影響領域１３ではガス絶縁体１１は電気光学カー効果（電気的カー効果）により誘電率異方性体となる。その屈折率は高電圧導体１２にかけた電圧の二乗に比例して変化する。
【００３２】
ここで、本発明者等は、気体の電気光学カー効果を利用して電界の測定を行えることを実験により確認した。
【００３３】
実験は、観測用窓付き高圧密閉容器に被測定対象気体を加圧密閉すると共に、密閉容器内の平行平板電極に直流高電圧を印加し、平行平板電極間にレーザ光を透過させることによってを行った。気体のカー効果による複屈折のため、電極間を透過したレーザ光には、電極間の電界Ｅの二乗に比例した偏波間位相差Γが生じる。この偏波間位相差Γを数式１に示す。
【数１】
Γ＝２πＢｌＥ２    （Ｂはカー定数、ｌは光路長）
気体のカー定数は極めて小さいため、カー効果による位相差の検出にはＳ／Ｎ比を向上させる必要がある。そこで、光学ミラーを用いて、光路ｌを長くし信号自体を大きくするとともに、入射レーザ光（Ｈｅ−Ｎｅレーザ、波長６３２．８ｎｍ）を、音響光学変調素子（Photo Elestic Modulator）により５０ｋＨｚで位相変調し、Ｏ／Ｅ変換器検出信号を、ロックインアンプで同期検波した。
【００３４】
図８に、０．４９５ＭＰａ、ＣＯ２下の測定結果例を示す。図上部に印加電界（印加電圧を電極間距離２０ｍｍで割ったもの）の二乗を、図下部に偏波間位相差測定結果を示す。電界を約２０秒かけて５．２［ＭＶ／ｍ］まで、さらに７秒かけて６．２［ＭＶ／ｍ］までと二段階に上昇させた後、電源をオフにし回路時定数に応じて下降させている。
【００３５】
図８より、検出位相差は、印加電界の二乗に良く追従していることがわかる。
【００３６】
表１に、各種ガス、圧力下でのカー定数測定結果を示す。カー定数は圧力依存性があるので、各数値とも０．１ＭＰａあたりに規格化した値である。
【表１】
0004662322.tif 000002
【００３７】
そこで誘電率異方性を示すガス絶縁体１１に光を透過させると、その偏光状態はガス絶縁体１１の誘電率異方性に応じて変化する。即ち、高電圧導体１２の電圧に応じてガス絶縁体１１の誘電率異方性が定まり、ガス絶縁体１１の誘電率異方性に応じて透過光の偏光状態が定まるので、高電圧導体１２にかける電圧とガス絶縁体１１の透過光の偏光状態との間には一定の対応関係が成立することになる。
【００３８】
高電圧導体１２に既知の値の試験電圧をかけた状態でガス絶縁体１１の電界影響領域１３に検出光１４を透過させ、その透過光の偏光状態を測定する。例えば、検光子によって透過光の特定方向成分を取り出し、その光強度を測定する。そして、高電圧導体１２にかける試験電圧を変えて同様の測定を繰り返し行う。このように試験電圧を変えた測定を繰り返し行うことで、高電圧導体１２にかかる電圧と電界影響領域１３を透過した透過光の偏光状態との対応関係を求めることができる。
【００３９】
同じガス絶縁機器１６であっても光路１５が異なると、高電圧導体１２にかける電圧と透過光の偏光状態との対応関係は変化する。したがって、実際に電圧測定を行う光路１５について、高電圧導体１２にかける電圧と透過光の偏光状態との対応関係を求めておく。
【００４０】
このようにして高電圧導体１２にかけた電圧と透過光の偏光状態との対応関係を求めた後、光路１５に検出光１４を透過させ（ステップＳ３）、その透過光の偏光状態から前記対応関係を利用して高電圧導体１２の電圧を求める（ステップＳ４）。即ち、実測した透過光の偏光状態を前記対応関係に当てはめることで、その偏光状態に対応する電圧を導くことができ、この電圧が高電圧導体１２の電圧となる。
【００４１】
検出光１４として、ガス絶縁体１１を透過し得る波長の光を使用する。タンク１７は検出光１４を透過させない遮光体であるので、タンク１７の光路１５上の部位に検出光１４を透過させる窓を形成する。本実施形態では、タンク１７の光路１５上の部位に、検出光１４を入射させる入射窓１８と、電界影響領域１３を透過した透過光を出射させる出射窓１９を形成している。
【００４２】
