(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
配電線を支持する支持物に設けられている接地線に近接して前記接地線の長手方向に沿う方向に、複数個のソフト磁性体とセミハード磁性体とを交互に設置し、これらの磁性体の前記接地線とは反対側に近接して、前記接地線の長手方向に平行に、大バルクハウゼン跳躍素子であるソフト磁性体ワイヤを設置したことを特徴とする配電線地絡メモリーセンサ。
【請求項２】
配電線を支持する支持物に設けられている接地線に近接して前記接地線の長手方向に沿う方向に所定間隔を隔てて２個のソフト磁性体を設置し、これら２個の磁性体の前記接地線とは反対側に近接して、前記接地線の長手方向に平行に、大バルクハウゼン跳躍素子であるソフト磁性体ワイヤを設置したことを特徴とする配電線地絡メモリーセンサ。
【請求項３】
ソフト磁性体はアモルファス磁性体である請求項１又は２記載の配電線地絡メモリーセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配電線に発生した地絡事故を検出する配電線地絡メモリーセンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
配電線で永久地絡事故が発生した場合、停電した線路に事故点探査装置を取り付けることにより、地絡が発生した電柱の探査を行う。ここで、事故点探査装置とは、探査用電源を配電線に取り付け、探査用のプローブで事故点を探査する装置である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような事故点探査装置では、次のような問題があった。
（１）  地絡柱探査用電源の取り付けおよびプローブを用いた探査に人員と時間がかかる。
（２）  作業員が配電線に接近して作業しなければならないため、近傍に課電部がある場合には危険である。
（３）  事故点探査方式では間欠地絡事故の場合の事故点を探査できないため、瞬時停電が頻繁に起こる可能性がある。
（４）  間欠地絡検出装置は開発されているものの、電柱一本一本に取り付けることはコストの面、メンテナンスの面から困難である。
【０００４】
本発明が解決すべき課題は、事故点探査装置を取り付ける必要がなく、探査に人員と時間が削減でき、迅速な探査が可能でかつ安全であり、間欠地絡事故も探査可能であり、従来の装置に比べて安価であり、ほぼメンテナンスフリーである配電線地絡メモリーセンサを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する第１の手段は、配電線を支持する支持物に設けられている接地線に近接して前記接地線の長手方向に沿う方向に、複数個のソフト磁性体とセミハード磁性体とを交互に設置し、これらの磁性体の前記接地線とは反対側に近接して、前記接地線の長手方向に平行に、大バルクハウゼン跳躍素子であるソフト磁性体ワイヤを設置した配電線地絡メモリーセンサである。
【０００６】
また、第２の手段は、配電線を支持する支持物に設けられている接地線に近接して前記接地線の長手方向に沿う方向に所定間隔を隔てて２個のソフト磁性体を設置し、これら２個の磁性体の前記接地線とは反対側に近接して、前記接地線の長手方向に平行に、大バルクハウゼン跳躍素子であるソフト磁性体ワイヤを設置した配電線地絡メモリーセンサである。
前記のソフト磁性体としては、アモルファス磁性体を用いることができる。
【０００７】
本発明においては、セミハード磁性体リボンの磁化状態の変化から地絡電流の有無を検出、記録し、この磁化状態をソフト磁性体ワイヤを用いて遠隔検出する。このセンサを電柱の接地線に予め取り付けておき、地絡事故発生時に探査装置を用いて地絡事故情報を遠隔センシングする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の配電線地絡メモリーセンサについて説明する。
一般に、磁性材料を用いたセンサの動作原理は、図１（ａ）に示すように、磁界印加用コイル２を用いて、外部から磁性材料１に交流磁界を印加し、この磁界による材料内部の磁束変化に伴う漏れ磁束の変化を、材料近傍に設置した別の検出コイル３で検出するものである。印加磁界と検出コイル３で検出した電圧の波形を図１（ｂ）に示す。
【０００９】
磁性材料の中で、大バルクハウゼン跳躍素子は、小さな交流磁界を印加するだけでも急峻な磁束の変化が発生する高感度、高出力磁性材料であり、センサ材料として以下のような特徴を有する。
【００１０】
（１）小さな外部磁界に対しても、磁性体内部で磁束変化が起きることから、素子から離れた位置に印加用コイル２を設置できる。
（２）磁性体内部の磁束変化が急峻であるため、素子から離れた位置に検出コイル３を設置することができる。
（３）材料費が安い。
（４）半導体に比べ、信頼性が高い。
【００１１】
大バルクハウゼン跳躍素子からなる磁性材料１とセミハード磁性体４を組み合わせると、通常はセミハード磁性体４の発生する漏れ磁束のため、大バルクハウゼン跳躍素子１内部の磁束変化は起こらない（図２（ａ））。
【００１２】
