專利名稱：單相用光學(xué)電流互感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及單相用光學(xué)電流互感器(single-phase optical currenttransformer),尤其涉及能夠可靠地測量單相的大電流的單相用光學(xué)電流互感器。
背景技術(shù)：
為了測量在氣體絕緣開關(guān)裝置(以下簡稱為“GIS”)等中使用的高電壓的通電導(dǎo)體中流過的電流，以往使用了一種通電導(dǎo)體貫通由環(huán)形鐵心及二次線圈構(gòu)成的二次側(cè)的形式的線圈型變流器。但是，由于線圈型變流器大型且重量大，所以研究了利用光的偏振面因磁場的作用而旋轉(zhuǎn)的法拉第效應(yīng)的光學(xué)電流互感器，該光學(xué)電流互感器尤其適用于沒有其他相的磁場引起的影響的單相用。通常，單相用光學(xué)電流互感器在通電導(dǎo)體的周圍設(shè)置光程，并使來自光源的直線偏振光通過該光程內(nèi)時(shí)，在檢測器側(cè)檢測因流經(jīng)通電導(dǎo)體的電流的磁場作用而旋轉(zhuǎn)的直線偏振光的法拉第旋轉(zhuǎn)角，來測量電流的大小。作為單相用光學(xué)電流互感器的一個(gè)形式，有作為法拉第效應(yīng)部件而采用了塊狀的鉛玻璃的例如在日本專利公開公報(bào)平成3-105259號(專利文獻(xiàn)I)中記載的形式。該單相用光學(xué)電流互感器通過在流過電流的通電導(dǎo)體的周圍組合配置塊狀的鉛玻璃來形成光程，并使來自光源的直線偏振光通過該光程內(nèi)，由檢測器檢測因通電導(dǎo)體中的電流的磁場作用而變化的法拉第旋轉(zhuǎn)角，來測量電流。另外，作為其他形式的單相用光學(xué)電流互感器，有作為法拉第效應(yīng)部件而采用了光纖的例如在日本專利公開公報(bào)平成7-248338號(專利文獻(xiàn)2)中記載的形式。該單相用光學(xué)電流互感器以光纖包圍通電導(dǎo)體的方式被配置，從而形成閉環(huán)光程，與上述同樣地使直線偏振光通過該光程來測量電流。但是，以塊狀的鉛玻璃構(gòu)成光程的單相用光學(xué)電流互感器難以實(shí)現(xiàn)小型化且裝配復(fù)雜，故以輕量的光纖構(gòu)成光程的單相用光學(xué)電流互感器是更有利的。此外，公知，以光纖構(gòu)成閉環(huán)光程的單相用光學(xué)電流互感器還有通過了光程內(nèi)的直線偏振光反射回來而在檢測器側(cè)檢測法拉第旋轉(zhuǎn)角的反射型、以及直線偏振光通過光程內(nèi)并直接在檢測器側(cè)檢測法拉第旋轉(zhuǎn)角的透過型。另一方面，GIS變得高電壓且大容量、大型化，在內(nèi)部配置通電導(dǎo)體并封入絕緣氣體的圓筒狀容器的直徑也變大。因此，安裝于GIS中的單相用光學(xué)電流互感器構(gòu)成為在大直徑的圓筒狀容器的外部或者內(nèi)部，配置光纖來設(shè)置閉環(huán)光程。上述的現(xiàn)有技術(shù)中的單相用光學(xué)電流互感器由于都以法拉第效應(yīng)部件形成閉環(huán)光程，所以在使事故電流等大電流流經(jīng)通電導(dǎo)體時(shí)，通過光程內(nèi)的直線偏振光因大電流的磁場作用，導(dǎo)致法拉第旋轉(zhuǎn)角飽和。因而，存在著在檢測器側(cè)無法根據(jù)法拉第旋轉(zhuǎn)角準(zhǔn)確地測量電流的問題。