(57)【要約】【課題】直流高圧遮断器１２の監視を必要とする場所のアーク放電１６を確実に検出し、外乱光５６による誤検出を防止する。【解決手段】アーク放電１６により発生する光を受光して検出信号を出力する光センサ１８と、この光センサ１８の出力する検出信号により警報表示をする表示装置２０と、アーク放電１６が発生する領域に受光端２４を配置し、他端２６を光センサ１８に接続した光ガイド２８とを備える。光ガイド２８の受光端２４側からみて、アーク放電１６が発生する領域を囲む閉ループ３０を描いたとき、その閉ループ３０に外接する円３２または多角形３４を底面とし受光端２４を頂点にした錐体３６を設定して、錐体３６の側面３８に囲まれた状態で、受光端２４からアーク放電１６が発生する領域を見通すことができる範囲の光のみを受光する集光レンズ系４０を、光ガイド２８の受光端２４に取りつけた。【選択図】図１
2013105660.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アーク放電により発生する光を受光して検出信号を出力する光センサと、
この光センサの出力する検出信号により警報表示をする表示装置と、
前記アーク放電が発生する領域に受光端を配置し、他端を前記光センサに接続した光ガイドと、
前記光ガイドの前記受光端側からみて、前記アーク放電が発生する領域を囲む閉ループを描いたとき、その閉ループに外接する円または多角形を底面とし前記受光端を頂点にした錐体を設定して、前記錐体の側面に囲まれた状態で、前記受光端から前記アーク放電が発生する領域を見通すことができる範囲の光のみを受光する集光レンズ系を、前記光ガイドの前記受光端に取りつけたことを特徴とするアーク放電監視装置。
【請求項２】
請求項１に記載のアーク放電監視装置において、
前記集光レンズ系の一部に、紫外光を通過させ、それ以外の光を遮断する光学フィルタを組み込んだことを特徴とするアーク放電監視装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のアーク放電監視装置において、
前記集光レンズ系は、前記光ガイドの受光端を頂点とする円錐または多角錘の一部の側面から成るフードであって、検出すべき波長の光を反射しない内壁を有するものと、前記受光端において、前記フードを通じて入射する光を、前記光ガイドの光軸に平行な光に変換する光学系を備えていることを特徴とするアーク放電監視装置。
【請求項４】
請求項３に記載のアーク放電監視装置において、
前記光ガイドは、コアとクラッドを有する一本または複数本の光ファイバであって、受光端において、光軸に垂直な面で切断したものであることを特徴とするアーク放電監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に直流高圧遮断器で発生するアーク放電を監視するためのアーク放電監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気鉄道に電力を供給する変電所等では、直流送電回路や直流電力機器等の保護のために、直流高圧遮断器が使用される。直流大電流を遮断するときに発生するアークは、接点を溶かしたり、周囲の絶縁物を発火させたりする。直流高圧遮断器ではアークが発生すると自動消滅し難く、強制的にアークを消滅させなければならない。放置すると、電気設備の火災を引き起こすおそれもある。そこで、アークの発生を電気的に検出する回路や、発生するアークを光ファイバで光学的に検出する装置が開発されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２４３７６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
既知の従来の技術には、次のような解決すべき課題があった。
電気鉄道の運用のために、様々な場所で、直流高圧遮断器が使用されている。密閉された容器に収容した密閉式の遮断器も、接点が露出した開放型の遮断器もある。また、アークの発生箇所が必ずしも接点の近傍のみでないことがある。しかも、接点の周辺よりも、接点から離れた場所でのアーク放電のほうが、火災を引き起こしやすい。既知の光学的検出方法では、全てのアーク放電を漏れなく検出することが難しく、さらに、外乱光により誤検出が生じるという問題があった。
上記の課題を解決するために、本発明は、監視を必要とする場所の全てのアーク放電を漏れなく検出し、外乱光による誤検出を防止する、アーク放電監視装置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】
【０００５】
以下の構成はそれぞれ上記の課題を解決するための手段である。
〈構成１〉
