JP4189164B2 - 電流測定器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、１次導体に流れる電流をロゴウスキーコイルにより測定する電流測定器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１４は例えば特開平３−９１２１４号公報に示されたロゴウスキーコイルを用いた従来の電流測定器を三相交流に適用した場合の一部断面で示す正面図、図１５は図１４のXV−XV線における断面図、図１６はロゴウスキーコイルの巻線状態を示す正面図である。
図において、１はタンク、２，３，４はそれぞれＵ相，Ｖ相，Ｗ相の三相交流が流れる母線を構成する１次導体で、横断面における１次導体２，３，４の各断面位置が正三角形に配置されている。５は１次導体２の外周に設けた電流測定用のロゴウスキーコイルであり、巻心５ａと測定巻線５ｂからなる。６は１次導体３の外周に設けた電流測定用のロゴウスキーコイルであり、巻心６ａと測定巻線６ｂとからなる。７は１次導体４の外周に設けた電流測定用のロゴウスキーコイルであり、巻心７ａと測定巻線７ｂとからなる。
５ａ，６ａ，７ａは絶縁物からなる環状の巻心、５ｂ，６ｂ，７ｂは巻心５ａ，６ａ，７ａに図１６に示すように巻回された測定巻線、５ｃ，６ｃ，７ｃは測定巻線５ｂ，６ｂ，７ｂの取出し部である。
【０００３】
上記のように構成された従来の電流測定器においては、１次導体２に流れる三相交流のＵ相電流Ｉｕにより、巻心５ａの部分に磁界Ｈが発生する。この磁界Ｈと電流Ｉｕとの関係は、アンペアの周回積分定理により、次式（１）のようになる。
【０００４】
【数１】
【０００５】
１次導体２に流れるＵ相電流Ｉｕを角周波数ωの正弦波交流とし、巻心５ａの周方向微小長さをΔｌ、その間の巻線密度をｎ、磁束鎖交断面積をＳ、磁束をφ、測定巻線５ｂの誘起電圧をｅとすると、Ｕ相電流Ｉｕは次の式（２），式（３）のようになる。
【０００６】
【数２】
【０００７】
測定巻線５ｂの総巻線をＮ、測定巻線５ｂの端子ｐ―端子ｑの誘起電圧をＥとすると、次の（４）式のようになり、測定巻線５ｂの誘起電圧によって、電流（Ｉｕ）を測定できる。
【０００８】
【数３】
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電流測定器は以上のように構成されているが、巻線密度ｎおよび測定巻線５ｂ，６ｂ，７ｂの磁束鎖交断面積Ｓは、電流測定器の製作上、周方向で変化する。このため、ロゴウスキーコイル近傍に設置される他相母線２，３，４に流れる電流が発生する磁束により、測定巻線５ｂ，６ｂ，７ｂの端子ｐ−端子ｑ間に誘起電圧が発生し、電流測定に誤差を生じる。この電流測定誤差を低減するためにシールドを設けると大きなシールドが必要である。
また、巻線取出し部５ｃ，６ｃ，７ｃは絶縁を確保するため、他の部分とは異なり、絶縁距離を設けるため巻線が少ない状態となる。このため巻線密度が円周上で大きく異なり、電流測定誤差が大きくなる。
特にタンクが鉄製であると磁気抵抗が低くなり、タンク内の磁束密度がタンクがない場合よりも高くなり、測定誤差が大きくなる。三次元有限要素法で解析した結果、三相交流の電源周波数６０Ｈｚ、測定巻線の取出し部５ｃの位置θをタンク外の信号処理装置に近く、また、他相母線の影響を受けにくいタンクに近い１５０度の位置とし、この部分の円周１１．２５度を巻数が少ない範囲を粗巻部とし、巻数密度を他の部分の５０％とした場合、タンクがない場合は電流測定器の電流値誤差は０．３８％、位相差誤差はなく、アルミ製タンクの場合の電流測定器の電流値誤差は−０．２３％、位相差誤差は２．６分であるが、鉄製タンクの場合における電流測定器の電流値誤差は０．７５％、位相差誤差は６．７分となり、アルミ製タンクと比較すると、電流値誤差は約３．３倍、位相差誤差は約２．６倍となり、共に増大する。
【００１０】
この発明は、これらの問題を解決するためになされたものであって、ロゴウスキーコイルの巻線密度のバラツキ，鎖交断面積のバラツキによる電流測定誤差を低減し、簡潔な構成で測定精度を向上できる電流測定器を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る電流測定器では、平行に配置された複数の１次導体をそれぞれ囲んで配設されたロゴウスキーコイルの出力により前記１次導体の被測定電流を測定する電流測定器において、非磁性の導体部材で構成され前記１次導体と平行状態に配設された周面部により前記複数のロゴウスキーコイルを覆って設けられ前記１次導体の電流による誘導電流を流すようにした前記複数のロゴウスキーコイルに共通の筒状体を備え、前記筒状体の周面部と前記ロゴウスキーコイルとの間に、前記筒状体の周面部と同心的に配置され、前記筒状体周面部よりも軸方向寸法が短い周面部を有する非磁性の導体部材からなる補助筒状体を設けたものである。
【００１２】
第２の発明に係る電流測定器では、平行に配置された複数の１次導体をそれぞれ囲んで配設されたロゴウスキーコイルの出力により前記１次導体の被測定電流を測定する電流測定器において、非磁性の導体部材で構成され前記１次導体と平行状態に配設された周面部により前記複数のロゴウスキーコイルを覆って設けられ前記１次導体の電流による誘導電流を流すようにした前記複数のロゴウスキーコイルに共通の筒状体を備え、前記筒状体の内部に配設され前記１次導体が貫通する非磁性の導体部材からなる板状設置部材と、前記板状設置部材に１次導体を囲んで配設されて軸方向に開口し前記ロゴウスキーコイルを装着した環状溝部とを設け、前記ロゴウスキーコイルを個別に囲み前記軸方向に開口する環状溝部から軸方向に突出して配設された非磁性の導体部材からなる個別筒状体を設けたものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明による実施の形態１を図１ないし図５を参照して説明する。図１は実施の形態１における電流測定器の構成を示す横断面図である。図２は図１のII−II線における断面図である。図３は実施の形態１におけるロゴウスキーコイルの巻線を示す説明図である。図４は実施の形態１におけるシールド円筒の誘導電流分布を示す斜視説明図である。図５は実施の形態１における電流値誤差とシールド円筒長係数との特性を示す曲線図である。
【００２２】
図において、１はタンク、２，３，４はそれぞれＵ相，Ｖ相，Ｗ相の三相交流が流れる母線を構成する１次導体で、横断面における１次導体２，３，４の各断面位置が正三角形の各頂点に配置されている。５は１次導体２の外周に設けた電流測定用のロゴウスキーコイルであり、巻心５ａと測定巻線５ｂからなる。６は１次導体３の外周に設けた電流測定用のロゴウスキーコイルであり、巻心６ａと測定巻線６ｂとからなる。７は１次導体４の外周に設けた電流測定用のロゴウスキーコイルであり、巻心７ａと測定巻線７ｂとからなる。８はシールド円筒、８ａはシールド円筒８の周面部、９は支持板である。
【００２３】
図１および図２に示すように、強磁性で良導体である鉄等で作成された鉄製タンク１の内面近傍に、非磁性で良導体であるアルミまたは銅などで作製されたシールド円筒８を鉄製タンク１と同軸上に設け、シールド円筒８の軸中央付近で、同一平面状にロゴウスキーコイル５，６，７を支持板９で取り付ける。
【００２４】
ロゴウスキーコイル５，６，７は、ロゴウスキーコイル５を代表例として図３示すように、環状の巻心５ａ，６ａ，７ａにロゴウスキーコイル本体を構成する測定巻線５ｂ，６ｂ，７ｂが巻回されている。
５ｃ，６ｃ，７ｃ（図１）は測定巻線５ｂ，６ｂ，７ｂの出力を取り出すための巻線引き出し部である。ｐ，ｑは巻線引き出し部５ｃ，６ｃ，７ｃに設けられた端子である。
【００２５】
この構成においては、シールド円筒８には１次導体２，３，４に流れる三相交流が発生する磁界により誘導電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗが図４のように流れる。
誘導電流は１次導体２，３，４に流れる主回路電流とは反対方向に誘導されるため、ロゴウスキーコイル５，６，７部の磁束密度は誘導電流による反作用磁界のため、大幅に低減される。反作用磁界はシールド円筒８の軸中央が最も大きくなることから、この部分にロゴウスキーコイル５，６，７を設置すると誤差低減効果が大きくなる。