另外，現(xiàn)有技術(shù)中的單相用光學(xué)電流互感器需要利用法拉第效應(yīng)部件以包圍通電導(dǎo)體的方式設(shè)置閉環(huán)光程。因而，若在如Gis那樣的大直徑的圓筒狀容器的外部或內(nèi)部配置光纖來設(shè)置閉環(huán)光程，則存在配置于確定的位置上的作業(yè)變得比較難且作業(yè)性惡化的問題。進(jìn)而，圓筒狀容器因直射陽光或通電導(dǎo)體的溫度上升而引起上下的溫度差，法拉第效應(yīng)部件的上下溫度差成為測量誤差的原因。即便在法拉第效應(yīng)部件中采用輕量的光纖的情況下，也是同樣的。本發(fā)明的目的在于提供一種單相用光學(xué)電流互感器，即便在通電導(dǎo)體中流過事故電流等大電流的情況下，通過短的第I及第2光程內(nèi)的直線偏振光的法拉第旋轉(zhuǎn)角也不易飽和，能夠可靠地進(jìn)行大電流的測量，能夠?qū)崿F(xiàn)小型化且經(jīng)濟(jì)形的制作。另外，本發(fā)明的另一目的在于提供一種單相用光學(xué)電流互感器，能夠容易安裝到圓筒狀容器的外面的一部分，且組裝及更換作業(yè)容易。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的單相用光學(xué)電流互感器的特征在于，在圓筒狀容器的內(nèi)部配置通電導(dǎo)體，在所述圓筒狀容器中設(shè)置形成直線偏振光的光程的法拉第效應(yīng)部件，并根據(jù)通過所述光程的直線偏振光的法拉第旋轉(zhuǎn)角來測量流過所述通電導(dǎo)體的電流時(shí)，所述法拉第效應(yīng)部件構(gòu)成為以預(yù)先確定的間隔維持平行來設(shè)置按照利用規(guī)定尺寸的2根光纖相對所述通電導(dǎo)體的軸方向交叉的方式配置的第I及第2光程，并且在各所述光纖的一端面上設(shè)置使直線偏振光反射的鏡面，所述法拉第效應(yīng)部件使來自同一光源的直線偏振光分別入射至各所述光程，并根據(jù)被所述鏡面反射回來的直線偏振光的法拉第旋轉(zhuǎn)角來測量電流。另外，本發(fā)明的單相用光學(xué)電流互感器的特征在于，在圓筒狀容器的內(nèi)部配置通電導(dǎo)體，在所述圓筒狀容器中設(shè)置形成直線偏振光的光程的法拉第效應(yīng)部件，并根據(jù)通過所述光程的直線偏振光的法拉第旋轉(zhuǎn)角來測量流過所述通電導(dǎo)體的電流時(shí)，在所述圓筒狀容器的外周面的一部分中粘合固定安裝座，在所述安裝座上以可自由裝卸的方式固定容納所述法拉第效應(yīng)部件的殼體，所述法拉第效應(yīng)部件構(gòu)成為以預(yù)先確定的間隔維持平行來設(shè)置按照利用規(guī)定尺寸的2根光纖相對所述通電導(dǎo)體的軸方向交叉的方式配置的第I及第2光程，并且在各所述光纖的一端面上設(shè)置使直線偏振光反射的鏡面，所述法拉第效應(yīng)部件使來自同一光源的直線偏振光分別入射至各所述光程，并根據(jù)被所述鏡面反射回來的直線偏振光的法拉第旋轉(zhuǎn)角來測量電流。優(yōu)選，在所述殼體內(nèi)配置位置固定用底座，各所述光纖分別夾著保護(hù)管配置于所述位置固定用底座。(發(fā)明效果)根據(jù)本發(fā)明的單相用光學(xué)電流互感器，由于作為法拉第效應(yīng)部件而采用了規(guī)定尺寸的光纖，所以第I及第2光程變短，故直線偏振光的法拉第旋轉(zhuǎn)角不易飽和，從而具有能夠可靠地測量事故時(shí)等大電流的效果。