JP4020177B2 - 変成器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、3相の母線を流れる電流を測定するための変成器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図9は、例えば特許第2600548号公報に示された従来の変成器を示す構成図であり、図10は、上記図9の変成器のA−A断面図である。図において、1は3相の母線の1本であって電流が測定される被測定母線1、2a、2bは被測定母線1と鎖交する磁路を形成する鉄心、3a、3bは被測定母線1の電流を測定するための2次巻線で、鉄心2a、2bに巻回されたものである。なお、図8には2次巻線3a、3bは図示されていない。
【0003】
4a、4bはシールド巻線であり、鉄心2a、2bの回りに鉄心の円周を4分割して巻かれた同じ巻線数の4個のコイルである。シールド巻線4a、4bは、被測定母線1の軸方向に密着するように重ねて配置されたそれぞれの変成器ユニット8a、8bの回りを個別に巻回している。シールド巻線4a、4bは、隣接する母線6a及び6bの電流による被測定母線1の2次巻線に流れる電流への影響を軽減するためのものである。5は接続線であって、シールド巻線4の同じ極性の端子同士を接続するものである。
【0004】
6aは3相の母線の2本で、被測定母線1に隣接するものである。6bは導体で、中性点を形成するためのもので、被測定母線1と母線6aとを接続するものである。ここで、中性点は、被測定母線1と母線6bとの交点である。8a、8bは変成器ユニットで(変成器ユニット8a、8bを総称して変成器8という)、鉄心2a、2b、2次巻線3a、3b、シールド巻線4a、4bからなるものである。Lは鉄心2a、2b間の距離である。
【0005】
次に動作について説明する。図9及び図10において、2次巻線3a、3bの電流は、被測定母線1を流れる被測定電流に比例するので、2次巻線3a、3bにより被測定母線1の電流が測定される。シールド巻線4a、4bは、鉄心2a、2bの回りに鉄心の円周を4分割して巻かれ、各コイルの同一極同士が接続線5により接続されているので、母線6a、6bの電流によりシールド巻線4a、4bに電流が誘導され、鉄心2a、2bに侵入する磁束を低減している。また、誘導電流により発生する磁束が被測定母線1の測定電流に影響しないようにすることができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、鉄心2a、2b間には2次巻線3a、3bとシールド巻線4a、4bとが2つずつ存在し発熱量が多く、この部分の放熱面積が少ないことから、変成器の発熱が大きいという問題があった。
【0007】
また、中性点を構成している母線6bから遠くにある変成器ユニット8aの場合は、母線6bとシールド巻線4aとの相互インダクタンスが小さく、シールド巻線4aに誘導される電流が小さい。一方、母線6bに近い変成器ユニット8bの場合は、母線6bとシールド巻線4bとの相互インダクタンスが大きくなり、シールド巻線に誘導される電流が大きく、母線6bに近い変成器8bの発熱が大きい。このため、変成器が中性点に近い場合は、耐熱性の良い材料および巻線径の大きなものを使用しなくてはならないという問題があった。
【0008】
また、鉄心2a、2b間の距離Lが大きい場合には、この隙間から母線6aの磁束が侵入しやすくなるので、シールド巻線4a、4bに大きな電流が誘起され、変成器8の発熱が大きく、また、鉄心2a、2bには磁束が集中しやすくなり、精度の高い被測定母線1の電流測定を行うには、鉄心2a、2bの断面積を広くしなくてはならない等の問題があった。
【0009】
また、シールド巻線4a、4bは、変成器8の周囲を偶数個の分割コイルに分割して設けられ、同一極同士を接続するように構成されているが、各分割コイルと母線6a、6bとの相互インダクタンスの大きさが異なり、誘導電流がアンバランスとなり、変成器8の温度が局部的に高温になるという問題があった。
【0010】