このため、ロゴウスキーコイル５，６，７の巻線引き出し部５ｃ，６ｃ，７ｃ等の巻線密度のバラツキ，鎖交断面積のバラツキによる電流測定誤差を低減することができる。また、シールド円筒８一つで誤差を低減できることから、構造が簡単となる。
【００２６】
三次元有限要素法で解析した結果、三相交流の電源周波数６０Ｈｚ、シールド円筒８を板厚８ｍｍのアルミで作製し、測定巻線の取出し部５ｃの位置θをタンク外の信号処理装置に近く、また、他相母線の影響を受けにくいタンクに近い１５０度の位置とし、この部分の円周１１．２５度を巻数が少ない範囲とし、巻数密度を他の部分の５０％とした場合、電流値誤差εｉとシールド円筒長係数ｋとの特性は図５に示すものとなる。シールド円筒長係数ｋはシールド円筒８の軸方向長さｌを１次導体２，３，４の中心間距離Ｄで除した値である。シールド円筒８の長さが長くなるほど電流値誤差が減少し、シールド円筒８の長さが１次導体２，３，４の中心間距離Ｄの１．５倍の長さ近傍で電流値誤差が零となり、さらにシールド円筒８の長さが長くなると電流値誤差が大きくなる。
したがって、シールド円筒８の長さを１次導体２，３，４の中心間距離Ｄの１．５倍の長さ程度にすることにより、電流値誤差を発生しないようにすることができる。
【００２７】
なお、タンク１が鉄製の場合について説明しているが、タンク１がアルミ製の場合はシールド円筒を用いても、アルミタンクには誘導電流が流れており、シールド円筒を用いても、誘導電流の総電流値はほとんど変化しないことから、誤差の低減効果はほとんどなく、むしろ等価的にタンク板厚が増加したこととなり、電流値誤差はマイナス側に大きくなる。
三次元有限要素法で解析した結果、前記条件において、シールド円筒長係数ｋが１．９で、タンク１をアルミとした場合、アルミタンクのみの場合は電流値誤差は−０．２３％であるが、シールド円筒を施しても電流値誤差は−０．２８％であり、誤差低減効果はほとんどない。
一方、ステンレス材をタンク１に用いた場合は、磁性がほとんどなく、また、ステンレスの体積低効率がアルミの２０倍程度であることから、タンクには誘導電流があまり流れない。このため、タンク１がない状態と同様となり、シールド円筒８による誤差低減効果が大きくなる。三次元有限要素法で解析した結果、前記条件において、シールド円筒長係数ｋが１．９で、ステンレスタンクのみの場合は電流値誤差は０．２６％であるが、シールド円筒を施すと電流値誤差は−０．１１％となり、誤差低減効果がある。
また、タンク１がなく、母線を構成する１次導体のみの場合においては、鉄製タンクの場合よりも電流値誤差は少ないが、アルミタンクよりも大きいことから、母線のみの場合においても、シールド円筒８を用いることにより、電流値誤差を低減できる。
【００２８】
この発明による実施の形態１によれば、平行に配置された複数の母線を構成する１次導体２，３，４をそれぞれ囲んで配設された複数のロゴウスキーコイル５，６，７の出力により前記母線を構成する１次導体２，３，４の被測定電流を測定する電流測定器において、非磁性の導体部材で構成され前記母線を構成する１次導体２，３，４と平行状態に配設された周面部８ａにより前記複数のロゴウスキーコイル５，６，７を覆って設けられた共通の筒状体８を備え、前記筒状体８に前記母線を構成する１次導体２，３，４の電流による誘導電流を流すようにしたものであって、磁性を有する導体部材で構成された円形状タンク１内に三相交流が流れる母線を構成する１次導体２，３，４の３導体をその横断面における各断面位置がほぼ正三角形の頂点となるように配置し、前記正三角形の重心位置を前記円形状タンクの軸上とし、前記タンク１内面近傍に配設された非磁性の導体部材で構成された前記周面部８ａを有する円筒状体８における前記周面部８ａの軸方向寸法を母線間距離の約１．５倍としたので、１次導体の配置および円筒状体周面部の軸方向寸法を適切に設定することにより、ロゴウスキーコイルの製作上の巻線密度のバラツキ，鎖交断面積のバラツキによる電流測定誤差を低減し、簡潔な構成で測定精度を向上し得る電流測定器を提供することができる。
【００２９】
実施の形態２．
この発明による実施の形態２を図６について説明する。図６は実施の形態２における電流測定器の構成を示す縦断面図である。
この実施の形態２において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１における構成と同様の構成を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
【００３０】
図６は、この発明による他の実施形態を示した断面図で、シールド円筒８の両端部にシールド円筒８の厚みよりも厚く、半円形状をした半円形端部８ｂ，８ｃを設けている。
この構成においては、シールド円筒８に誘導される電流が流れる流路の電気抵抗およびインダクタンスが少なくなるため、誘導電流が多く流れ、反作用磁界が大きくなる。このため、ロゴウスキーコイル５，６，７部の磁束密度が低減され、ロゴウスキーコイルの巻線密度のバラツキ、鎮交断面積のバラツキによる電流値誤差を低減できる。
また、シールド円筒８の両端部では、１次導体２，３，４に高電圧が印加された場合には電界が高くなる。両端部の形状を半円形状にしていることにより、電界を緩和するすることができる。
【００３１】
この発明による実施の形態２によれば、実施の形態１における構成において、非磁性の導体部材で構成された筒状体８における周面部８ａの端縁部の厚みを他の部分よりも厚くし、前記端縁部の内径側に断面半円形状の環状突部８ｂ，８ｃを設けたので、ロゴウスキーコイルの製作上の巻線密度のバラツキ，鎖交断面積のバラツキによる電流測定誤差を低減し、簡潔な構成で測定精度を向上し得るとともに、筒状体周面部の端縁部における電界集中を緩和し耐電圧性能を改善し得る電流測定器を提供することができる。
【００３２】
実施の形態３．
この発明による実施の形態３を図７について説明する。図７は実施の形態３における電流測定器の構成を示す縦断面図である。
この実施の形態３において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１および実施の形態２における構成と同様の構成を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
【００３３】
図７は、この発明による他の実施形態を示した断面図で、シールド円筒８の片端部にはフランジ８ｄを設け、鉄製タンクのフランジ１ａ，１ｂとの間に設置している。
この構成においては、ロゴウスキーコイル５，６，７の取り付けをシールド円筒８のフランジ８ｄで容易に行え、さらにフランジ８ｄは誘導電流を流し易いことから、シールド円筒８の誘導電流路のインピーダンスが低下し、誘導電流が多く流れ、反作用磁界が大きくなる。
このため、ロゴウスキーコイル５，６，７部の磁束密度が低減され、ロゴウスキーコイルの巻線密度のバラツキ、鎖交断面積のバラツキによる電流値誤差を低減できる。
【００３４】
この発明による実施の形態３によれば、実施の形態１または実施の形態２における構成において、磁性を持つ導体部材で構成されて前記母線を構成する１次導体２，３．４を収納しフランジ１ａ，１ｂを有するタンク１を備えるとともに、非磁性の導体部材で構成された前記筒状体８における周面部８ａの端縁にフランジ８ｄを設け、このフランジ８ｄを前記タンク１のフランジ１ａ，１ｂ部に設置したので、ロゴウスキーコイルの製作上の巻線密度のバラツキ，鎖交断面積のバラツキによる電流測定誤差を低減し、簡潔な構成で測定精度を向上し得るとともに、ロゴウスキーコイルの取り付けを容易に行うことができて作業効率を改善し得る電流測定器を提供することができる。
【００３５】
実施の形態４．
この発明による実施の形態４を図８および図９について説明する。図８は実施の形態４における電流測定器の構成を示す横断面図である。図９は図８のIX−IX線における断面図である。
この実施の形態４において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１ないし実施の形態３における構成と同様の構成を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
【００３６】
図において、シールド円筒８の片端部は良導体で作製した接続板１０ａ，１０ｂ，１０ｃを各１次導体２，３，４に最も近い位置に設け、鉄製タンク１と電気的に接続している。
【００３７】