窓１８，１９は、タンク１７に孔１７ａをあけ、この孔１７ａを検出光１４が透過し得る材料の栓２０で塞ぐことで構成される。栓２０は例えばガラスによって形成される。栓２０の外面には例えば導電性コートが施されており、窓１８，１９の電位をタンク１７の電位と等しくしている。タンク１７の電位は接地電位に落とされており、窓１８，１９に導電性コートを施していない場合には栓２０の部分に電圧が発生する虞がある。そのため、栓２０の外面に導電性コートを施すことで栓２０の電位を接地電位に落とし、電圧の発生を防いで絶縁上の安全性をより高めている。導電性コートとして、例えばＩＴＯ（酸化インジウムスズ）膜を形成する。本実施形態では、ＩＴＯ膜を形成したガラス片を栓２０として孔１７ａに嵌め込んで気密に接着し窓１８，１９を形成する。なお、窓１８，１９の大きさは検出光１４が通過できる限度で可能な限り小さくすることが好ましい。窓１８，１９を小さくすることで、絶縁上の安全をより図ることができる。
【００４３】
例えば図２及び図３に示すように、入射窓１８には検出光１４の光源２１が取り付けられている。また、出射窓１９には検出器２２が取り付けられている。検出器２２は検光子と受光器より構成されている。受光器の出力は例えば図示しない電圧記録装置に供給される。タンク１７は接地電位に落とされており、タンク１７の外周面に光源２１や検出器２２の取り付けを可能にしている。
【００４４】
光源２１から検出光１４を入射窓１８に向けて照射すると、この検出光１４はガス絶縁体１１の電界影響領域１３を通って出射窓１９から検出器２２の検光子に入射する。
【００４５】
電界影響領域１３ではガス絶縁体１１は誘電率に異方性を有しているので、ガス絶縁体１１に入射した検出光１４は、直ちに誘電率の大きい方向と小さい方向（互いに直交）の直線偏波に分かれ、それぞれの屈折率（速度）で光路１５を伝搬する。その結果、図４に示すように、誘電率の大きい方向と小さい方向の直線偏波に位相差が生じ、これらを合成して考えると、ガス絶縁体１１に入射する前の状態と比べて偏波面が変形する。したがって、ガス絶縁体１１の電界影響領域１３を透過した後の透過光の特定方向成分（たとえば図４のｘ軸及びｙ軸に対して４５度方向の成分）に注目すると、この特定方向成分の光強度はガス絶縁体１１の誘電率異方性の大きさに依存することになる。この特定方向成分の光を検出器２２の電界方向から定まる適切な方向の検光子によって取り出し受光器に入射させると、光強度に応じた信号、即ち電界影響領域１３の誘電率異方性の大きさに対応した信号を得ることができる。屈折率異方性に分布がある物質の場合には、この現象が平均化されて現れる。
【００４６】
そして、既知の値の試験電圧を高電圧導体１２にかけて透過光の特定方向成分の光強度を測定し、かかる測定を試験電圧を変えて複数回おこなう。複数回の測定結果に基づいて高電圧導体１２にかかる電圧値と透過光の特定方向成分の光強度との関係式をフィッティングする（ステップＳ２）。例えば、数式２のような関係式がフィッティングされる。
【数２】
光強度＝Ａ×ｃｏｓ（Ｂ×電圧の二乗＋Ｃ）
ただし、Ａ，Ｂ，Ｃはガス絶縁機器１６ごとに設定する関係式毎に定める係数
この様な関係式を求めた後、稼働中のガス絶縁機器１６の高電圧導体１２の電圧測定をおこなう。透過光の特定方向成分の光強度を計測する（ステップＳ３）ことで、上記関係式から高電圧導体１２の電圧を求めることができる（ステップＳ４）。
【００４７】
実際には、ガス絶縁機器１６の高電圧導体１２には商用周波数、例えば５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの周波数の交流電流が流れていることからその周波数で透過光の特定方向成分の光強度は変化する。光源２１から検出光１４を連続して照射することで、透過光の特定方向成分の光強度を連続して計測することができ、高電圧導体１２の電圧を連続してモニタすることができる。
【００４８】
このように、本発明では、高電圧導体１２を絶縁するガス絶縁体１１を利用して高電圧導体１２の電圧値を測定することができる。このため、電圧測定に必要な設備がコンパクトになり、設備コストを低減することができる。
【００４９】
また、高電圧導体１２を絶縁するガス絶縁体１１の電界影響領域１３に検出光１４を透過させることで高電圧導体１２の電圧を測定できるので、簡単に電圧測定を行うことができる。
【００５０】
また、実際に測定を行う光路１５を決定し、この光路１５について上記対応関係を求めて電圧測定を行うので、光路１５の選択の自由度が高く、いろいろな場所に適用することができる。即ち、同一のガス絶縁機器１６であってもいろいろな場所に適用することができ、また、ガス絶縁機器１６の高電圧導体１２以外の部材についても適切な場所を選択して適用することができる。これらのため、汎用性に優れ、使い勝手の良い電圧測定方法を提供することができる。