另外，以通過由短的光纖形成的第I及第2光程的直線偏振光的法拉第旋轉(zhuǎn)角來測量小范圍的磁場，所以不僅測量精度及溫度差的影響變小，而且還能使單相用光學(xué)電流互感器小型化，故具有能夠以經(jīng)濟(jì)的方式制作的優(yōu)點(diǎn)。進(jìn)而，本發(fā)明的單相用光學(xué)電流互感器在圓筒狀容器的外面的一部分中粘合固定了安裝座，在該安裝座上以可自由裝卸的方式固定的殼體內(nèi)，容納成為法拉第效應(yīng)部件的光纖，以預(yù)先確定的間隔平行地設(shè)置了按照相對圓筒狀容器內(nèi)的通電導(dǎo)體的軸方向交叉的方式配置的第I及第2光程，因此能夠與通電導(dǎo)體無關(guān)地獨(dú)立地進(jìn)行裝配、安裝，故也能容易地進(jìn)行安裝及更換作業(yè)。


圖I是表示本發(fā)明的單相用光學(xué)電流互感器的原理說明圖。圖2是表示應(yīng)用了本發(fā)明的單相用光學(xué)電流互感器的一實(shí)施例的示意縱向剖視圖。圖3是從A-A線觀察了圖2的單相用光學(xué)電流互感器的示意剖視圖。圖4是表示圖2的主要部分的放大圖。圖5是圖4的左側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的單相用光學(xué)電流互感器在圓筒狀容器的外周面的一部分，設(shè)置了形成直線偏振光的光程的法拉第效應(yīng)部件，該圓筒狀容器在內(nèi)部配置了通電導(dǎo)體。法拉第效應(yīng)部件構(gòu)成為利用規(guī)定尺寸的2根光纖，以預(yù)先規(guī)定的間隔維持平行地設(shè)置按照與所述通電導(dǎo)體的軸方向交叉的方式配置的第I及第2光程，并且在各所述光纖的一端面上設(shè)置使直線偏振光反射的鏡面。并且，使來自同一光源的直線偏振光分別入射至第I及第2光程，根據(jù)被鏡面反射回來的直線偏振光的法拉第旋轉(zhuǎn)角來測量電流。首先，利用作為示意縱向剖視圖的圖1，依次說明本發(fā)明的單相用光學(xué)電流互感器的原理。在本發(fā)明的單相用光學(xué)電流互感器中，在內(nèi)部配置通電導(dǎo)體2的圓筒狀容器I的外周面的一部分中，將法拉第效應(yīng)部件10配置成從剖面的狀態(tài)觀察時(shí)與通電導(dǎo)體2的軸方向交叉，換言之，法拉第效應(yīng)部件10被配置成與電流流動的方向交叉。法拉第效應(yīng)部件10使用如后述那樣為窄幅尺寸L1的小型化部件。在該法拉第效應(yīng)部件10中形成有同一長度的第I及第2光程11A、11B，2個(gè)光程11A、11B被設(shè)定成維持預(yù)先確定的相互間的尺寸L2、即處于平行的狀態(tài)。這樣一來，圓筒狀容器I內(nèi)的通電導(dǎo)體2的中心點(diǎn)與第I光程IlA之間的尺寸為L3。在各光程IlAUlB的一端面具備鏡面12，通過了各光程IlAUlB的直線偏振光被鏡面12反射，返回2個(gè)光程11A、11B。此外，在法拉第效應(yīng)部件10的一端面設(shè)置的鏡面12能夠使用粘貼反射膜或蒸鍍反射材料而形成的、或者另行形成的玻璃制的鏡材料。