この構成においては、シールド円筒８に流れる軸方向誘導電流は１次導体２，３，４に最も近い個所で最も多く流れ、それらはシールド円筒８の端部に沿って図３のように流れるため、誘導電流が最も多く流れる個所に接続板１０ａ，１０ｂ，１０ｃを設けることにより、誘導回路が並列となり、インピーダンスが低下する。
このため、誘導電流が多く流れ、ロゴウスキーコイル５，６，７部の磁束密度が低減され、ロゴウスキーコイルの巻線密度のバラツキ、鎖交断面積のバラツキによる電流値誤差を低減できる。
【００３８】
なお、この実施の形態では、シールド円筒８の周面部８ａにおける軸方向端縁の片端部のみ接続板１０ａ，１０ｂ，１０ｃを設けているが、両端部に設けるとさらに電流値誤差を低減できる。
【００３９】
この発明による実施の形態４によれば、実施の形態１ないし実施の形態３における構成において、磁性を持つ導体部材で構成されて前記母線を構成する１次導体２，３，４を収納するタンク１を備えるとともに、非磁性の導体部材で構成された前記筒状体８における周面部８ａの１次導体２，３，４に最も近い箇所を前記タンク１と電気的に接合する接続板１０ａ，１０ｂ，１０ｃからなる接続部を設けたので、筒状体周面部とタンクとを適切に接続することにより、ロゴウスキーコイルの製作上の巻線密度のバラツキ，鎖交断面積のバラツキによる電流測定誤差を低減し、簡潔な構成で測定精度を向上し得る電流測定器を提供することができる。
【００４０】
実施の形態５．
この発明による実施の形態５を図１０および図１１について説明する。図１０は実施の形態５における電流測定器の構成を示す横断面図である。図１１は図１０のXI−XI線における断面図である。
この実施の形態５において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１ないし実施の形態４における構成と同様の構成を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
【００４１】
図において、シールド円筒８の軸中央部に非磁性で良導体であるアルミなどで作製した設置板１１を設けている。この設置板１１には１次導体２，３，４を貫通する複数の穴と、これらの穴の中心軸と同軸上にロゴウスキーコイル５，６，７を挿入する軸方向に開口した環状溝１１ａを設けており、この環状溝１１ａに巻心および測定巻線からなるロゴウスキーコイル５，６，７全体を挿入し装着する。
【００４２】
この構成においては、設置板１１により、ロゴウスキーコイル５，６，７を容易に設置することができ、また、設置板１１による１次導体に流れる主回路電流により発生する磁界のシールド効果がある。
さらに、シールド円筒８に流れる誘導電流はロゴウスキーコイル近傍を流れ、誘導電流の位相は侵入磁界を低減する方向に流れる主回路電流と反対位相の分と、主回路電流に対して９０度遅れる位相分がある。この９０度遅れる位相分による磁界がロゴウスキーコイル５，６，７部に侵入することを設置板１１により防止できる。
【００４３】
三次元有限要素法で解析した結果、三相交流の電源周波数６０Ｈｚ、シールド円筒８を板厚８ｍｍのアルミで、シールド円筒８の長さが１次導体２，３，４の中心問距離Ｄの１．９倍の長さ近傍で作製し、測定巻線の取出し部５ｃの位置θをタンクに近い１５０度の位置とし、この部分の円周１１．２５度を巻数が少ない範囲とし、巻数密度を他の部分の５０％とした場合、設置板１１を設けない場合は電流値誤差−０．１５％、位相差誤差５．７分であるが、設置板１１を設けることにより、電流値誤差−０．１０％、位相差誤差２．５分となり、電流値誤差，位相差誤差ともに低減でき、特に位相差誤差の低減は大きくできる。
【００４４】
この発明による実施の形態５によれば、実施の形態１ないし実施の形態４における構成において、前記シールド円筒８からなる筒状体の内部に配設され前記母線を構成する１次導体２，３，４が貫通する非磁性の導体部材で構成された設置板１１からなる板状設置部材と、前記設置板１１からなる板状設置部材に母線を構成する１次導体２，３，４を囲んで配設され軸方向に開口する溝１１ａからなる環状溝部とを設け、前記溝１１ａからなる環状溝部に前記ロゴウスキーコイル５，６，７の巻心および測定巻線からなるコイル本体を挿入し装着したので、ロゴウスキーコイルを装着する環状溝部を有する非磁性の導体部材で構成された板状設置部材を設けることにより、ロゴウスキーコイルの製作上の巻線密度のバラツキ，鎖交断面積のバラツキによる電流測定誤差を低減し、簡潔な構成で測定精度を向上し得る電流測定器を提供することができる。
【００４５】
実施の形態６．
この発明による実施の形態６を図１２について説明する。図１２は実施の形態６における電流測定器の構成を示す縦断面図である。
この実施の形態６において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１ないし実施の形態５における構成と同様の構成を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
【００４６】
図１２は、この発明による他の実施形態を示した縦断面図で、シールド円筒８の内面近傍にシールド円筒８と同一軸上で、軸中央に、シールド円筒８の周面部８ａよりも軸方向寸法が短い周面部１２ａを有する副シールド円筒１２を設け、この副シールド円筒１２の軸方向位置中央にロゴウスキーコイル５，６，７を設けている。
【００４７】
この構成においては、シールド円筒８に誘導される誘導電流が発生する磁界がロゴウスキーコイル５，６，７部に侵入することを、副シールド円筒１２により防止することができる。このため、位相差誤差を低減できる。
【００４８】
なお、副シールド円筒１２の周面部１２ａの軸方向寸法ががシールド円筒８の周面部８ａと同程度の長さになると、１次導体２，３，４に流れる主回路電流が発生する磁界により副シールド円筒１２に多くの誘導電流が流れ、その誘導電流による磁界がロゴウスキーコイル５，６，７に影響することから、位相差誤差はあまり低減できない。
【００４９】
この発明による実施の形態６によれば、実施の形態１ないし実施の形態５における構成において、前記シールド円筒８からなる筒状体の周面部８ａと前記ロゴウスキーコイル５，６，７との間に、前記シールド円筒８からなる筒状体の周面部８ａと同心的に配置され、前記筒状体周面部８ａよりも軸方向寸法が短い周面部１２ａを有する非磁性の導体部材で構成される副シールド円筒１２からなる補助筒状体を設けたので、シールド円筒８からなる筒状体および副シールド円筒１２からなる補助筒状体により、ロゴウスキーコイルの製作上の巻線密度のバラツキ，鎖交断面積のバラツキによる電流測定誤差を低減し、簡潔な構成により測定精度を向上し得る電流測定器を提供することができる。
【００５０】
実施の形態７．
この発明による実施の形態７を図１３について説明する。図１３は実施の形態７における電流測定器構成を示す縦断面図である。
この実施の形態７において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１ないし実施の形態５における構成と同様の構成を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
【００５１】
図１３は、この発明による他の実施形態を示した縦断面図で、ロゴウスキーコイル５，６，７を挿入している設置板１１のロゴウスキーコイル挿入溝１１ａの外周に非磁性で良導体の部材により構成され、周面部の軸長すなわち軸方向寸法が設置板１１の厚さよりも長い個別シールド円筒１３を各相に設けている．
【００５２】
この構成においては、シールド円筒８に誘導される誘導電流による磁界を個別シールド円筒１３によりシールドすることができ、位相差誤差を低減できる。
【００５３】
この発明による実施の形態７によれば、実施の形態１ないし実施の形態５における構成において、前記ロゴウスキーコイル５，６，７の巻心および測定巻線からなるコイル本体を個別に囲み前記軸方向に開口する溝１１ａからなる環状溝部から軸方向に突出して配設された非磁性の導体部材で構成される個別シールド円筒１３からなる個別筒状体を設けたので、シールド円筒８からなる筒状体および個別シールド円筒１３からなる個別筒状体により、ロゴウスキーコイルの製作上の巻線密度のバラツキ，鎖交断面積のバラツキによる電流測定誤差を低減し、簡潔な構成により測定精度を向上し得る電流測定器を提供することができる。
