JP2004103791A - 電源用ｃｔ - Google Patents

Abstract

【課題】一次電流の小電流から大電流までを１台で済ませることができると共に、小型軽量化、ローコスト化を図ることができる電源用ＣＴを提供する。
【解決手段】電源用ＣＴは、配電線６を一次巻線にして固定コア４と可動コア５が配設され、このコア４，５に巻回された出力巻線１から取り出した電力を機器に電源として供給する。コア４，５は、高透磁率を有するＰＣコア材４ａ，５ａと、高飽和磁束密度を有するＰＢコア材４ｂ，５ｂの組み合わせにより構成され、ＰＣコア材４ａ，５ａとＰＢコア材４ｂ，５ｂの断面積の比率を所定の値に設定し、例えば、約２：１になるように設定することが望ましい。この構成によって、ＰＣコア材４ａと５ａがそれぞれ負担する磁束量は、一次電流範囲の１／２程度になる。
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源用ＣＴ（変流器）に関し、特に、優れた磁気特性を備えながら軽量化、小型化、及び低価格化を可能にした電源用ＣＴに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、２２ｋＶの配電線に電気的な接続を行うことなく電子機器等の負荷に電力を供給するための電源用ＣＴの構造は、電流測定用のＣＴと同じ原理である。電源用ＣＴは、配電線を内挿するコアと、このコアに巻回された二次巻線（一次巻線は、測定対象の配電線が相当）を備えて構成されている。コアは、磁気特性に優れた薄板を積層して、全体が丸形や楕円形を成すように作られている。配電線に流れる電流を測定するためには、コアが配電線を取り巻くように装着する必要があるが、配電線は固定されているため、配電線の端部からコアを挿入することはできない。そこで、コアの一部をコア本体部（固定部）から開閉できるように２分割構造とし、配電線に装着する際にはコアの開閉部（回動部）をコア本体部から開いて開口部からコア内に配電線を挿入し、測定するときにはコアの開閉部をコア本体部に密着させて閉磁路を形成できるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の電源用ＣＴによると、１種類のみのコア材によりコアが構成されているため、一次電流の大きい領域か小さい領域かのいずれか一方にしか対応できない。例えば、コアに高透磁率のコア材を使用した場合、例えば、２．６Ａ〜１５０Ａ程度の一次電流に対応できる。一方、コア材に磁気飽和の高いものを用いた場合、３０Ａ〜４５０Ａ程度の一次電流に対応可能であるが、小電流には対応できない。このため、小電流から大電流までの広範囲にわたる電力供給に対応しようとすると、小電流用から大電流用まで数種類の電源用ＣＴを用意する必要があった。
【０００４】
また、一次巻線としての配電線に磁気的に結合して磁気飽和し易いコア部分の断面積に合わせて二次巻線が巻回されるコア部分の断面積が決定されているため、小型軽量化及びローコスト化が図り難い。
【０００５】
したがって、本発明の目的は、一次電流の小電流から大電流までを１台で済ませることができると共に、小型軽量化、及びローコスト化を図ることができる電源用ＣＴを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するため、一次巻線としての配電線等の電源ラインを切断することなく前記電源ラインに装着される２分割構造のコアに巻回された二次巻線から電力を取り出す電源用ＣＴにおいて、前記コアは、全磁路にわたって高透磁率を有する第１のコア材と高飽和磁束密度を有する第２のコア材により構成され、各々の負担する磁束量が一次電流範囲の１／２程度の一次電流においてほぼ等しくなるように前記第１のコア材と前記第２のコア材の断面積の比率が設定されていることを特徴とする電源用ＣＴを提供する。
【０００７】
この構成によれば、コアが高透磁率の第１のコア材と高飽和磁束密度の第２のコア材の２種類のコア材から構成され、一次電流が小さいときには高透磁率の第１のコア材が磁束の発生を分担し、一次電流が大きいときには高飽和磁束密度の第２のコア材が分担するように機能するので、一次電流範囲の約１／２付近で第１のコア材と第２のコア材が磁束量を分担するように設定すれば、小電流から大電流にいたる一次電流に対し、１台の電源用ＣＴで済ませることが可能になる。更に、小型軽量化及びローコスト化が可能になる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１及び図２は、本発明による電源用ＣＴを示す。図１はコア材の部分で把持部及び巻線部を切断した状態を示し、図２は図１のＡ−Ａ断面を示す。
【０００９】