因?yàn)橹本€偏振光如上述那樣往返各光程11A、11B，所以根據(jù)在往返的期間內(nèi)流過通電導(dǎo)體2的電流的磁場作用，能夠?qū)⒎ɡ谛?yīng)部件10的尺寸L1設(shè)為使直線偏振光的法拉第旋轉(zhuǎn)角發(fā)生變化的長度較小的尺寸。若與圓筒狀容器I的外周面的尺寸相比，該尺寸L1是相當(dāng)小的尺寸，即L1 << 2 L3。實(shí)際上，對圓筒狀容器I進(jìn)行設(shè)置時(shí)的各尺寸U、L2, L3是根據(jù)圓筒狀容器I的大小而適當(dāng)確定的，即，法拉第效應(yīng)部件的厚度尺寸L1為10 500mm，第I及第2光程間的尺寸L2為10 200mm，法拉第效應(yīng)部件的第I光程與通電導(dǎo)體的中心之間的尺寸L3為100 IOOOmm0在2個(gè)光程IlAUlB中，由于與現(xiàn)有技術(shù)相同，所以未圖示，但是分別在與同一光源連接的入射光側(cè)具有偏振光鏡，還在出射光側(cè)具有檢偏器，且具有檢測直線偏振光的法拉第旋轉(zhuǎn)角的檢測器等，從而構(gòu)成單相用變流器。
并且，如箭頭所示那樣，在各光程IlAUlB中使來自同一光源的直線偏振光通過，并被在一端面上設(shè)置的鏡面12反射，如箭頭所述那樣，返回2個(gè)光程11A、11B。對于這樣往返的各直線偏振光，根據(jù)因流動的電流的磁場作用而旋轉(zhuǎn)的2個(gè)法拉第旋轉(zhuǎn)角，在檢測器(未圖示)側(cè)進(jìn)行運(yùn)算來測量電流。由于本發(fā)明的單相用光學(xué)電流互感器所使用的法拉第效應(yīng)部件10是小型部件，所以因尺寸L3的影響，容易產(chǎn)生誤差。因此，設(shè)置同一長度尺寸的第I及第2光程IlAUlB這兩個(gè)，通過利用各光程IlAUlB這兩個(gè)光程，從而消除影響。根據(jù)來自各光程IlAUlB這兩者的直線偏振光的法拉第旋轉(zhuǎn)角，在檢測器中如下所述那樣測量流過圓筒狀容器I內(nèi)的通電導(dǎo)體2的電流。另外，若將維爾德常數(shù)設(shè)為V、將磁場強(qiáng)度設(shè)為H、將光程長度設(shè)為L，則在Θ =VHL <45°的情況下，公知法拉第效應(yīng)部件10的法拉第旋轉(zhuǎn)角Θ不會飽和。S卩，在將維爾德常數(shù)V和磁場強(qiáng)度H設(shè)為恒定的情況下，法拉第旋轉(zhuǎn)角Θ與光程長度L成比例。例如，若法拉第效應(yīng)部件10的尺寸L1為L3/20，則即使是以往的光學(xué)電流互感器的法拉第旋轉(zhuǎn)角Θ= 45°的電流流過，在本發(fā)明的單相用光學(xué)電流互感器中也會是法拉第旋轉(zhuǎn)角Θ <1°，即不會飽和。接著，說明在法拉第效應(yīng)部件10內(nèi)，利用維持尺寸匕以保持平行的2個(gè)光程11A、IlB來測量電流的情況。若將通過了各光程IlAUlB的直線偏振光的法拉第旋轉(zhuǎn)角設(shè)為Θ !> Θ 2、將各光程IlAUlB的磁場強(qiáng)度設(shè)為HpH2，則分別有θ = VH1L1、以及Θ 2 = VH2L10另外，有 H1 = I/(2 JiL3)、以及 H2 = 1/(2 Ji (L2+L3))。通過這些式子，可導(dǎo)出流過通電導(dǎo)體2的電流I為I = 2ji Θ i Θ 2L2/( θ「Θ JVL1這一式子。根據(jù)該式，能夠準(zhǔn)確地測量流過通電導(dǎo)體2的電流。