【００５４】
この発明による実施の形態によれば、以上説明した通り、電流を測定する三相母線２，３，４を収納する鉄製タンク１の内面に、鉄製タンク１と同一軸上に非磁性体で良導体の円筒８を設け、その円筒８の軸中央にロゴウスキーコイル５，６，７を取り付けた構造としたものである。このため、ロゴウスキーコイル部に発生する磁束密度は低減され、ロゴウスキーコイル５，６，７の巻線引出し部等の巻線密度のバラツキ，鎖交断面積のバラツキによる電流測定誤差，位相差誤差を低減することができる。
また、シールド円筒８の両端部にシールド円筒８の他の部分の厚みよりも厚く、断面半円形状をした部分８ｂ，８ｃを設けている。このため、シールド円筒８に誘導される電流が流れる流路の電気抵抗およびインダクタンスが少なくなり、誘導電流が多くながれ、反作用磁界が大きくなる。したがって、ロゴウスキーコイル部の磁束密度が低減され、ロゴウスキーコイル５，６，７の巻線密度のバラツキ，鎖交断面積のバラツキによる電流値誤差を低減できる。また、シールド円筒８の両端部では、１次導体２，３，４に高電圧が印加された場合には電界が高くなる。両端部の形状を断面半円形状にすることにより、この部分の電界を緩和することができる。
また、シールド円筒８の片端部にはフランジ８ｄを設け、鉄製タンク１のフランジ１ａ，１ｂの間に設置している。このため、ロゴウスキーコイル５，６，７の取り付けをシールド円筒８のフランジ８ｄで容易に行え、さらにシールド円筒８に誘導される電流が流れる流路の電気抵抗およびインダクタンスが少なくなりインピーダンスが低下し、誘導電流が多く流れ、反作用磁界が大きくなる。このため、ロゴウスキーコイル部の磁束密度が低減され、ロゴウスキーコイル５，６，７の巻線密度のバラツキ，鎖交断面積のバラツキによる電流値誤差を低減できる。
また、シールド円筒８の片端部に良導体で作製した接続板１０ａ，１０ｂ，１０ｃを各１次導体に最も近い位置に設け、鉄製タンク１と電気的に接続している。このため、シールド円筒８に流れる誘導電流は分流され、インピーダンスが低下する。このため、シールド円筒８の支持とともに、誘導電流が多く流れ、ロゴウスキーコイル部の磁束密度が低減され、ロゴウスキーコイル５，６，７の巻線密度のバラツキ、鎖交断面積のバラツキによる電流値誤差を低減できる。
また、シールド円筒８の軸中央部に非磁性で良導体であるアルミなどで作製した設置板１１を設け、この設置板１１にはロゴウスキーコイル５，６，７を挿入する溝１１ａを設け、この溝にロゴウスキーコイル全体を挿入している。このため、ロゴウスキーコイルの設置が容易となり、さらに１次導体に流れる主回路電流により発生する磁界のシールド効果がある。また、シールド円筒８に流れる誘導電流はロゴウスキーコイル５，６，７近傍を流れ、誘導電流の位相は侵入磁界を低減する主回路電流に対して逆位相分と、主回路電流に対して９０度遅れる位相分がある。この９０度遅れる位相分を設置板１１により低減できる。
また、、シールド円筒８の内面近傍にシールド円筒８と同一軸上で、軸中央に、シールド円筒８よりも軸長が短い副シールド円筒１２を設け、その軸中央にロゴウスキーコイル５，６，７を設けている。このため、シールド円筒８に誘導される誘導電流が発生する磁界がロゴウスキーコイル部に侵入することを、副シールド円筒１２によりシールドすることができ、位相差誤差を低減できる。
また、ロゴウスキーコイル５，６，７を挿入している設置板１１のロゴウスキーコイル挿入溝１１ａの外周に非磁性で良導体で作製し、設置板１１の厚みよりも長い個別シールド円筒１３を各相に設けている。このため、シールド円筒８に誘導される誘導電流による磁界を個別シールド円筒１３によりシールドすることができ、位相差誤差を低減できる。
【００５５】
【発明の効果】
第１の発明によれば、平行に配置された複数の１次導体をそれぞれ囲んで配設されたロゴウスキーコイルの出力により前記１次導体の被測定電流を測定する電流測定器において、非磁性の導体部材で構成され前記１次導体と平行状態に配設された周面部により前記複数のロゴウスキーコイルを覆って設けられ前記１次導体の電流による誘導電流を流すようにした前記複数のロゴウスキーコイルに共通の筒状体を備え、前記筒状体の周面部と前記ロゴウスキーコイルとの間に、前記筒状体の周面部と同心的に配置され、前記筒状体周面部よりも軸方向寸法が短い周面部を有する非磁性の導体部材からなる補助筒状体を設けたので、筒状体および補助筒状体により、ロゴウスキーコイルの巻線密度のバラツキ，鎖交断面積のバラツキによる電流測定誤差を低減し、簡潔な構成により測定精度を向上し得る電流測定器を提供することができる。
【００５６】
第２の発明によれば、平行に配置された複数の１次導体をそれぞれ囲んで配設されたロゴウスキーコイルの出力により前記１次導体の被測定電流を測定する電流測定器において、非磁性の導体部材で構成され前記１次導体と平行状態に配設された周面部により前記複数のロゴウスキーコイルを覆って設けられ前記１次導体の電流による誘導電流を流すようにした前記複数のロゴウスキーコイルに共通の筒状体を備え、前記筒状体の内部に配設され前記１次導体が貫通する非磁性の導体部材からなる板状設置部材と、前記板状設置部材に１次導体を囲んで配設されて軸方向に開口し前記ロゴウスキーコイルを装着した環状溝部とを設け、前記ロゴウスキーコイルを個別に囲み前記軸方向に開口する環状溝部から軸方向に突出して配設された非磁性の導体部材からなる個別筒状体を設けたので、筒状体および個別筒状体により、ロゴウスキーコイルの巻線密度のバラツキ，鎖交断面積のバラツキによる電流測定誤差を低減し、簡潔な構成により測定精度を向上し得る電流測定器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明による実施の形態１における電流測定器の構成を示す横断面図である。
【図２】 図１のII−II線における断面図である。
【図３】 この発明による実施の形態１におけるロゴウスキーコイルの巻線を示す説明図である。
【図４】 この発明による実施の形態１におけるシールド円筒の誘導電流分布を示す斜視説明図である。
【図５】 この発明による実施の形態１における電流値誤差とシールド円筒長係数との特性を示す曲線図である。
【図６】 この発明による実施の形態２における電流測定器の構成を示す縦断面図である。
【図７】 この発明による実施の形態３における電流測定器の構成を示す縦断面図である。
【図８】 この発明による実施の形態４における電流測定器の構成を示す横断面図である。
【図９】 図８のIX−IX線における断面図である。
【図１０】 この発明による実施の形態５における電流測定器の構成を示す横断面図である。
【図１１】 図１０のXI−XI線における断面図である。
【図１２】 この発明による実施の形態６における電流測定器の構成を示す縦断面図である。
【図１３】 この発明による実施の形態７における電流測定器の構成を示す縦断面図である。
【図１４】 従来技術による電流測定器の構成を示す横断面図である。
【図１５】 図１４のXV−XV線における断面図である。
【図１６】 従来技術におけるロゴウスキーコイルの巻線を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 鉄製タンク、１ａ，１ｂ フランジ、２，３，４ １次導体、５，６，７ロゴウスキーコイル、５ａ，６ａ，７ａ 巻心、５ｂ，６ｂ，７ｂ ２次巻線、８ シールド円筒、８ｄ フランジ、９ 支持板、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ 接続板、１１ 設置板、１２ 副シールド円筒、１３ 個別シールド円筒。
【発明の属する技術分野】
この発明は、１次導体に流れる電流をロゴウスキーコイルにより測定する電流測定器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１４は例えば特開平３−９１２１４号公報に示されたロゴウスキーコイルを用いた従来の電流測定器を三相交流に適用した場合の一部断面で示す正面図、図１５は図１４のXV−XV線における断面図、図１６はロゴウスキーコイルの巻線状態を示す正面図である。