本発明は、これらの問題を解決するためになされたもので、シールド巻線による発熱を少なくして、小型、軽量化が可能な変成器を得ることを目的とする。また、鉄心への侵入磁束密度を低減し、精度の高い母線電流の測定をすることを目的とする。また、各分割コイルのインダクタンスの大きさを等しくして、変成器の局部的な温度上昇を防止することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る変成器は、被測定母線を囲む環状の鉄心と、この鉄心に巻かれ被測定母線の電流を測定するための2次巻線とを有する変成器ユニットを複数個束ねて構成された変成器において、複数個の変成器ユニットをまとめて巻回するシールド巻線を備え、被測定母線に隣接する母線と上記被測定母線とが同一平面上に配置されているものであって、上記被測定母線から上記平面に対して垂直に通る線上にある変成器ユニットの部分に、2次巻線及びシールド巻線が巻かれていない第一の空隙を設けたものである。
【0013】
また、この発明に係る変成器は、被測定母線を囲む環状の鉄心と、この鉄心に巻かれ上記被測定母線の電流を測定するための2次巻線とを有する変成器ユニットを複数個束ねて構成された変成器において、複数個の変成器ユニットをまとめて巻回するシールド巻線を備え、被測定母線に隣接する複数の母線が配置されているものであって、被測定母線に隣接する母線間を結ぶ線に垂直で且つ被測定母線を通るベクトルの合成ベクトル方向の変成器ユニットの部分に、2次巻線及びシールド巻線が巻かれていない第一の空隙を設けたものである。
【0014】
被測定母線に対して、第一の空隙と反対側の位置においてシールド巻線を二分割したものである。
【0015】
また、被測定母線に対して、第一の空隙と反対側の変成器ユニットの部分に、2次巻線及びシールド巻線が巻かれていない第二の空隙を設けたものである。
【0016】
シールド巻線は円周方向に等しい長さで二分割されたものである。
【0017】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1による変成器の構成を示す平面図である。また図2は、上記図1の変成器のA−A断面図である。図において、1は3相の母線の1本であって、電流が測定される被測定母線、2a、2bは被測定母線1と鎖交する磁路を形成する鉄心であり、それぞれ直径の異なるものである。3a、3bは鉄心2a、2bに巻回された被測定母線1の電流を測定するための2次巻線である。なお図1には、2次巻線3a、3bは図示されていない。
【0018】
4はシールド巻線であり、鉄心2a、2bの回りに鉄心の円周を偶数個の分割コイルに分割して巻かれた同じ巻線数のコイルである。シールド巻線4は、被測定母線1の軸に垂直な同じ面上で密着するように並べて配置された二つの変成器ユニット8a、8bの回りを束ねて巻回している。シールド巻線4は、隣接する母線6a及び6bの電流による2次巻線2a、2bに流れる電流への影響を軽減するためのものである。5は接続線であって、シールド巻線4の同じ極性の端子同士を接続するものである。
【0019】
6aは被測定母線1に隣接する母線、6bは導体で中性点を形成するための母線で、被測定母線1と母線6aとを接続するものである。ここで中性点は、被測定母線1と母線6bとの交点である。8a、8bは変成器ユニット(ここでは変成器ユニット8a、8bを総称して変成器8という)であり、鉄心2a、2b、2次巻線3a、3b、シールド巻線4からなるものである。変成器ユニット8a、8bは、同一の鉄心2a、2bの円環面上で密接配置されている。このように、複数の変成器ユニットを配置するのは、被測定母線1の電流値測定、メータ表示、制御等への同時出力のためである。Lは、鉄心2a、2b間の距離である。
【0020】
次に動作について説明する。上記従来例と同様、2次巻線3a、3bの電流は、被測定母線1を流れる被測定電流に比例するので、2次巻線3a、3bにより被測定母線1の電流が測定される。シールド巻線4は、鉄心2a、2bの円周を偶数個の分割コイルに分割して巻かれ、各コイルの同一極同士が接続線5により接続されているので、母線6a、6bの電流によりシールド巻線4に電流が誘導され、鉄心2a、2bに侵入する磁束を低減している。また、誘導電流により発生する磁束が被測定母線1の測定電流に影響しないようにすることができる。