【００５１】
なお、上述の説明では、ガス絶縁機器１６の高電圧導体１２の電圧を測定する場合を例にしていたが、これに限るものではないことは勿論である。例えばブッシングの口出線等の電圧を測定するのに適用しても良い。
【００５２】
また、電圧測定の対象となる部材１２としては必ずしも導体である必要はなく、例えば、ブッシングや碍子等の固体絶縁材やその他の部材であっても良い。例えばブッシングの碍管の表面の電位分担を測定することも可能である。
【００５３】
図５に、部材１２としてのブッシング（以下、ブッシング１２という）の表面の電位分担（その部分にかかる電圧）を測定する例を示す。例えば図５中符号２３で示す部分の電位分担を測定する場合には、その部分２３の周囲の電界影響領域１３に検出光１４を通過させるようにする。
【００５４】
この場合にも、気体１１の電界影響領域１３に検出光１４を透過させる光路１５を決定し（ステップＳ１）、部分２３の電圧と光路１４の透過光の偏光状態との対応関係を予め求めておき（ステップＳ２）、光路１５に検出光１４を透過させて（ステップＳ３）、その透過光の偏光状態から前記対応関係を利用して部分２３の電圧を求める（ステップＳ４）ことができる。
【００５５】
ブッシング１２の表面の電位分担は、ブッシング１２の形状や誘電率に応じて決まるものである。したがって、ブッシング１２の図示しない口出線の電圧に基づいて部分２３の電位分担を算出することができる。即ち、この場合には、ステップＳ２において、口出線に既知の値の試験電圧をかけながら光路１５に検出光１４を透過させ、口出線の試験電圧に基づいて算出した部分２３の電位分担と透過光の偏光状態との対応関係を求めれば良い。
【００５６】
なお、図５の実施形態では、光源２１から出射されて電界影響領域１３を通過した検出光１４をミラー２４によって反射し、もう一度、電界影響領域１３を通過させて検出器２２に入射させるようにしている。即ち、検出光１４が電界影響領域１３を２回通過するように光路１５を決定している。このように、検出光１４が電界影響領域１３を２回通過することで検出器２２に入射する気体透過光の偏光状態をより大きく変化させることができ、検出の感度が向上してより正確に電圧測定を行うことができる。
【００５７】
また、検出光１４が電界影響領域１３を通過する回数は２回に限るものではなく、３回以上、電界影響領域１３を通過するようにしても良いことは勿論である。検出光１４を電界影響領域１３に何度も通過させることで検出光１４が誘電率異方性のある領域を通過する距離を長くすることができ、透過光の偏光状態をより大きく変化させることができる。なお、検出光１４を例えば３往復させて誘電率異方性のある領域、即ち電界影響領域１３を６回通過させ、検出の感度を６倍向上させる場合の概念を図６に示す。なお、このように検出光１４を反射させて電界影響領域１３を複数回通過させることで検出の感度を向上させることができる点は、図５に示す実施形態以外の実施形態でも同様である。
【００５８】
なお、図１のステップＳ２において対応関係を求める場合に、複数の対応関係、即ち電界影響領域１３の温度（気体密度）を少しずつ変化させた対応関係を求めておき、実測を行う（ステップＳ３）ときの実際の電界影響領域１３の温度（気体密度）に応じて適切な対応関係を選択し、選択した対応関係を利用して電圧値を求める（ステップＳ４）ようにしても良い。
【００５９】
次に、本発明を適用した気体透過光を用いた表面汚損の推定方法の実施形態の一例について説明する。この表面汚損の推定方法は、上述した電圧測定方法と同一の原理に基づいて表面汚損を推定するものである。例えば、屋外に設置されているブッシングや碍子等の表面汚損を推定することができる。図５及び図７に基づいて具体的に説明する。
【００６０】
いま、図５のブッシング１２が屋外に設置されているとする。このブッシング１２の表面には汚損物質が付着する。汚損物質には塩分など、水に溶けた場合に導電性を示すものがある。ブッシング１２の表面に付着した汚損物質が雨や湿気等で濡れると、その部分が導電性を持つことになるので電位分担（その部分にかかる電圧）が小さくなり、その分だけ他の部分の電位分担が大きくなる。このため、汚損物質の堆積を放置しておくと、ついには絶縁が保てなくなって放電が起きる虞がある。本発明では、ブッシング１２の表面汚損を推定することができるので、ブッシング１２の交換時期を知ることができる。
【００６１】