図において、１はタンク、２，３，４はそれぞれＵ相，Ｖ相，Ｗ相の三相交流が流れる母線を構成する１次導体で、横断面における１次導体２，３，４の各断面位置が正三角形に配置されている。５は１次導体２の外周に設けた電流測定用のロゴウスキーコイルであり、巻心５ａと測定巻線５ｂからなる。６は１次導体３の外周に設けた電流測定用のロゴウスキーコイルであり、巻心６ａと測定巻線６ｂとからなる。７は１次導体４の外周に設けた電流測定用のロゴウスキーコイルであり、巻心７ａと測定巻線７ｂとからなる。
５ａ，６ａ，７ａは絶縁物からなる環状の巻心、５ｂ，６ｂ，７ｂは巻心５ａ，６ａ，７ａに図１６に示すように巻回された測定巻線、５ｃ，６ｃ，７ｃは測定巻線５ｂ，６ｂ，７ｂの取出し部である。
【０００３】
上記のように構成された従来の電流測定器においては、１次導体２に流れる三相交流のＵ相電流Ｉｕにより、巻心５ａの部分に磁界Ｈが発生する。この磁界Ｈと電流Ｉｕとの関係は、アンペアの周回積分定理により、次式（１）のようになる。
【０００４】
【数１】
１次導体２に流れるＵ相電流Ｉｕを角周波数ωの正弦波交流とし、巻心５ａの周方向微小長さをΔｌ、その間の巻線密度をｎ、磁束鎖交断面積をＳ、磁束をφ、測定巻線５ｂの誘起電圧をｅとすると、Ｕ相電流Ｉｕは次の式（２），式（３）のようになる。
【０００６】
【数２】
測定巻線５ｂの総巻線をＮ、測定巻線５ｂの端子ｐ―端子ｑの誘起電圧をＥとすると、次の（４）式のようになり、測定巻線５ｂの誘起電圧によって、電流（Ｉｕ）を測定できる。
【０００８】
【数３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電流測定器は以上のように構成されているが、巻線密度ｎおよび測定巻線５ｂ，６ｂ，７ｂの磁束鎖交断面積Ｓは、電流測定器の製作上、周方向で変化する。このため、ロゴウスキーコイル近傍に設置される他相母線２，３，４に流れる電流が発生する磁束により、測定巻線５ｂ，６ｂ，７ｂの端子ｐ−端子ｑ間に誘起電圧が発生し、電流測定に誤差を生じる。この電流測定誤差を低減するためにシールドを設けると大きなシールドが必要である。
また、巻線取出し部５ｃ，６ｃ，７ｃは絶縁を確保するため、他の部分とは異なり、絶縁距離を設けるため巻線が少ない状態となる。このため巻線密度が円周上で大きく異なり、電流測定誤差が大きくなる。
特にタンクが鉄製であると磁気抵抗が低くなり、タンク内の磁束密度がタンクがない場合よりも高くなり、測定誤差が大きくなる。三次元有限要素法で解析した結果、三相交流の電源周波数６０Ｈｚ、測定巻線の取出し部５ｃの位置θをタンク外の信号処理装置に近く、また、他相母線の影響を受けにくいタンクに近い１５０度の位置とし、この部分の円周１１．２５度を巻数が少ない範囲を粗巻部とし、巻数密度を他の部分の５０％とした場合、タンクがない場合は電流測定器の電流値誤差は０．３８％、位相差誤差はなく、アルミ製タンクの場合の電流測定器の電流値誤差は−０．２３％、位相差誤差は２．６分であるが、鉄製タンクの場合における電流測定器の電流値誤差は０．７５％、位相差誤差は６．７分となり、アルミ製タンクと比較すると、電流値誤差は約３．３倍、位相差誤差は約２．６倍となり、共に増大する。
【００１０】
この発明は、これらの問題を解決するためになされたものであって、ロゴウスキーコイルの巻線密度のバラツキ，鎖交断面積のバラツキによる電流測定誤差を低減し、簡潔な構成で測定精度を向上できる電流測定器を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る電流測定器では、平行に配置された複数の１次導体をそれぞれ囲んで配設されたロゴウスキーコイルの出力により前記１次導体の被測定電流を測定する電流測定器において、非磁性の導体部材で構成され前記１次導体と平行状態に配設された周面部により前記複数のロゴウスキーコイルを覆って設けられ前記１次導体の電流による誘導電流を流すようにした前記複数のロゴウスキーコイルに共通の筒状体を備え、前記筒状体の周面部と前記ロゴウスキーコイルとの間に、前記筒状体の周面部と同心的に配置され、前記筒状体周面部よりも軸方向寸法が短い周面部を有する非磁性の導体部材からなる補助筒状体を設けたものである。
【００１２】
第２の発明に係る電流測定器では、平行に配置された複数の１次導体をそれぞれ囲んで配設されたロゴウスキーコイルの出力により前記１次導体の被測定電流を測定する電流測定器において、非磁性の導体部材で構成され前記１次導体と平行状態に配設された周面部により前記複数のロゴウスキーコイルを覆って設けられ前記１次導体の電流による誘導電流を流すようにした前記複数のロゴウスキーコイルに共通の筒状体を備え、前記筒状体の内部に配設され前記１次導体が貫通する非磁性の導体部材からなる板状設置部材と、前記板状設置部材に１次導体を囲んで配設されて軸方向に開口し前記ロゴウスキーコイルを装着した環状溝部とを設け、前記ロゴウスキーコイルを個別に囲み前記軸方向に開口する環状溝部から軸方向に突出して配設された非磁性の導体部材からなる個別筒状体を設けたものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明による実施の形態１を図１ないし図５を参照して説明する。図１は実施の形態１における電流測定器の構成を示す横断面図である。図２は図１のII−II線における断面図である。図３は実施の形態１におけるロゴウスキーコイルの巻線を示す説明図である。図４は実施の形態１におけるシールド円筒の誘導電流分布を示す斜視説明図である。図５は実施の形態１における電流値誤差とシールド円筒長係数との特性を示す曲線図である。
【００２２】
図において、１はタンク、２，３，４はそれぞれＵ相，Ｖ相，Ｗ相の三相交流が流れる母線を構成する１次導体で、横断面における１次導体２，３，４の各断面位置が正三角形の各頂点に配置されている。５は１次導体２の外周に設けた電流測定用のロゴウスキーコイルであり、巻心５ａと測定巻線５ｂからなる。６は１次導体３の外周に設けた電流測定用のロゴウスキーコイルであり、巻心６ａと測定巻線６ｂとからなる。７は１次導体４の外周に設けた電流測定用のロゴウスキーコイルであり、巻心７ａと測定巻線７ｂとからなる。８はシールド円筒、８ａはシールド円筒８の周面部、９は支持板である。
【００２３】
図１および図２に示すように、強磁性で良導体である鉄等で作成された鉄製タンク１の内面近傍に、非磁性で良導体であるアルミまたは銅などで作製されたシールド円筒８を鉄製タンク１と同軸上に設け、シールド円筒８の軸中央付近で、同一平面状にロゴウスキーコイル５，６，７を支持板９で取り付ける。
【００２４】
ロゴウスキーコイル５，６，７は、ロゴウスキーコイル５を代表例として図３示すように、環状の巻心５ａ，６ａ，７ａにロゴウスキーコイル本体を構成する測定巻線５ｂ，６ｂ，７ｂが巻回されている。
５ｃ，６ｃ，７ｃ（図１）は測定巻線５ｂ，６ｂ，７ｂの出力を取り出すための巻線引き出し部である。ｐ，ｑは巻線引き出し部５ｃ，６ｃ，７ｃに設けられた端子である。
【００２５】
この構成においては、シールド円筒８には１次導体２，３，４に流れる三相交流が発生する磁界により誘導電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗが図４のように流れる。
誘導電流は１次導体２，３，４に流れる主回路電流とは反対方向に誘導されるため、ロゴウスキーコイル５，６，７部の磁束密度は誘導電流による反作用磁界のため、大幅に低減される。反作用磁界はシールド円筒８の軸中央が最も大きくなることから、この部分にロゴウスキーコイル５，６，７を設置すると誤差低減効果が大きくなる。
このため、ロゴウスキーコイル５，６，７の巻線引き出し部５ｃ，６ｃ，７ｃ等の巻線密度のバラツキ，鎖交断面積のバラツキによる電流測定誤差を低減することができる。また、シールド円筒８一つで誤差を低減できることから、構造が簡単となる。
【００２６】
三次元有限要素法で解析した結果、三相交流の電源周波数６０Ｈｚ、シールド円筒８を板厚８ｍｍのアルミで作製し、測定巻線の取出し部５ｃの位置θをタンク外の信号処理装置に近く、また、他相母線の影響を受けにくいタンクに近い１５０度の位置とし、この部分の円周１１．２５度を巻数が少ない範囲とし、巻数密度を他の部分の５０％とした場合、電流値誤差εｉとシールド円筒長係数ｋとの特性は図５に示すものとなる。シールド円筒長係数ｋはシールド円筒８の軸方向長さｌを１次導体２，３，４の中心間距離Ｄで除した値である。シールド円筒８の長さが長くなるほど電流値誤差が減少し、シールド円筒８の長さが１次導体２，３，４の中心間距離Ｄの１．５倍の長さ近傍で電流値誤差が零となり、さらにシールド円筒８の長さが長くなると電流値誤差が大きくなる。