【0021】
本発明の変成器においては、2つの変成器ユニット8a、8bの回りを一つのシールド巻線4により束ねて巻回されているので、変成器ユニットごとに個別にシールド巻線を設けた場合に比べ、鉄心2a、2b間には2次巻線3a、3bしかなく、この部分の発熱量を低減でき、温度上昇を少なくできる。
【0022】
また、変成器ごとに個別にシールド巻線を設けた従来例に比べ、シールド巻線の長さが短くなり、シールド巻線の抵抗値が小さくなるのでシールド巻線による発熱量を低減することができる。
【0023】
また、鉄心2a、2b間にはシールド巻線がなく、このため鉄心2a、2b間の距離Lが短くなり、中性点を構成している母線6bに流れる電流により発生する磁束が変成器に侵入しにくくなる。このため、鉄心2a、2bの断面積を少なくすることができる。さらに、変成器の径方向の設置長さを短くでき、変成器をタンク等に挿入する場合は、小さいタンク径のものを用いることができる。
【0024】
また、2つの変成器ユニット8a、8bを一つのシールド巻線4で束ねて巻回しても、シールド巻線4の巻数が多い場合、シールド巻線4のリアクタンスが抵抗に比べて大きいので、シールド巻線4に誘導される電流は変わらず、シールド効果が低下することはない。
【0025】
実施の形態2.
図3は、この発明の実施の形態2による変成器の構成を示す断面図である。上記実施の形態1では、被測定母線1の軸に垂直な同じ面上で密着するように並べて二つの変成器ユニット8a、8bを配置したが、本実施の形態では、母線6bの軸方向に平行に変成器ユニット8a、8bを配置したものである。その他の構成、動作は上記実施の形態1と同様である。
【0026】
本実施の形態によれば、鉄心2a、2b間にはシールド巻線がないため、鉄心2a、2b間の距離Lが短くなり、母線6aに流れる電流により発生する磁束が侵入しにくくなる。このため、鉄心2a、2bの断面積を少なくすることができる。また、被測定母線1の電流を精度高く測定ができる。
【0027】
さらに、変成器8が中性点に近い場合でも、中性点に近い鉄心2bには磁束が集中するが、中性点から遠い鉄心2aは磁束集中が少なく、鉄心2a、2bを束ねているシールド巻線4への誘導電流は緩和され、発熱を少なくすることができる。また、被測定母線1の軸方向設置長さを短縮することができる。
【0028】
実施の形態3.
図4は、この発明の実施の形態3による変成器の構成を示す断面図であり、上記図1の正面から見た断面に相当するものである。図において、6a1、6a2は母線であり、被測定母線1と同一平面上に配置されている。10は2次巻線3及びシールド巻線4が巻かれていない、2次巻線3の端子出し入れのための第一の空隙である。ここで空隙とは、2次巻線3が巻かれていない箇所、あるいは2次巻線3を3層で巻く場合には、2次巻線3の取り出し部分において、2層だけで構成したものである。また、その上に巻くシールド巻線4も2次巻線3と同様に、2次巻線3の取り出し部分において、シールド巻線4が巻かれていない箇所を有するものである。その他の構成は、上記図1に示すものと同様である。
【0029】
第一の空隙10は、被測定母線1に隣接する母線6a1、6a2間を結ぶ線に垂直で、被測定母線1を通過するベクトルvg上の、変成器8の部分に設けられ、隣接する母線6a1、6a2から最も離れた部分に設けられている。
【0030】
次に動作について説明する。この変成器8は、2次巻線3の入出力線の取出し部分とシールド巻線4の分割位置とを重畳させた部分に第一の空隙10を設けたので、2次巻線3の入出力端子間の絶縁耐圧が高まり、被測定母線1の大電流による2次巻線3の入出力端子間の短絡事故を防止することができる。
【0031】
空隙部では、母線6a1、6a2に流れる電流による磁束が鉄心に侵入しやすい。そこで、本実施の形態では、母線6a1、6a2から最も離れた部分に第一の空隙10を設けたので、空隙部分の鉄心2への磁束集中が緩和でき、精度の高い被測定母線1の電流の測定ができる。
【0032】
実施の形態4.