因此，若利用保持了平行的相同長度的2個(gè)光程11A、11B，則不會受到尺寸L3的尺寸誤差的影響，另外，即便在事故時(shí)等大電流流動，法拉第旋轉(zhuǎn)角也不會飽和，故能夠在檢測器側(cè)進(jìn)行運(yùn)算來測量電流。(實(shí)施例I)接著，利用應(yīng)用于GIS或氣體絕緣母線的例子、即圖2 圖5，來具體說明本發(fā)明的單相用光學(xué)電流互感器。圓筒狀容器I通過在內(nèi)部配置通電導(dǎo)體2并封入絕緣氣體，從而維持著絕緣。在圓筒狀容器I的外周面的一部分，即在該例子中是指如圖2及圖3所示那樣受到陽光直射少的圓筒狀容器I的下面部分，通過焊接等來粘合固定安裝座21，若以剖面的狀態(tài)觀察時(shí)，安裝座21的座面與電流流動的通電導(dǎo)體2的軸方向交叉。并且，在安裝座21的座面，通過螺栓23，以可自由裝卸的方式安裝容納法拉第效應(yīng)部件10的殼體22。作為容納在殼體22內(nèi)的法拉第效應(yīng)部件10，在圖2 圖5所示的圖中利用了 2根光纖24A、24B。這些各光纖24A、24B形成以同一長度的尺寸保持平行的第I及第2光程，由此被設(shè)置成與圓筒狀容器I內(nèi)的通電導(dǎo)體2的軸方向、即電流流動的方向交叉。與上述相同，形成第I及第2光程的各光纖24A、24B在與直線偏振光的入射側(cè)及出射側(cè)相反的端面分別設(shè)置鏡面26A、26B而成為反射型，成為使直線偏振光往返光纖24A、24B內(nèi)的結(jié)構(gòu)。2根光纖24A、24B分別夾著用作緩沖部件的保護(hù)管25A、25B而配置于位置固定用底座27的部分，從而以無尺寸變化的狀態(tài)進(jìn)行定位。并且，如圖5所示，由于夾著緩沖部件28，所以從上部的開口向殼體22的內(nèi)部進(jìn)行配置。對于殼體22上部的開口而言，利用螺釘30固定殼體蓋29來進(jìn)行封閉之后，在粘合固定于圓筒狀容器10的外周面的安裝座21上通過螺栓23以可自由裝卸的方式安裝殼體22。在成為第I及第2光程的2根光纖24A、24B中，利用安裝于殼體22中的連接端子等與受光用及送光用光纖(未圖示)進(jìn)行耦合，從而構(gòu)成單相用光學(xué)電流互感器。若這樣構(gòu)成單相用光學(xué)電流互感器，則在來自同一光源的直線偏振光分別往返第I及第2光程，通過在檢測器側(cè)運(yùn)算因流經(jīng)通電導(dǎo)體的電流的磁場作用而旋轉(zhuǎn)的2個(gè)法拉第旋轉(zhuǎn)角，從而能夠準(zhǔn)確地測量電流。另外，由于利用短的光纖24A、24B來使直線偏振光往返，所以即便在通電導(dǎo)體中流動大電流時(shí)，法拉第旋轉(zhuǎn)角也不會飽和，故能無問題地進(jìn)行電流的測量。此外，粘合固定于圓筒狀容器I的外周面的一部分的安裝座21能夠有效利用在圓筒狀容器I的軸方向上形成的凸緣部來進(jìn)行安裝。無論粘合固定在什么位置，由安裝于安裝座21上的殼體22內(nèi)的法拉第效應(yīng)部件、即光纖24A、24B構(gòu)成的各光程被設(shè)置在受到直射陽光的照射而溫度容易上升的位置以外，故不會因溫度變化而導(dǎo)致電流測量產(chǎn)生誤差。(產(chǎn)業(yè)上的可利用性)本發(fā)明的單相用光學(xué)電流互感器不僅能夠應(yīng)用于GIS，也能夠容易應(yīng)用于其他氣體絕緣設(shè)備，例如可應(yīng)用于氣體絕緣遮斷器。
權(quán)利要求