アーク放電により発生する光を受光して検出信号を出力する光センサと、この光センサの出力する検出信号により警報表示をする表示装置と、前記アーク放電が発生する領域に受光端を配置し、他端を前記光センサに接続した光ガイドと、前記光ガイドの前記受光端側からみて、前記アーク放電が発生する領域を囲む閉ループを描いたとき、その閉ループに外接する円または多角形を底面とし前記受光端を頂点にした錐体を設定して、前記錐体の側面に囲まれた状態で、前記受光端から前記アーク放電が発生する領域を見通すことができる範囲の光のみを受光する集光レンズ系を、前記光ガイドの前記受光端に取りつけたことを特徴とするアーク放電監視装置。
【０００６】
〈構成２〉
構成１に記載のアーク放電監視装置において、前記集光レンズ系の一部に、紫外光を通過させ、それ以外の光を遮断する光学フィルタを組み込んだことを特徴とするアーク放電監視装置。
【０００７】
〈構成３〉
構成１または２に記載のアーク放電監視装置において、前記集光レンズ系は、前記光ガイドの受光端を頂点とする円錐または多角錘の一部の側面から成るフードであって、検出すべき波長の光を反射しない内壁を有するものと、前記受光端において、前記フードを通じて入射する光を、前記光ガイドの光軸に平行な光に変換する光学系を備えていることを特徴とするアーク放電監視装置。
【０００８】
〈構成４〉
構成３に記載のアーク放電監視装置において、前記光ガイドは、コアとクラッドを有する一本または複数本の光ファイバであって、受光端において、光軸に垂直な面で切断したものであることを特徴とするアーク放電監視装置。
【発明の効果】
【０００９】
〈構成１の効果〉
光ガイドの受光端を頂点とする円錐や多角錘の側面に囲まれた範囲で、アーク放電が発生する領域の光を受光するので、外乱光に妨げられずに、全てのアーク放電の発生を確実に検出できる。
〈構成２の効果〉
紫外光のみを受光端から受光すれば、紫外光成分の多いアーク放電を他の外光に紛らわされずに検出できる。
〈構成４の効果〉
光軸に垂直な面で切断した光ファイバの端面からは、開口角の範囲でのみ光が入力する。従って、上記の光学系により導かれた光のみを受け入れ、外乱光を遮断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】（ａ）は遮断器１２の外観斜視図、（ｂ）はアーク放電監視装置１０の概略説明図である。
【図２】集光レンズ系４０の特性説明図である。
【図３】集光レンズ系４０の具体的な構造例を示す縦断面図である。
【図４】光ファイバ５４の一端を接続した光センサ１８と後続装置の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を実施例毎に詳細に説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１（ａ）は遮断器１２の外観斜視図、（ｂ）はアーク放電監視装置１０の概略説明図である。
アーク放電監視装置１０は、例えば、図１（ａ）に示すような遮断器１２に取りつけられる。遮断器１２の内部には、直流高圧電流を断続するための接点１４が配置され、例えば、遮蔽板１５により電気的に遮蔽されている。接点１４を開閉したときに、例えば、接点１４と遮蔽板１５との間にアーク放電１６が発生することがある。これをアーク放電監視装置１０が検出する。
【００１３】
アーク放電監視装置１０は、アーク放電１６により発生する光を受光して検出信号を出力する光センサ１８と、この光センサ１８の出力する検出信号により警報表示をする表示装置２０を備える。アーク放電１６により発生する光は、光ガイド２８を通じて光センサ１８に入力する。アーク放電１６により生じる光は紫外光成分が多いので、光センサ１８は紫外領域に近い光に対して高感度のものが好ましい。光ガイド２８は、例えば、石英ガラス製の光ファイバを１本あるいは複数本束ねたものが適する。
【００１４】
光ガイド２８は、アーク放電１６が発生する領域に受光端２４を配置し、他端２６を光センサ１８に接続している。光ガイド２８の受光端２４には、集光レンズ系４０を取りつけている。
【００１５】
図２は、集光レンズ系４０の特性説明図である。
集光レンズ系４０は、次のように設計する。まず、図１に示した光ガイド２８の受光端２４側からみて、アーク放電１６が発生する領域を囲む閉ループ３０を描く。次に、図２（ａ）に示すように、その閉ループ３０に外接する円３２を描く。この円３２を底面とし受光端２４を頂点３７にした錐体３６（ここでは円錐）を設定する。
【００１６】
この錐体３６の側面３８に囲まれた状態で、受光端２４からアーク放電１６が発生する領域を見通すことができる範囲の光のみを受光するように構成する。その構成例は図３で説明する。なお、アーク放電１６が発生する領域を囲む閉ループ３０が多角形の場合には、例えば、図２（ｂ）に示すように、多角形３４を底面とし受光端２４を頂点３７にした錐体３６を設定すればよい。なお、図２（ｂ）では、アーク放電が発生する領域２２が多角形３４を形成しており、この多角形３４を閉ループ３０として錐体３６を設定している。従って、図の該当する部分の符号を２２（３４）（３０）とした。