本発明の電源用ＣＴ１０は、矩形に巻回されると共に外面に綿テープ１ａ（表面に静電塗装が施されている）による絶縁が施された出力巻線（コイル）１は、樹脂成形製の筐体部２内に配設されており、この筐体部２の下端には環状突起３が一定間隔に形成されている。出力巻線１の介在部には、“Ｌ”字形のコア４ａと“Ｉ”字形のコア４ｂの組み合わせによる固定コア４が配設されている。この固定コア４の上部には、端部が係合する逆“Ｕ”字形の可動コア５が配設されている。
【００１０】
可動コア５は、固定コア４に対して上下方向から簡単に装着できる構造にし、電源用ＣＴ１０をケーブル６に簡単に装着できるようにしている。その構造として、例えば、係合部７ａ，７ｂにより楔状に嵌合して固定する構造や、係合部７ａ，７ｂに軸部を設けて可動コア５を開閉する構造等を採用することができる。電源用ＣＴ１０を配電線等のケーブル６（電源ライン）に装着したとき、このケーブル６は、可動コア５の内側の凹部から固定コア４の上部にかけて介在するようになる。
【００１１】
固定コア４及び可動コア５は、図２に示すように、２種類のコア材を組み合わせた構造になっている。すなわち、固定コア４及び可動コア５は、高透磁率を有するコア材４ａ，５ａ（第１のコア材）と、高飽和磁束密度を有するコア材４ｂ，５ｂ（第２のコア材）からなる。具体的には、コア材４ａ，５ａとして、ＰＣパーマロイの薄板（例えば、０．５ｍｍ厚）が用いられ、その６８枚を積層している。また、コア材４ｂ，５ｂにはＰＢパーマロイの薄板（例えば、０．５ｍｍ厚）が用いられ、その３２枚を積層している。その断面積の比率はＰＣパーマロイ：ＰＢパーマロイ＝２．１：１（ＰＣパーマロイの比率２．１は、各コア材の厚みと幅は同じであるので、枚数から６８／３２≒２．１２５≒２．１として算出できる）としている。
【００１２】
このような比率とした理由は、高透磁率のコア材の飽和磁束密度と、低透磁率かつ高飽和磁束密度のコア材の磁束との比率が、１：〔２〜３〕であることによる。そして、回りに出力巻線１のある部分のコアは断面積を小さく（例えば、１５ｍｍ×５０ｍｍ＝７５０ｍｍ^２）し、出力巻線１が無い部分のコアは断面積を大きく（例えば、１６ｍｍ×５０ｍｍ＝８００ｍｍ^２）している。
【００１３】
また、ＰＣパーマロイ及びＰＢパーマロイは腐食に強く、かつ雨水や湿気にさらされる屋外で使用しても、珪素鋼板のように錆を発生することがないという特長を有している。電源用ＣＴを屋外で使用した場合、雨水や高湿度を避けることは難しく、様々な影響を受けることになる。例えば、コアに珪素鋼板を用いた場合、錆の発生により磁気特性が変化したり、錆により２分割のコアが固着し、ケーブルから電源用ＣＴを取り外せなくなる恐れがある。しかし、上記した本発明の構造によれば、このような錆の心配はない。
【００１４】
ＰＢパーマロイは、４５〜４９％のニッケル（Ｎｉ）を含む鉄−Ｎｉ合金であり、高飽和磁束密度を有する材料として知られている。このＰＢパーマロイは小型リレーや変成器に広く用いられている。また、ＰＣパーマロイは７７〜７９％のＮｉのほか、モリブデン（Ｍｏ）、銅（Ｃｕ）を含む鉄−Ｎｉ合金であり、通常の軟質磁性材料としては最も高い最大透磁率（１００，０００以上）を有すると共に、高い初透磁率を有している。このＰＣパーマロイは、巻鉄心、各種変成器の鉄心、磁気ヘッドの鉄心やシールド材などに広く用いられている。
【００１５】
コア材４ａ，５ａ（ＰＣパーマロイ）とコア材４ｂ，５ｂ（ＰＢパーマロイ）の比を２対１とし、この比率が一次電流範囲の１／２付近で各々負担する磁束量が同じになるようにし、コイルの回りを樹脂モールドによる筐体部２で絶縁して耐電圧を負担する構造としている。更に、周りに出力巻線１（コイル）が無い可動コア５及び固定コア４の脚部（図１に示す垂直部分）の断面積に対し、出力巻線１が巻回されている固定コア４の直線部（図１に示す水平部分）の断面積を小さくすることにより、出力巻線１が巻かれていない部分の可動コア５における磁気飽和特性が改善される。
【００１６】
この結果、出力巻線１が巻かれていない部分の磁気飽和特性と、巻かれている部分の磁気飽和特性との差が無くなるため、励磁電流を小さくすることができる。励磁電流を小さくできることにより、出力巻線１における出力低下を改善することができる。また、コア４ａ，４ｂの断面積を小さく（例えば、６．６％）できることにより、重量軽減が可能になる。この結果、コア部分の小型化及び軽量化、ひいては電源用ＣＴの小型化、軽量化、及び低コスト化が可能になる。
【００１７】
更に、図１に示すように、固定コア４と可動コア５は、出力巻線１が介在する部分においては直線になるようにし、付近に出力巻線１が無い部分では半円形（又はＵ字形）にしている。半円形にしたことにより、磁路長を短くすることができ、これにより四角形等のコアに比べ、コア材の使用量を低減できるため、コアの軽量化が可能になる。
【００１８】
次に、本発明の実施例について説明する。〔表１〕は、ＰＣとＰＢの断面積比率を変えたときの出力特性を示している。
【表１】