図5は、この発明の実施の形態4による変成器の構成を示す断面図である。図において、6c1、6c2、6c3は母線で、被測定母線1と母線6a1、6a2とを結ぶ線と平行の線上に配置されている。また、母線6c2は、被測定母線1と母線6a1、6a2とを結ぶ線上の被測定母線1に対し垂直位置にあるものとする。被測定母線1、母線6a1、6a2と、母線6c1、6c2及び6c3とは、反対方向に電流が流れている。その他の構成は上記図4に示すものと同様である。
【0033】
本実施の形態では、第一の空隙10が、母線6a1と母線6c2を結ぶ線に垂直で、被測定母線1を通過するベクトルv1と、母線6a2と母線6c2を結ぶ線に垂直で、被測定母線1を通過するベクトルv2との合成ベクトルvhの方向にある変成器8の部分に設けられている。これにより、第一の空隙10は、母線6c2から見て最も離れた変成器8の部分に設けられたことになる。
【0034】
本実施の形態によれば、母線6a1、6a2、6c2から最も離れた部分に、第一の空隙10を設けたので、空隙部分の鉄心2への磁束集中が緩和でき、精度の高い被測定母線1の電流を測定することができる。
【0035】
なお、上記実施の形態3及び4において、隣接母線は一直線上に配列しているものとして説明したが、隣接母線がランダムに配列している場合でも、同様の手続により空隙の位置を定めれば、隣接母線による誘起電流の影響を減少することができる。
【0036】
実施の形態5.
図6は、この発明の実施の形態5による変成器の構成を示す平面図である。図において、41、42、43、44はシールド巻線の分割コイルである。10aは2次巻線2の入出力線を取り出すために変成器8に設けられた第一の空隙、10bは第一の空隙と10aの反対側に設けられた第二の空隙であり、第一の空隙10aと同じサイズのものである。その他の構成は、上記図5に示すものと同様である。
【0037】
次に動作について説明する。母線6a1にU相、母線6a2にW相の電流が流れることにより、シールド巻線の分割コイル43、44には正方向で同一値の誘導電流が、分割コイル41、42には逆方向で分割コイル43、44と同一値の誘導電流が流れ、分割コイル43と分割コイルが44とが近接している付近、及び分割コイル41と分割コイル42とが近接している付近の鉄心2に集中する磁束を低減している。一方、母線6c1に−U相、母線6c2に−V相、母線6c3に−W相の三相電流が流れることにより、分割コイル41、44には正方向の誘導電流が、分割コイル42、43には逆方向の誘導電流が流れ、第一の空隙10a、第二の空隙10b付近の鉄心2に集中する磁束を低減している。
【0038】
第一の空隙10a、第二の空隙10b付近の鉄心2に集中する磁束密度は、母線1と母線6a1、6a2との間隔よりも、母線1と母線6c1乃至6c3との間隔の方が広いことから、シールド巻線の分割コイル43と分割コイルが44とが近接している付近、及び分割コイル41と分割コイル42とが近接している付近の鉄心2に集中する磁束密度よりも少ない。
【0039】
従って、図6に示すように、第一の空隙10aと反対側の位置に第2の空隙10bを設けて、シールド巻線の各分割コイルの形状を対称的なものとし、シールド巻線の各分割コイル間の長さを等しくした。これにより、シールド巻線の長さは短くなり、自己インダクタンスは高くなるものの、母線6a1、6a2との相互インダクタンスはより高くなるため、各シールド巻線のコイルに誘導される電流は大きくなり、分割コイル43と分割コイルが44とが近接している付近、及び分割コイル41と分割コイル42とが近接している付近の鉄心2に集中する磁束を低減することができる。従って、磁気飽和しにくくなり、精度の高い被測定被測定母線1の電流を測定することができる。
【0040】
実施の形態6.