ところが、このセミハード磁性体４を消磁すると、これによる漏れ磁界もなくなるため、大バルクハウゼン跳躍素子１は通常どおりの急峻な磁束変化を発生するようになる（図２（ｂ））。
【００１３】
そこで、あらかじめ大バルクハウゼン跳躍素子１をセミハード磁性体４による磁界でバイアスしておき、地絡電流により生じる磁界でセミハード磁性体４を消磁することができれば、地絡電流の流れた電柱では、大バルクハウゼン跳躍素子１の磁束が変化するため、印加用及び検出用コイル２、３を用いて地絡柱を遠隔センシングすることができる。
【００１４】
大バルクハウゼン跳躍素子としてアモルファスワイヤを用いた地絡電流の記録方式と検出方式について以下のとおり実験を行った。
【００１５】
＜検出方法＞
アモルファスワイヤの磁束変化を３０ｃｍ以上離れた場所から検出するためには複数の素子を束ねて使用する必要がある。ところが、磁性材料を互いに接近させると磁気的な干渉が生じ、磁気特性が劣化する。２本束ねたアモルファスでは、それぞれの保持力が一致しないため、交流磁界に対して磁束変化が同時に起こらず、検出コイルの電圧は２倍に増加しない。
【００１６】
この保持力のずれは、ワイヤ先端からの漏れ磁束に起因すると考えられる。そこで、図３に示すように３本のアモルファスワイヤ１１の両端にアモルファスリボン１２を置き、それぞれの保持力をそろえる手法を考案した結果、ワイヤ一本では３０ｃｍ程度であった検出距離を、３本で約１ｍに延ばすことができた。
【００１７】
＜記録方法＞
（１）  ディアクティベイト特性
アモルファスワイヤの跳躍を消滅させることをディアクティベイト(deactivate)という。アモルファスワイヤ１１のディアクティベイトには、ワイヤの跳躍が発生する限界長が約８ｃｍ以上であるため、図４に示すように長さ３ｍｍのセミハード磁性体１３を３箇所以上設置する必要があった。ディアクティベイトは、このセミハード磁性体１３をワイヤ軸方向に磁化する（数１０Ｏｅの直流磁界を印加する）ことにより容易に行える。図中１４はディアクティベート状態を安定化するためのアモルファスリボンである。
【００１８】
地絡電流が１Ａ流れた場合、接地線表面で約０．４Ｏｅの円周磁界が発生する。この値は実験に用いた磁界に比べかなり小さい。消磁に必要な磁界の値は磁性体の組成を変えることで小さくできるが、地磁気や配電線が発生するノイズ等による誤動作を避けるためには、なるべく大きくとる必要があり、感度向上とノイズ対策の両面からの研究が課題である。
【００１９】
以上の地絡メモリーセンサは、地絡電流波形のうち、減衰波形を対象とし、磁性体の消磁現象を利用したもので、最大振幅が約２０Ａの減衰地絡波形に対して記録動作が可能である。
【００２０】
ところで、地絡電流の実態調査によれば、地絡電流波形の様相が単純な減衰波形ばかりでなく複雑に変化するものや電流値が１Ａ程度と小さいものが多いことが判明した。消磁現象を利用した記録方式（消磁方式）では減衰波形以外の波形を記録することは不可能である。
【００２１】
そこで、任意の波形に対して記録動作可能なメモリーセンサについて検討した結果、セミハード磁性体内の磁化を９０°回転させることにより、アモルファスワイヤ軸方向の漏れ磁束が消滅するように磁化ベクトルの分布を制御する方式（磁化回転方式）を想到するに至った。その動作原理について説明する。
【００２２】
図５（ａ）に示すように、地絡電流検出前の状態では、セミハード磁性体１３の磁化はワイヤ１１の軸方向と平行な方向にあり、セミハード磁性体１３から漏れた磁束の一部はワイヤ１１内に進入し、ワイヤ１１の磁化変化を妨げる。したがって、外部からワイヤ１１に磁界を印加してもワイヤ１１は反応しない。地絡電流がワイヤ軸と平行に流れると、電流による円周磁界によりセミハード磁性体１３内の磁化がワイヤ軸と直角方向に回転する。これにより、図５（ｃ）に示すように、セミハード磁性体１３からの漏れ磁束の方向はワイヤ１１の軸と直角になる。実際の磁性体の構成では、セミハード磁性体１３を接地線にトロイダル状に巻き付けるため、漏れ磁束はほとんどなくなることにより、ワイヤ１１は磁化変化を起こすようになる。このように、ワイヤ軸方向の漏れ磁束が消滅した状態で、外部から磁界を印加すれば、ワイヤ１１が反応し、地絡電流が流れたことを検知できる。一方、消磁方式では、図５（ｂ）に示すように漏洩磁束がないためワイヤ１１が外部磁界に反応する。
【００２３】
磁化回転による地絡電流記録時の磁化ベクトルおよび漏れ磁束の分布を図６に示す。図中１１はアモルファスワイヤ、１３はセミハード磁性体を示す。図６（ａ）は地絡電流記録前の磁区構造、（ｂ）は地絡電流記録後の磁区構造、（ｃ）はセミハード磁性体１３をトロイダル状にした場合の地絡電流記録後の磁区構造を示す。
【００２４】
表１は、各検出方式の比較を示すものである。
【表１】
0003781318.tif 000002
【００２５】
【実施例】
以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて具体的に説明する。