本発明の表面汚損の推定方法は、気体１１中に設置されたブッシング又は碍子を推定対象（以下、部材１２という）とし、推定対象の周囲に存在する気体１１中に電界が発生している場合の表面汚損の推定方法であって、気体１１の電界影響領域１３に検出光１４を透過させる光路１５を決定し（ステップＳ５）、光路１５に検出光１４を透過させてその透過光の偏光状態を観測し（ステップＳ６）、当該偏光状態の変化に基づいて部材１２の表面汚損を推定する（ステップＳ７）ものである。
【００６２】
表面汚損の堆積に伴いその部分２３の電位分担が変化するので、その部分２３の周囲の電界も変化し、その周囲の電界影響領域１３の誘電率異方性も変化する。電界影響領域１３の誘電率異方性の変化に応じて光路１５の透過光の偏光状態も変化するので、結局、光路１５の透過光の偏光状態をモニタすることで、その偏光状態の変化に基づいて当該部分２３の表面汚損を推定することができる。また、汚損の堆積量の増加に伴い透過光の偏光状態の変化量も増加するので、表面汚損の有無だけではなく、表面汚損の堆積状態も推定することができる。
【００６３】
なお、ブッシング１２の表面の複数箇所について電位分担を測定するようにしても良い。測定箇所が１箇所でもブッシング１２の表面汚損を推定することはできるが、複数箇所について電位分担を測定し表面汚損を推定することで、どの部分に汚損物質がたくさん堆積しているかについての評価を行うことが可能になる。また、測定箇所が１箇所の場合には、測定値の変化が表面汚損に起因したものであるのか、又は口出線（ブッシング１２内を通っている導体）の印加電圧の変化に起因したものであるのかの判断が困難なときがある。これに対し、複数箇所について測定を行うことで、かかる判断が容易になる。
【００６４】
本発明は、例えば鉄塔等に取り付けられた碍子等の絶縁部材の表面汚損を測定するのにも適している。特に碍子は鉄塔等の高所に配置されるものであるため、その表面汚損の検出が困難であるが、本発明では碍子から離れた位置に光源２１と検出器２２を設置することが可能であり、高所に配置される碍子についても表面汚損を簡単に推定することができる。つまり、地上にレーザ光線等の光源２１と検出器２２を設置し、碍子の近傍に設置したミラー２４によって検出光１４を反射させることで、地上から鉄塔上の碍子の表面にかかる電位分担を測定することができる。このため、碍子の表面汚損の堆積状況を簡単にモニタすることができ、設備の保守上非常に有効である。
【００６５】
また、ブッシングや碍子等の部材１２に割れ等の破損が生じた場合には、その部分の電位分担が減少し、その周囲の電界影響領域１３の誘電率異方性が変化する。したがって、光路１５の透過光の偏光状態も変化するので、透過光の偏光状態の変化に基づいて部材１２の割れ等の破損を検出することができる。
【００６６】
なお、上述の各実施形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、検出光１４を変調して光路１５に透過させると共に、光路１５の電界影響領域１３を透過した透過光を同期検波し、同期検波後の透過光の偏光状態から前記対応関係を利用して部材１２の電圧を求めるようにしても良く、あるいは、同期検波後の透過光の偏光状態を観測することで部材１２の表面汚損を推定するようにしても良い。温度変化や、短絡電流などの急峻な電流変化に起因する電磁力等により、気体１１が揺らぐことがある。また、光源２１の出力に揺らぎが生じることがある。気体１１の揺動や光源２１の揺らぎは、測定出力である透過光の特定方向成分の光強度に対しノイズ要因になるので、測定出力にノイズが含まれることになる。本発明では、検出光１４にある周波数で位相変調をかけ、それを光検出器２２で検出した後、例えばロックインアンプ等のフィルタ装置を用いて同期検波、即ち特定の周波数成分だけ取り出すことで、先にかけた変調の周波数成分だけを取り出すことができる。これにより、周波数が異なる気体１１の揺らぎや光源２１の揺らぎ等のノイズ要因を除去することができ、Ｓ／Ｎ（信号／雑音）比を向上させることができる。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１記載の気体透過光を用いた電圧測定方法では、気体の電界影響領域に検出光を透過させる光路を決定し、測定対象の電圧と光路の透過光の偏光状態との対応関係を予め求めておき、光路に検出光を透過させて、その透過光の偏光状態から前記対応関係を利用して測定対象の電圧を求めるようにしているので、もともと、機器の絶縁材料として使用されているものを測定器の一部として利用することから、計器用変圧器を接続して電圧測定を行う場合のように絶縁の為に大掛かりな設備が不要になり、コンパクトな構造によって測定対象にかかる電圧を測定することができる。このため、設備コストを低減することができる。また、光路の選択の自由度が高く、汎用性に優れ使い勝手の良い電圧測定方法を提供することができる。さらに、ブッシングや碍子等の絶縁部材の表面にかかる電圧を測定することができる。