したがって、シールド円筒８の長さを１次導体２，３，４の中心間距離Ｄの１．５倍の長さ程度にすることにより、電流値誤差を発生しないようにすることができる。
【００２７】
なお、タンク１が鉄製の場合について説明しているが、タンク１がアルミ製の場合はシールド円筒を用いても、アルミタンクには誘導電流が流れており、シールド円筒を用いても、誘導電流の総電流値はほとんど変化しないことから、誤差の低減効果はほとんどなく、むしろ等価的にタンク板厚が増加したこととなり、電流値誤差はマイナス側に大きくなる。
三次元有限要素法で解析した結果、前記条件において、シールド円筒長係数ｋが１．９で、タンク１をアルミとした場合、アルミタンクのみの場合は電流値誤差は−０．２３％であるが、シールド円筒を施しても電流値誤差は−０．２８％であり、誤差低減効果はほとんどない。
一方、ステンレス材をタンク１に用いた場合は、磁性がほとんどなく、また、ステンレスの体積低効率がアルミの２０倍程度であることから、タンクには誘導電流があまり流れない。このため、タンク１がない状態と同様となり、シールド円筒８による誤差低減効果が大きくなる。三次元有限要素法で解析した結果、前記条件において、シールド円筒長係数ｋが１．９で、ステンレスタンクのみの場合は電流値誤差は０．２６％であるが、シールド円筒を施すと電流値誤差は−０．１１％となり、誤差低減効果がある。
また、タンク１がなく、母線を構成する１次導体のみの場合においては、鉄製タンクの場合よりも電流値誤差は少ないが、アルミタンクよりも大きいことから、母線のみの場合においても、シールド円筒８を用いることにより、電流値誤差を低減できる。
【００２８】
この発明による実施の形態１によれば、平行に配置された複数の母線を構成する１次導体２，３，４をそれぞれ囲んで配設された複数のロゴウスキーコイル５，６，７の出力により前記母線を構成する１次導体２，３，４の被測定電流を測定する電流測定器において、非磁性の導体部材で構成され前記母線を構成する１次導体２，３，４と平行状態に配設された周面部８ａにより前記複数のロゴウスキーコイル５，６，７を覆って設けられた共通の筒状体８を備え、前記筒状体８に前記母線を構成する１次導体２，３，４の電流による誘導電流を流すようにしたものであって、磁性を有する導体部材で構成された円形状タンク１内に三相交流が流れる母線を構成する１次導体２，３，４の３導体をその横断面における各断面位置がほぼ正三角形の頂点となるように配置し、前記正三角形の重心位置を前記円形状タンクの軸上とし、前記タンク１内面近傍に配設された非磁性の導体部材で構成された前記周面部８ａを有する円筒状体８における前記周面部８ａの軸方向寸法を母線間距離の約１．５倍としたので、１次導体の配置および円筒状体周面部の軸方向寸法を適切に設定することにより、ロゴウスキーコイルの製作上の巻線密度のバラツキ，鎖交断面積のバラツキによる電流測定誤差を低減し、簡潔な構成で測定精度を向上し得る電流測定器を提供することができる。
【００２９】
実施の形態２．
この発明による実施の形態２を図６について説明する。図６は実施の形態２における電流測定器の構成を示す縦断面図である。
この実施の形態２において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１における構成と同様の構成を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
【００３０】
図６は、この発明による他の実施形態を示した断面図で、シールド円筒８の両端部にシールド円筒８の厚みよりも厚く、半円形状をした半円形端部８ｂ，８ｃを設けている。
この構成においては、シールド円筒８に誘導される電流が流れる流路の電気抵抗およびインダクタンスが少なくなるため、誘導電流が多く流れ、反作用磁界が大きくなる。このため、ロゴウスキーコイル５，６，７部の磁束密度が低減され、ロゴウスキーコイルの巻線密度のバラツキ、鎮交断面積のバラツキによる電流値誤差を低減できる。
また、シールド円筒８の両端部では、１次導体２，３，４に高電圧が印加された場合には電界が高くなる。両端部の形状を半円形状にしていることにより、電界を緩和するすることができる。
【００３１】
この発明による実施の形態２によれば、実施の形態１における構成において、非磁性の導体部材で構成された筒状体８における周面部８ａの端縁部の厚みを他の部分よりも厚くし、前記端縁部の内径側に断面半円形状の環状突部８ｂ，８ｃを設けたので、ロゴウスキーコイルの製作上の巻線密度のバラツキ，鎖交断面積のバラツキによる電流測定誤差を低減し、簡潔な構成で測定精度を向上し得るとともに、筒状体周面部の端縁部における電界集中を緩和し耐電圧性能を改善し得る電流測定器を提供することができる。
【００３２】
実施の形態３．
この発明による実施の形態３を図７について説明する。図７は実施の形態３における電流測定器の構成を示す縦断面図である。
この実施の形態３において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１および実施の形態２における構成と同様の構成を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
【００３３】
図７は、この発明による他の実施形態を示した断面図で、シールド円筒８の片端部にはフランジ８ｄを設け、鉄製タンクのフランジ１ａ，１ｂとの間に設置している。
この構成においては、ロゴウスキーコイル５，６，７の取り付けをシールド円筒８のフランジ８ｄで容易に行え、さらにフランジ８ｄは誘導電流を流し易いことから、シールド円筒８の誘導電流路のインピーダンスが低下し、誘導電流が多く流れ、反作用磁界が大きくなる。
このため、ロゴウスキーコイル５，６，７部の磁束密度が低減され、ロゴウスキーコイルの巻線密度のバラツキ、鎖交断面積のバラツキによる電流値誤差を低減できる。
【００３４】
この発明による実施の形態３によれば、実施の形態１または実施の形態２における構成において、磁性を持つ導体部材で構成されて前記母線を構成する１次導体２，３．４を収納しフランジ１ａ，１ｂを有するタンク１を備えるとともに、非磁性の導体部材で構成された前記筒状体８における周面部８ａの端縁にフランジ８ｄを設け、このフランジ８ｄを前記タンク１のフランジ１ａ，１ｂ部に設置したので、ロゴウスキーコイルの製作上の巻線密度のバラツキ，鎖交断面積のバラツキによる電流測定誤差を低減し、簡潔な構成で測定精度を向上し得るとともに、ロゴウスキーコイルの取り付けを容易に行うことができて作業効率を改善し得る電流測定器を提供することができる。
【００３５】
実施の形態４．
この発明による実施の形態４を図８および図９について説明する。図８は実施の形態４における電流測定器の構成を示す横断面図である。図９は図８のIX−IX線における断面図である。
この実施の形態４において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１ないし実施の形態３における構成と同様の構成を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
【００３６】
図において、シールド円筒８の片端部は良導体で作製した接続板１０ａ，１０ｂ，１０ｃを各１次導体２，３，４に最も近い位置に設け、鉄製タンク１と電気的に接続している。
【００３７】
この構成においては、シールド円筒８に流れる軸方向誘導電流は１次導体２，３，４に最も近い個所で最も多く流れ、それらはシールド円筒８の端部に沿って図３のように流れるため、誘導電流が最も多く流れる個所に接続板１０ａ，１０ｂ，１０ｃを設けることにより、誘導回路が並列となり、インピーダンスが低下する。
このため、誘導電流が多く流れ、ロゴウスキーコイル５，６，７部の磁束密度が低減され、ロゴウスキーコイルの巻線密度のバラツキ、鎖交断面積のバラツキによる電流値誤差を低減できる。
【００３８】
なお、この実施の形態では、シールド円筒８の周面部８ａにおける軸方向端縁の片端部のみ接続板１０ａ，１０ｂ，１０ｃを設けているが、両端部に設けるとさらに電流値誤差を低減できる。
【００３９】