【００１９】
例えば、地絡検出装置を地絡センサの設置位置の近くに設置したとき、その電源を確保する必要があるが、近くにＡＣ１００Ｖ等の低圧を得ることができない場合がある。このような場合、電池を電源に用いた場合には頻繁に交換する必要があり、実用的でない。そこで、本発明に示した電源用ＣＴ１０を電源トランスとして用い、配電線等の電源ラインから電源を取得すれば、電池（一次電池又は二次電池）を不要にすることができる。地絡検出装置の場合、仮に消費電力を２ＶＡ程度とすれば、電源用ＣＴ１０の一次電流は２６Ａを流せばよい。
【００２０】
〔表１〕を参照すると、実施例１のように、ＰＣとＰＢとの断面積比率を１／２づつ（１：１）にしたとき、ＰＣ：ＰＢを２／３：１／３にした場合に比べ、最大出力は大きいが２６Ａ時の電力値が１．８ＶＡと小さい。これに対し、実施例２（本発明）のようにＰＣ：ＰＢの比率を２／３：１／３（即ち、２：１）とした場合、定格時（４５５アンペア時）の最大出力は２．８ＶＡとやや劣るが、２６Ａ時の電力値は２．２ＶＡとなり、最低限必要な電力（２ＶＡ）を確保することができる。
【００２１】
図３は、ＰＣとＰＢの断面積比率を変えたときの電源用ＣＴの出力特性を示す。特性Ａは一次電流が定格時（４５５アンペア時）の出力特性であり、特性Ｂは一次電流が２６Ａ時の特性である。また、ラインＣは一次電流が２６Ａ時の最低必要ライン（２ＶＡ）である。特性Ａを参照すると、ＰＢを増やすにつれて出力容量が大きくなることがわかる。しかし、特性Ｂに示すように一次電流が小電流（２６Ａ）時の出力特性がＰＢの増加と共に悪くなり、必要とする出力容量が得られなくなり低下傾向を示す。一方、特性Ｂには、ＰＢが３０％の辺りにピークがあることも示している。そこで、ＰＣとＰＢを組み合わせたコアとし、ＰＣ：ＰＢが約２：１になるようにすれば、ＰＢで出すことのできない低電流特性をＰＣにより出すことが可能になり、更に、ＰＣで出すことのできない大電流特性をＰＢにより出すことが可能になり、広範囲にわたって出力電流が得られるようになる。
【００２２】
【発明の効果】
以上より明らかなように、本発明の電源用ＣＴによれば、高透磁率の第１のコア材と高飽和磁束密度の第２のコア材の２種類のコア材を組み合わせてコアを構成し、第１と第２のコア材の断面積の比率を、一次電流範囲の約１／２のところで各々のコア材の負担する磁束量が等しくなるように第１と第２のコア材の断面積の比率を設定することにより、小電流から大電流までの広範囲における電力供給が可能な電源用ＣＴを得ることができる。そして、出力巻線の巻回部分の断面積を小さくできることにより、電源用ＣＴの小型軽量化、及びローコスト化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電源用ＣＴの側面断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面を示す断面図である。
【図３】ＰＣとＰＢの断面積比率を変えたときの本発明の電源用ＣＴの出力特性を示す特性図である。
【符号の説明】
１　出力巻線
２　筐体部（絶縁材）
３　環状突起
４　固定コア
４ａ，５ａ　高透磁率を有するコア材
４ｂ，５ｂ　高飽和磁束密度を有するコア材
５　可動コア
６　配電線
７ａ，７ｂ　係合部
１０　電源用ＣＴ

Claims (2)

1. 一次巻線としての配電線等の電源ラインを切断することなく前記電源ラインに装着される２分割構造のコアに巻回された二次巻線から電力を取り出す電源用ＣＴにおいて、
   前記コアは、全磁路にわたって高透磁率を有する第１のコア材と高飽和磁束密度を有する第２のコア材により構成され、各々の負担する磁束量が一次電流範囲の１／２程度の一次電流においてほぼ等しくなるように前記第１のコア材と前記第２のコア材の断面積の比率が設定されていることを特徴とする電源用ＣＴ。
2. 前記コアは、前記二次巻線が巻回される直線部分と、前記直線部分の両端に脚部が結合される逆Ｕ字形部分とにより構成され、
   前記直線部分は、前記逆Ｕ字形部分より小なる断面積を有することを特徴とする請求項１記載の電源用ＣＴ。

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