1.一種單相用光學(xué)電流互感器，其在圓筒狀容器的內(nèi)部配置通電導(dǎo)體，在所述圓筒狀容器中設(shè)置形成直線偏振光的光程的法拉第效應(yīng)部件，根據(jù)通過所述光程的直線偏振光的法拉第旋轉(zhuǎn)角來測量流過所述通電導(dǎo)體的電流，所述單相用光學(xué)電流互感器的特征在于， 所述法拉第效應(yīng)部件構(gòu)成為以預(yù)先確定的間隔維持平行來設(shè)置按照利用規(guī)定尺寸的2根光纖相對所述通電導(dǎo)體的軸方向交叉的方式配置的第I及第2光程，并且在各所述光纖的一端面上設(shè)置使直線偏振光反射的鏡面，所述法拉第效應(yīng)部件使來自同一光源的直線偏振光分別入射至各所述光程，并根據(jù)被所述鏡面反射回來的直線偏振光的法拉第旋轉(zhuǎn)角來測量電流。
2.一種單相用光學(xué)電流互感器，其在圓筒狀容器的內(nèi)部配置通電導(dǎo)體，在所述圓筒狀容器中設(shè)置形成直線偏振光的光程的法拉第效應(yīng)部件，根據(jù)通過所述光程的直線偏振光的法拉第旋轉(zhuǎn)角來測量流過所述通電導(dǎo)體的電流，所述單相用光學(xué)電流互感器的特征在于， 在所述圓筒狀容器的外周面的一部分粘合固定安裝座，在所述安裝座上以可自由裝卸的方式固定容納所述法拉第效應(yīng)部件的殼體，所述法拉第效應(yīng)部件構(gòu)成為以預(yù)先確定的間隔維持平行來設(shè)置按照利用規(guī)定尺寸的2根光纖相對所述通電導(dǎo)體的軸方向交叉的方式配置的第I及第2光程，并且在各所述光纖的一端面上設(shè)置使直線偏振光反射的鏡面，所述法拉第效應(yīng)部件使來自同一光源的直線偏振光分別入射至各所述光程，并根據(jù)被所述鏡面反射回來的直線偏振光的法拉第旋轉(zhuǎn)角來測量電流。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單相用光學(xué)電流互感器，其特征在于， 在所述殼體內(nèi)配置位置固定用底座，各所述光纖分別夾著保護(hù)管而配置于所述位置固定用底座。
全文摘要
提供一種能夠可靠地進(jìn)行大電流的測量、且能夠以小型、經(jīng)濟(jì)的方式制作、安裝作業(yè)也容易的單相用光學(xué)電流互感器。在內(nèi)部配置通電導(dǎo)體(2)的圓筒狀容器(1)的外周面的一部分中粘合固定安裝座，在該安裝座上以可自由裝卸的方式固定容納法拉第效應(yīng)部件的殼體。法拉第效應(yīng)部件(10)構(gòu)成為以預(yù)先確定的間隔維持平行來設(shè)置按照利用規(guī)定尺寸的2根光纖(24A、24B)相對通電導(dǎo)體(2)的軸方向交叉的方式配置的第1及第2光程(11A、11B)，并且在各光纖的一端面上設(shè)置使直線偏振光反射的鏡面(12)。使來自同一光源的直線偏振光分別入射至第1及第2光程(11A、11B)，根據(jù)被鏡面(12)反射而往返的直線偏振光的法拉第旋轉(zhuǎn)角來測量流過通電導(dǎo)體(2)的電流。
文檔編號G01R15/24GK102933972SQ20108005820
公開日2013年2月13日 申請日期2010年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月21日
發(fā)明者張偉, 山口達(dá)史 申請人:株式會社日立制作所, 東光電氣株式會社