この発明による実施の形態４によれば、実施の形態１ないし実施の形態３における構成において、磁性を持つ導体部材で構成されて前記母線を構成する１次導体２，３，４を収納するタンク１を備えるとともに、非磁性の導体部材で構成された前記筒状体８における周面部８ａの１次導体２，３，４に最も近い箇所を前記タンク１と電気的に接合する接続板１０ａ，１０ｂ，１０ｃからなる接続部を設けたので、筒状体周面部とタンクとを適切に接続することにより、ロゴウスキーコイルの製作上の巻線密度のバラツキ，鎖交断面積のバラツキによる電流測定誤差を低減し、簡潔な構成で測定精度を向上し得る電流測定器を提供することができる。
【００４０】
実施の形態５．
この発明による実施の形態５を図１０および図１１について説明する。図１０は実施の形態５における電流測定器の構成を示す横断面図である。図１１は図１０のXI−XI線における断面図である。
この実施の形態５において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１ないし実施の形態４における構成と同様の構成を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
【００４１】
図において、シールド円筒８の軸中央部に非磁性で良導体であるアルミなどで作製した設置板１１を設けている。この設置板１１には１次導体２，３，４を貫通する複数の穴と、これらの穴の中心軸と同軸上にロゴウスキーコイル５，６，７を挿入する軸方向に開口した環状溝１１ａを設けており、この環状溝１１ａに巻心および測定巻線からなるロゴウスキーコイル５，６，７全体を挿入し装着する。
【００４２】
この構成においては、設置板１１により、ロゴウスキーコイル５，６，７を容易に設置することができ、また、設置板１１による１次導体に流れる主回路電流により発生する磁界のシールド効果がある。
さらに、シールド円筒８に流れる誘導電流はロゴウスキーコイル近傍を流れ、誘導電流の位相は侵入磁界を低減する方向に流れる主回路電流と反対位相の分と、主回路電流に対して９０度遅れる位相分がある。この９０度遅れる位相分による磁界がロゴウスキーコイル５，６，７部に侵入することを設置板１１により防止できる。
【００４３】
三次元有限要素法で解析した結果、三相交流の電源周波数６０Ｈｚ、シールド円筒８を板厚８ｍｍのアルミで、シールド円筒８の長さが１次導体２，３，４の中心問距離Ｄの１．９倍の長さ近傍で作製し、測定巻線の取出し部５ｃの位置θをタンクに近い１５０度の位置とし、この部分の円周１１．２５度を巻数が少ない範囲とし、巻数密度を他の部分の５０％とした場合、設置板１１を設けない場合は電流値誤差−０．１５％、位相差誤差５．７分であるが、設置板１１を設けることにより、電流値誤差−０．１０％、位相差誤差２．５分となり、電流値誤差，位相差誤差ともに低減でき、特に位相差誤差の低減は大きくできる。
【００４４】
この発明による実施の形態５によれば、実施の形態１ないし実施の形態４における構成において、前記シールド円筒８からなる筒状体の内部に配設され前記母線を構成する１次導体２，３，４が貫通する非磁性の導体部材で構成された設置板１１からなる板状設置部材と、前記設置板１１からなる板状設置部材に母線を構成する１次導体２，３，４を囲んで配設され軸方向に開口する溝１１ａからなる環状溝部とを設け、前記溝１１ａからなる環状溝部に前記ロゴウスキーコイル５，６，７の巻心および測定巻線からなるコイル本体を挿入し装着したので、ロゴウスキーコイルを装着する環状溝部を有する非磁性の導体部材で構成された板状設置部材を設けることにより、ロゴウスキーコイルの製作上の巻線密度のバラツキ，鎖交断面積のバラツキによる電流測定誤差を低減し、簡潔な構成で測定精度を向上し得る電流測定器を提供することができる。
【００４５】
実施の形態６．
この発明による実施の形態６を図１２について説明する。図１２は実施の形態６における電流測定器の構成を示す縦断面図である。
この実施の形態６において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１ないし実施の形態５における構成と同様の構成を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
【００４６】
図１２は、この発明による他の実施形態を示した縦断面図で、シールド円筒８の内面近傍にシールド円筒８と同一軸上で、軸中央に、シールド円筒８の周面部８ａよりも軸方向寸法が短い周面部１２ａを有する副シールド円筒１２を設け、この副シールド円筒１２の軸方向位置中央にロゴウスキーコイル５，６，７を設けている。
【００４７】
この構成においては、シールド円筒８に誘導される誘導電流が発生する磁界がロゴウスキーコイル５，６，７部に侵入することを、副シールド円筒１２により防止することができる。このため、位相差誤差を低減できる。
【００４８】
なお、副シールド円筒１２の周面部１２ａの軸方向寸法ががシールド円筒８の周面部８ａと同程度の長さになると、１次導体２，３，４に流れる主回路電流が発生する磁界により副シールド円筒１２に多くの誘導電流が流れ、その誘導電流による磁界がロゴウスキーコイル５，６，７に影響することから、位相差誤差はあまり低減できない。
【００４９】
この発明による実施の形態６によれば、実施の形態１ないし実施の形態５における構成において、前記シールド円筒８からなる筒状体の周面部８ａと前記ロゴウスキーコイル５，６，７との間に、前記シールド円筒８からなる筒状体の周面部８ａと同心的に配置され、前記筒状体周面部８ａよりも軸方向寸法が短い周面部１２ａを有する非磁性の導体部材で構成される副シールド円筒１２からなる補助筒状体を設けたので、シールド円筒８からなる筒状体および副シールド円筒１２からなる補助筒状体により、ロゴウスキーコイルの製作上の巻線密度のバラツキ，鎖交断面積のバラツキによる電流測定誤差を低減し、簡潔な構成により測定精度を向上し得る電流測定器を提供することができる。
【００５０】
実施の形態７．
この発明による実施の形態７を図１３について説明する。図１３は実施の形態７における電流測定器構成を示す縦断面図である。
この実施の形態７において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１ないし実施の形態５における構成と同様の構成を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
【００５１】
図１３は、この発明による他の実施形態を示した縦断面図で、ロゴウスキーコイル５，６，７を挿入している設置板１１のロゴウスキーコイル挿入溝１１ａの外周に非磁性で良導体の部材により構成され、周面部の軸長すなわち軸方向寸法が設置板１１の厚さよりも長い個別シールド円筒１３を各相に設けている．
【００５２】
この構成においては、シールド円筒８に誘導される誘導電流による磁界を個別シールド円筒１３によりシールドすることができ、位相差誤差を低減できる。
【００５３】
この発明による実施の形態７によれば、実施の形態１ないし実施の形態５における構成において、前記ロゴウスキーコイル５，６，７の巻心および測定巻線からなるコイル本体を個別に囲み前記軸方向に開口する溝１１ａからなる環状溝部から軸方向に突出して配設された非磁性の導体部材で構成される個別シールド円筒１３からなる個別筒状体を設けたので、シールド円筒８からなる筒状体および個別シールド円筒１３からなる個別筒状体により、ロゴウスキーコイルの製作上の巻線密度のバラツキ，鎖交断面積のバラツキによる電流測定誤差を低減し、簡潔な構成により測定精度を向上し得る電流測定器を提供することができる。
【００５４】
この発明による実施の形態によれば、以上説明した通り、電流を測定する三相母線２，３，４を収納する鉄製タンク１の内面に、鉄製タンク１と同一軸上に非磁性体で良導体の円筒８を設け、その円筒８の軸中央にロゴウスキーコイル５，６，７を取り付けた構造としたものである。このため、ロゴウスキーコイル部に発生する磁束密度は低減され、ロゴウスキーコイル５，６，７の巻線引出し部等の巻線密度のバラツキ，鎖交断面積のバラツキによる電流測定誤差，位相差誤差を低減することができる。