図７は本発明の実施例を示すものである。本例では、接地線５の回りにアモルファスリボン１２、１４とセミハード磁性体１３とを所定隙間を開けて交互に配置し、その外周に、接地線５の長手方向と平行に３本のアモルファスワイヤ１１を併設したものである。図７では、地絡電流が流れていない場合のセミハード磁性体１３とアモルファスワイヤ１１の磁化方向を示しており、アモルファスワイヤ１１とセミハード磁性体１３の磁化方向が同方向となっている。この状態で外部磁界を印加しても、アモルファスワイヤ１１は磁化反転せず、検出用コイルは反応しない。
【００２６】
図８は地絡電流が流れた場合のセミハード磁性体１３とワイヤ１１の磁化方向を示すもので、ワイヤ１１とセミハード磁性体１３の磁化が直角方向となる。これにより、外部磁界に対してアモルファスワイヤ１１が磁化反転し、ワイヤ１１の磁束が外部に漏れるので、検出用コイル３により漏れ磁束を検出することができる。
【００２７】
図９は、磁気相互作用型地絡センサの実施例を示す説明図であり、図１０はその動作原理を説明する説明図である。
本実施例は、アモルファスリボン２２、２４の両端にセミハード磁性体２３を配置して、アモルファスリボン２２に３本のアモルファスワイヤ２１を取り付けたものである。
本実施例において、地絡電流が流れていない場合は、セミハード磁性体２３、アモルファスリボン２２ともに消磁状態にある。このため、ワイヤ先端からの漏れ磁束がアモルファスリボン２２内に進入し、それぞれのワイヤ２１の間に磁気的結合が生じない。その結果、３本のワイヤ２１はそれぞれ同じ値の磁界に対して磁化反転を起こすため、検出コイルに発生するパルス電圧は同期する。
【００２８】
地絡電流が流れた場合は、セミハード磁性体２３がリボン２２長手方向に磁化され地絡電流が消滅した後もその状態が保持されるため、アモルファスリボン２２は磁気飽和の状態にある。このため透磁率は低下し、ワイヤ２１先端からの漏れ磁束がアモルファスリボン２２内に進入することができず、この漏れ磁束によって、それぞれのワイヤ２１間に磁気的相互作用が生じ、３本のワイヤ２１が磁気反転する磁界の値は、漏れ磁束の分布状態（結合状態）により異なる。その結果、検出コイルに発生するパルス電圧の同期が崩れる。したがって、パルス電圧の非同期状態により地絡電流を検出することができる。
【００２９】
アモルファスワイヤとしては例えば３０μｍ径のＦｅ77.5Ｓｉ7.5Ｂ13、ソフトアモルファスリボンとしては例えばＣｏ74.26Ｆｅ4.74Ｓｉ4.2Ｂ16.8、セミハード磁性体としては例えばＣｏ74.26Ｆｅ4.74Ｓｉ2.1Ｂ18.9を４１０〜４１７℃で２０分アニールしたものを用いることができる。
【００３０】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば下記の効果を奏する。
（１）  事故点探査装置を取り付ける必要がなく、探査に人員と時間がかからない。
（２）  非接触で事故点を検出できるので、迅速な探査が可能でかつ安全である。
（３）  間欠地絡事故も探査可能である。
（４）  従来の装置に比べて安価である。また、センサー部に電源などを必要としないためほぼメンテナンスフリーである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  磁性材料による漏れ磁束の検出原理を示す説明図である。
【図２】  大バルクハウゼン跳躍素子によるメモリセンサの原理図である。
【図３】  本発明の高出力アモルファスワイヤの構成図である。
【図４】  本発明の地絡電流書き込み／読み出し用センサの構成と磁化特性の説明図である。
【図５】  消磁方式と磁化回転方式の地絡電流検出方式における磁区構造比較説明図である。
【図６】  磁化回転による地絡電流記録時の磁化ベクトルおよび漏れ磁束の分布図である。
【図７】  地絡電流が流れていない場合のセミハード磁性体とアモルファスワイヤの磁化方向を示す実施例の斜視図である。
【図８】  地絡電流が流れた場合のセミハード磁性体とワイヤの磁化方向を示す実施例の斜視図である。
【図９】  本発明に係る磁気相互作用型地絡センサの実施例を示す説明図である。
【図１０】  本発明に係る磁気相互作用型地絡センサの動作原理図である。
【符号の説明】
１  磁性材料（大バルクハウゼン跳躍素子）、２  磁界印加用コイル、３  検出用コイル、４  セミハード磁性体、５  接地線、１１  アモルファスワイヤ、１２  アモルファスリボン、１３  セミハード磁性体、１４  アモルファスリボン、２１  アモルファスワイヤ、２２  アモルファスリボン、２３  セミハード磁性体、２４  アモルファスリボン
【図１】
0003781318.tif 000003
【図２】
0003781318.tif 000004
【図３】
0003781318.tif 000005
【図４】
0003781318.tif 000006
【図５】
0003781318.tif 000007
【図６】
0003781318.tif 000008
【図７】
0003781318.tif 000009
【図８】
0003781318.tif 000010
【図９】
0003781318.tif 000011
【図１０】
0003781318.tif 000012