【００１７】
即ち、図１に示すように、光ガイド２８の受光端２４を頂点３７とする錐体３６の側面３８に囲まれた範囲で、アーク放電１６が発生する領域の光を受光する。それ以外の場所から入射する光は、集光レンズ系４０により遮断される。その結果、外乱光５６に妨げられずに、アーク放電１６の発生を確実に検出できる。
【００１８】
上記のように、錐体３６の底面は、楕円形でも四角形でも構わない。また、正多角形でなくて、凹凸のある変形した多角形であってもよい。可能な限り外乱光５６を遮断して、アーク放電１６が発生するおそれのある領域全てを監視対象にする。
【実施例２】
【００１９】
図３は集光レンズ系４０の具体的な構造例を示す縦断面図である。
集光レンズ系４０は、フード４４と光学系４８と光学フィルタ４２を組み合わせたものである。光学フィルタ４２側に光ファイバ５４の受光端２４が固定されている。光ファイバ５４は、例えば、コア５０とクラッド５２とを有するプラスチック光ファイバである。即ち、この実施例では、光ガイド２８に光ファイバ５４を使用した。
【００２０】
フード４４は、例えば、金属あるいはプラスチックから構成され、光ファイバ５４の受光端２４を頂点３７とする円錐の一部の側面３８から成るフード４４である。このフード４４は、検出すべき波長の光を反射しない内壁４６を有する。例えば、フード４４を黒色のプラスチック成型体により構成すれば、この特性を実現できる。
【００２１】
光学系４８は、光ファイバ５４の受光端２４において、フード４４を通じて入射する光を、光ファイバ５４の光軸に平行な光に変換する機能を有し、例えば、凹レンズにより構成する。プリズムやコリメータレンズ等により構成することもできる。これにより、フード４４を通じて入射する全ての光を光ファイバ５４のコア５０に導入することができる。
【００２２】
光ファイバ５４の端面は、特別の加工処理を必要としない。コア５０とクラッド５２を有する一本または複数本の光ファイバ５４を、受光端２４において、光軸に垂直な面でそのまま切断したものでよい。開口角の小さな光ファイバでも、入射する全ての光をコア５０に受け入れることができる。同時に、光学系４８により導かれた光のみを受け入れ、外乱光５６を遮断することができる。
【００２３】
光学フィルタ４２は、集光レンズ系４０の一部に組み込まれる。光学フィルタ４２には、紫外光を通過させ、それ以外の光を遮断するものを使用する。アーク放電１６により生じる光には紫外光成分が多く含まれる。紫外光のみを受光端２４から受光すれば、アーク放電１６以外の原因で光が侵入しても、その光を光学フィルタ４２で遮断するので、さらにアーク放電１６の検出精度が向上する。
【００２４】
図４は、光ファイバ５４の一端を接続した光センサ１８と後続装置の説明図である。
光ファイバ５４の一端は、光センサ１８に固定されている。光センサ１８が入射する光を検出すると、その端子から入射光の強度に比例した検出信号が出力される。これを増幅回路５８で増幅する。
【００２５】
増幅回路５８の出力は判定回路６０に入力する。判定回路６０は、増幅回路５８の出力が一定のレベル以上の場合にスイッチ回路６２を駆動して、スイッチをオンにする。これにより、例えば、パトライト（登録商標）により構成される表示装置２０を駆動して、アークが発生していることを通報する。表示装置２０は例えば、ブザーでもよい。また、遠隔地の監視センターに警報信号を送信する発信器であってもよい。
【００２６】
以上の構成により、本発明のアーク放電監視装置は、遮断器１２で発生するアーク放電による光を外乱光に妨害されることなく確実に検出して、監視員等に通知することができる。従って、アーク放電により発生する火災等を未然に防ぐことができる。
【符号の説明】
【００２７】
１０  アーク放電監視装置
１２  遮断器
１４  接点
１５  遮蔽板
１６  アーク放電
１８  光センサ
２０  表示装置
２２  アーク放電が発生する領域
２４  受光端
２６  他端
２８  光ガイド
３０  閉ループ
３２  円
３４  多角形
３６  錐体
３７  頂点
３８  側面
４０  集光レンズ系
４２  光学フィルタ
４４  フード
４６  内壁
４８  光学系
５０  コア
５２  クラッド
５４  光ファイバ
５６  外乱光
５８  増幅回路
６０  判定回路
６２  スイッチ回路
【図１】
2013105660.tif 000003
【図２】
2013105660.tif 000004
【図３】
2013105660.tif 000005
【図４】
2013105660.tif 000006