図7は、この発明の実施の形態6による変成器の構成を示す平面図である。図において、41、42はシールド巻線の分割コイルである。
【0041】
次に動作について説明する。母線6a1にU相、被測定母線1にV相、母線6a2にW相の電流が流れている場合、鉄心2の磁束密度の高い箇所は、母線6a1、6a2に最も鉄心2が近い箇所である。その磁束密度を低減するためには、図7に示すように、各分割コイル41、42の円周方向の中央位置を磁束密度の最も高い箇所、即ち母線6a1、6a2に最も鉄心2が近い箇所に配置することである。
【0042】
こうして、鉄心2の磁束密度をある程度抑え、母線6a1、6a2との相互インダクタンスを低くし、各分割コイル41、42に誘導される電流を低減する。このため、上記実施の形態5の変成器に比べて、分割コイルが長くなる分自己インダクタンスは低くなるものの、相互インダクタンスはより低くなり、誘導電流も最も少なくなる。従って、シールド巻線4、及び2次巻線3の温度上昇を防止することができる。
【0043】
また、上記実施の形態5の変成器に比べ、電流のアンバランスがなく、誘導電流が少なくなり、全体的な温度上昇を低減できる。これを図8を用いて説明する。図8(a)は上記実施の形態5の変成器において、円周方向に角度θの設置ずれが生じた状態を示す図、図8(b)は上記実施の形態6の変成器において、円周方向に角度θの設置ずれが生じた状態を示す図、図8(c)は分割コイルに流れる最大電流iと設置ずれ角度θとの関係を示す図であり、iaが上記実施の形態5における変成器の分割コイル42、44に流れる電流、ibが上記実施の形態6における変成器の分割コイル41、42に流れる電流である。
【0044】
設置ずれが生じた場合、母線との相互インダクタンスの変化が大きくなる分割コイルと小さくなる分割コイルとが発生する。上記実施の形態5における変成器は、設置ずれ角度θが大きくなるほど、分割コイル42、44の母線との相互インダクタンスは大きくなり、一方、分割コイル41、43は相互インダクタンスが少なくなる。従って、図8(c)に示すように、分割コイル42、44に流れる電流iaは設置ずれ角度θが大きくなるほど多く流れる。
【0045】
これに対して、上記実施の形態6における変成器は、設置ずれ角度θが大きくなれば、分割コイル41、42の母線との相互インダクタンスは少なくなる。従って、図8(c)に示すように、分割コイル41、42に流れる電流ibは設置ずれ角度θが大きくなるほど少なくなり、これにより温度上昇を抑えることができる。
【0046】
【発明の効果】
以上のように、この発明に係る変成器は、被測定母線を囲む環状の鉄心と、この鉄心に巻かれ被測定母線の電流を測定するための2次巻線とを有する変成器ユニットを複数個束ねて構成された変成器において、複数個の変成器ユニットをまとめて巻回するシールド巻線を備え、被測定母線に隣接する母線と上記被測定母線とが同一平面上に配置されているものであって、上記被測定母線から上記平面に対して垂直に通る線上にある変成器ユニットの部分に、2次巻線及びシールド巻線が巻かれていない第一の空隙を設けたので、鉄心に侵入する磁束を低減でき、精度の高い母線電流の測定ができ、またシールド巻線による発熱を少なくして、小型、軽量な変成器を得る効果が得られるとともに、さらに、空隙近傍の鉄心への磁気集中が緩和でき、精度の高い母線電流の測定ができ、また変成器近傍の母線による誘導電流の影響を小さくできる効果が得られる。
【0048】
また、この発明に係る変成器は、被測定母線を囲む環状の鉄心と、この鉄心に巻かれ上記被測定母線の電流を測定するための2次巻線とを有する変成器ユニットを複数個束ねて構成された変成器において、複数個の変成器ユニットをまとめて巻回するシールド巻線を備え、被測定母線に隣接する複数の母線が配置されているものであって、被測定母線に隣接する母線間を結ぶ線に垂直で且つ被測定母線を通るベクトルの合成ベクトル方向の変成器ユニットの部分に、2次巻線及びシールド巻線が巻かれていない第一の空隙を設けたので、鉄心に侵入する磁束を低減でき、精度の高い母線電流の測定ができ、またシールド巻線による発熱を少なくして、小型、軽量な変成器を得る効果が得られるとともに、さらに、空隙近傍の鉄心への磁気集中が緩和でき、精度の高い母線電流の測定ができ、また変成器近傍の母線による誘導電流の影響を小さくできる効果が得られる。