また、シールド円筒８の両端部にシールド円筒８の他の部分の厚みよりも厚く、断面半円形状をした部分８ｂ，８ｃを設けている。このため、シールド円筒８に誘導される電流が流れる流路の電気抵抗およびインダクタンスが少なくなり、誘導電流が多くながれ、反作用磁界が大きくなる。したがって、ロゴウスキーコイル部の磁束密度が低減され、ロゴウスキーコイル５，６，７の巻線密度のバラツキ，鎖交断面積のバラツキによる電流値誤差を低減できる。また、シールド円筒８の両端部では、１次導体２，３，４に高電圧が印加された場合には電界が高くなる。両端部の形状を断面半円形状にすることにより、この部分の電界を緩和することができる。
また、シールド円筒８の片端部にはフランジ８ｄを設け、鉄製タンク１のフランジ１ａ，１ｂの間に設置している。このため、ロゴウスキーコイル５，６，７の取り付けをシールド円筒８のフランジ８ｄで容易に行え、さらにシールド円筒８に誘導される電流が流れる流路の電気抵抗およびインダクタンスが少なくなりインピーダンスが低下し、誘導電流が多く流れ、反作用磁界が大きくなる。このため、ロゴウスキーコイル部の磁束密度が低減され、ロゴウスキーコイル５，６，７の巻線密度のバラツキ，鎖交断面積のバラツキによる電流値誤差を低減できる。
また、シールド円筒８の片端部に良導体で作製した接続板１０ａ，１０ｂ，１０ｃを各１次導体に最も近い位置に設け、鉄製タンク１と電気的に接続している。このため、シールド円筒８に流れる誘導電流は分流され、インピーダンスが低下する。このため、シールド円筒８の支持とともに、誘導電流が多く流れ、ロゴウスキーコイル部の磁束密度が低減され、ロゴウスキーコイル５，６，７の巻線密度のバラツキ、鎖交断面積のバラツキによる電流値誤差を低減できる。
また、シールド円筒８の軸中央部に非磁性で良導体であるアルミなどで作製した設置板１１を設け、この設置板１１にはロゴウスキーコイル５，６，７を挿入する溝１１ａを設け、この溝にロゴウスキーコイル全体を挿入している。このため、ロゴウスキーコイルの設置が容易となり、さらに１次導体に流れる主回路電流により発生する磁界のシールド効果がある。また、シールド円筒８に流れる誘導電流はロゴウスキーコイル５，６，７近傍を流れ、誘導電流の位相は侵入磁界を低減する主回路電流に対して逆位相分と、主回路電流に対して９０度遅れる位相分がある。この９０度遅れる位相分を設置板１１により低減できる。
また、、シールド円筒８の内面近傍にシールド円筒８と同一軸上で、軸中央に、シールド円筒８よりも軸長が短い副シールド円筒１２を設け、その軸中央にロゴウスキーコイル５，６，７を設けている。このため、シールド円筒８に誘導される誘導電流が発生する磁界がロゴウスキーコイル部に侵入することを、副シールド円筒１２によりシールドすることができ、位相差誤差を低減できる。
また、ロゴウスキーコイル５，６，７を挿入している設置板１１のロゴウスキーコイル挿入溝１１ａの外周に非磁性で良導体で作製し、設置板１１の厚みよりも長い個別シールド円筒１３を各相に設けている。このため、シールド円筒８に誘導される誘導電流による磁界を個別シールド円筒１３によりシールドすることができ、位相差誤差を低減できる。
【００５５】
【発明の効果】
第１の発明によれば、平行に配置された複数の１次導体をそれぞれ囲んで配設されたロゴウスキーコイルの出力により前記１次導体の被測定電流を測定する電流測定器において、非磁性の導体部材で構成され前記１次導体と平行状態に配設された周面部により前記複数のロゴウスキーコイルを覆って設けられ前記１次導体の電流による誘導電流を流すようにした前記複数のロゴウスキーコイルに共通の筒状体を備え、前記筒状体の周面部と前記ロゴウスキーコイルとの間に、前記筒状体の周面部と同心的に配置され、前記筒状体周面部よりも軸方向寸法が短い周面部を有する非磁性の導体部材からなる補助筒状体を設けたので、筒状体および補助筒状体により、ロゴウスキーコイルの巻線密度のバラツキ，鎖交断面積のバラツキによる電流測定誤差を低減し、簡潔な構成により測定精度を向上し得る電流測定器を提供することができる。
【００５６】
第２の発明によれば、平行に配置された複数の１次導体をそれぞれ囲んで配設されたロゴウスキーコイルの出力により前記１次導体の被測定電流を測定する電流測定器において、非磁性の導体部材で構成され前記１次導体と平行状態に配設された周面部により前記複数のロゴウスキーコイルを覆って設けられ前記１次導体の電流による誘導電流を流すようにした前記複数のロゴウスキーコイルに共通の筒状体を備え、前記筒状体の内部に配設され前記１次導体が貫通する非磁性の導体部材からなる板状設置部材と、前記板状設置部材に１次導体を囲んで配設されて軸方向に開口し前記ロゴウスキーコイルを装着した環状溝部とを設け、前記ロゴウスキーコイルを個別に囲み前記軸方向に開口する環状溝部から軸方向に突出して配設された非磁性の導体部材からなる個別筒状体を設けたので、筒状体および個別筒状体により、ロゴウスキーコイルの巻線密度のバラツキ，鎖交断面積のバラツキによる電流測定誤差を低減し、簡潔な構成により測定精度を向上し得る電流測定器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明による実施の形態１における電流測定器の構成を示す横断面図である。
【図２】 図１のII−II線における断面図である。
【図３】 この発明による実施の形態１におけるロゴウスキーコイルの巻線を示す説明図である。
【図４】 この発明による実施の形態１におけるシールド円筒の誘導電流分布を示す斜視説明図である。
【図５】 この発明による実施の形態１における電流値誤差とシールド円筒長係数との特性を示す曲線図である。
【図６】 この発明による実施の形態２における電流測定器の構成を示す縦断面図である。
【図７】 この発明による実施の形態３における電流測定器の構成を示す縦断面図である。
【図８】 この発明による実施の形態４における電流測定器の構成を示す横断面図である。
【図９】 図８のIX−IX線における断面図である。
【図１０】 この発明による実施の形態５における電流測定器の構成を示す横断面図である。
【図１１】 図１０のXI−XI線における断面図である。
【図１２】 この発明による実施の形態６における電流測定器の構成を示す縦断面図である。
【図１３】 この発明による実施の形態７における電流測定器の構成を示す縦断面図である。
【図１４】 従来技術による電流測定器の構成を示す横断面図である。
【図１５】 図１４のXV−XV線における断面図である。
【図１６】 従来技術におけるロゴウスキーコイルの巻線を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 鉄製タンク、１ａ，１ｂ フランジ、２，３，４ １次導体、５，６，７ロゴウスキーコイル、５ａ，６ａ，７ａ 巻心、５ｂ，６ｂ，７ｂ ２次巻線、８ シールド円筒、８ｄ フランジ、９ 支持板、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ 接続板、１１ 設置板、１２ 副シールド円筒、１３ 個別シールド円筒。
Claims (2)
- 平行に配置された複数の１次導体をそれぞれ囲んで配設されたロゴウスキーコイルの出力により前記１次導体の被測定電流を測定する電流測定器において、非磁性の導体部材で構成され前記１次導体と平行状態に配設された周面部により前記複数のロゴウスキーコイルを覆って設けられ前記１次導体の電流による誘導電流を流すようにした前記複数のロゴウスキーコイルに共通の筒状体を備え、前記筒状体の周面部と前記ロゴウスキーコイルとの間に、前記筒状体の周面部と同心的に配置され、前記筒状体周面部よりも軸方向寸法が短い周面部を有する非磁性の導体部材からなる補助筒状体を設けたことを特徴とする電流測定器。
- 平行に配置された複数の１次導体をそれぞれ囲んで配設されたロゴウスキーコイルの出力により前記１次導体の被測定電流を測定する電流測定器において、非磁性の導体部材で構成され前記１次導体と平行状態に配設された周面部により前記複数のロゴウスキーコイルを覆って設けられ前記１次導体の電流による誘導電流を流すようにした前記複数のロゴウスキーコイルに共通の筒状体を備え、前記筒状体の内部に配設され前記１次導体が貫通する非磁性の導体部材からなる板状設置部材と、前記板状設置部材に１次導体を囲んで配設されて軸方向に開口し前記ロゴウスキーコイルを装着した環状溝部とを設け、前記ロゴウスキーコイルを個別に囲み前記軸方向に開口する環状溝部から軸方向に突出して配設された非磁性の導体部材からなる個別筒状体を設けたことを特徴とする電流測定器。
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