【００６８】
また、請求項２記載の気体透過光を用いた電圧測定方法では、ガス絶縁機器の高電圧導体又はブッシングの口出線を測定対象とし、測定対象に既知の値の試験電圧をかけながら光路に検出光を透過させて測定対象にかけた電圧と透過光の偏光状態との対応関係を予め求めておくようにしている。
【００６９】
また、請求項３記載の気体透過光を用いた電圧測定方法では、窓を利用して光路を確保して電圧測定を行うことができる。
【００７０】
また、請求項４記載の気体透過光を用いた電圧測定方法では、窓の電位をタンクの電位と等しくしているので、例えばガス絶縁機器のガスタンクのような遮光体に窓を形成した場合、ガスタンクの電位を接地電位に落とすことで窓の電位も接地電位に落とすことができ、絶縁上より安全である。
【００７１】
また、請求項５記載の気体透過光を用いた電圧測定方法では、検出光を反射させて電界影響領域を複数回通過するように光路を決定しているので、透過光の偏光状態を大きく変化させることができ、測定の感度を向上させることができる。
【００７２】
さらに、請求項６記載の気体透過光を用いた電圧測定方法では、検出光を変調して光路に透過させると共に、光路を透過した透過光を同期検波し、同期検波後の透過光の偏光状態から前記対応関係を利用して測定対象の電圧を求めるようにしているので、測定出力から気体の揺らぎや光源の揺らぎなどのノイズ要因を除去することができ、測定出力のＳ／Ｎ（信号／雑音）比を向上させることができ、測定の精度を向上させることができる。
【００７３】
また、請求項７記載の気体透過光を用いた表面汚損の測定方法では、気体の電界影響領域に検出光を透過させる光路を決定し、光路に検出光を透過させてその透過光の偏光状態を観測し、当該偏光状態の変化に基づいて推定対象の表面汚損を推定するようにしているので、例えば高所に設置された碍子や地上からの観察では隠れてしまうような推定対象の部分の表面汚損を推定することができる。また、簡単な設備で推定対象の表面汚損を推定することができる。
【００７４】
また、請求項８記載の気体透過光を用いた表面汚損の推定方法では、検出光を反射させて電界影響領域を複数回通過するように光路を決定しているので、透過光の偏光状態を大きく変化させることができ、偏光状態の観測の感度を向上させることができる。
【００７５】
また、請求項９記載の気体透過光を用いた表面汚損の推定方法では、検出光を変調して光路に透過させると共に、光路を透過した透過光を同期検波し、同期検波後の透過光の偏光状態を観測するようにしているので、測定出力から気体の揺らぎや光源の揺らぎなどのノイズ要因を除去することができ、測定出力のＳ／Ｎ（信号／雑音）比を向上させることができ、偏光状態の観測の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る気体透過光を用いた電圧測定方法の実施形態の一例を示すフローチャートである。
【図２】本発明をガス絶縁機器に適用した場合の斜視図である。
【図３】本発明をガス絶縁機器に適用した場合の断面図である。
【図４】誘電率異方性を持つ気体によって検出光が偏光される様子を概念的に示す説明図である。
【図５】本発明をブッシングに適用した場合の概念図である。
【図６】検出光を反射させて電界影響領域を複数回通過するように光路を決定する概念図である。
【図７】本発明に係る気体透過光を用いた表面汚損の推定方法の実施形態の一例を示すフローチャートである。
【図８】印加電界とＣＯ２の偏波間位相差測定結果を示す図である。
【符号の説明】
１１  気体
１２  部材
１３  気体の電界影響領域
１４  検出光
１５  光路
１７  タンク（遮光体）
１８  入射窓
１９  出射窓
【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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