【0049】
また、被測定母線に対して、第一の空隙と反対側の位置においてシールド巻線を二分割したので、分割コイルに流れる誘導電流のアンバランスがなく、変成器の温度上昇を防止することができる効果が得られる。
【0050】
また、被測定母線に対して、第一の空隙と反対側の変成器ユニットの部分に、2次巻線及びシールド巻線が巻かれていない第二の空隙を設けたので、シールド巻線の各コイルに誘導される電流は大きくなり、鉄心に侵入する磁束を低減することができるため、磁気飽和しにくくなり、精度の高い母線の電流を測定することができる効果が得られる。
【0051】
また、シールド巻線は円周方向に等しい長さで二分割されたものであるので、分割コイルに流れる誘導電流のアンバランスがなく、変成器の温度上昇を防止することができる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1による変成器の構成を示す平面図である。
【図2】 この発明の実施の形態1による変成器の構成を示す図1のA−A断面図である。
【図3】 この発明の実施の形態2による変成器の構成を示す断面図である。
【図4】 この発明の実施の形態3による変成器の構成を示す断面図である。
【図5】 この発明の実施の形態4による変成器の構成を示す断面図である。
【図6】 この発明の実施の形態5による変成器の構成を示す断面図である。
【図7】 この発明の実施の形態6による変成器の構成を示す断面図である。
【図8】 この発明の実施の形態6による変成器を説明するための図である
【図9】 従来の変成器の構成を示す平面図である。
【図10】 従来の変成器の構成を示す図9のA−A断面図である。
【符号の説明】
1 被測定母線、2a、2b 鉄心、3a、3b 2次巻線、4 シールド巻線、6a1、6a2、6c1、6c2、6c3 母線、8 変成器、8a、8b 変成器ユニット、10a 第一の空隙、10b 第二の空隙
Claims (5)
- 被測定母線を囲む環状の鉄心と、この鉄心に巻かれ上記被測定母線の電流を測定するための2次巻線とを有する変成器ユニットを複数個束ねて構成された変成器において、
上記複数個の変成器ユニットをまとめて巻回するシールド巻線を備え、
被測定母線に隣接する母線と上記被測定母線とが同一平面上に配置されているものであって、上記被測定母線から上記平面に対して垂直に通る線上にある変成器ユニットの部分に、2次巻線及びシールド巻線が巻かれていない第一の空隙を設けた
ことを特徴とする変成器。 - 被測定母線を囲む環状の鉄心と、この鉄心に巻かれ上記被測定母線の電流を測定するための2次巻線とを有する変成器ユニットを複数個束ねて構成された変成器において、
上記複数個の変成器ユニットをまとめて巻回するシールド巻線を備え、
被測定母線に隣接する複数の母線が配置されているものであって、上記被測定母線に隣接する母線間を結ぶ線に垂直で且つ上記被測定母線を通るベクトルの合成ベクトル方向の変成器ユニットの部分に、2次巻線及びシールド巻線が巻かれていない第一の空隙を設けた
ことを特徴とする変成器。 - 被測定母線に対して、第一の空隙と反対側の位置においてシールド巻線を二分割したことを特徴とする請求項1記載の変成器。
- 被測定母線に対して、第一の空隙と反対側の変成器ユニットの部分に、2次巻線及びシールド巻線が巻かれていない第二の空隙を設けたことを特徴とする請求項1または2記載の変成器。
- シールド巻線は円周方向に等しい長さで二分割されたものである請求項4記載の変成器。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12797399A JP4020177B2 (ja) | 1998-05-21 | 1999-05-10 | 変成器 |
US09/314,968 US6191673B1 (en) | 1998-05-21 | 1999-05-20 | Current transformer |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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