JP4532034B2

JP4532034B2 - 零相変流器

Info

Publication number: JP4532034B2
Application number: JP2001268787A
Authority: JP
Inventors: 井上　　悟; 善範長崎; 俊彦宮内
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-09-05
Filing date: 2001-09-05
Publication date: 2010-08-25
Anticipated expiration: 2021-09-05
Also published as: JP2003077745A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、送・配電線路において地絡事故が生じたり、感電があった場合に流れる零相電流を検出する零相変流器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は特開２０００−６８１３９号公報に示された零相変流器の断面図である。
この零相変流器は、三相のＵ相、Ｖ相およびＷ相に対応した平角銅線からなる導体１ａ，１ｂ，１ｃと、導体１ａ，１ｂ，１ｃを囲繞する矩形のコア２と、コア２に巻回されたコイル３と、コア２およびコイル３を覆った第１の磁気シールド４と、第１の磁気シールド４の内部に設けられたコイル３を覆った第２の磁気シールド５とを備えている。
コア２は、パーマロイ、珪素鋼、鉄系およびコバルト系アモルファス合金等を材料とする同一寸法の薄板の短冊形状磁性板２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが端部で順次接合されて構成されている。
コイル３は、磁性板２ｃの中間部で樹脂製のボビンを介して巻回された二次導体である。
第１の磁気シールド４は、内周シールド部４ａと、外周シールド部４ｂと、内周シールド部４ａと外周シールド部４ｂとの空間を閉塞した一対の側面シールド部（図７において紙面の手間側と奥側）とから構成されている。
第２の磁気シールド５は、パーマロイ、ニッケル系またはコバルト系アモルファス合金で構成されている。断面コ字形状の第２の磁気シールド５はその開口部を外周シールド部４ｂ側に向けて配置され、コイル３の３面を覆っている。
【０００３】
上記構成の零相変流器では、通常、負荷電流が導体１ａ，１ｂ，１ｃに流れている場合、これらの電流によってコア２内に発生する磁束は打ち消し合い、出力巻線であるコイル３には電圧は誘起されない。
しかしながら、例えば、地絡事故が発生して、導体１ａ，１ｂ，１ｃの電流に差が生じる、即ち零相電流が流れると、コイル３に電圧が誘起される。零相変流器を搭載した漏電遮断器はこの原理を利用し、地絡事故が生じたり感電があった場合、コイル３からの出力信号により即座に給電は停止され、回路は保護されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の零相変流器では、コア２は、同一寸法の薄板の短冊形状磁性板２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを端部で順次接合して構成されているので、接合部分であるコア２の角部で磁気特性が変化し、また角部で導線の巻回のバラツキが生じてしまい、平衡した負荷電流のみが流れているときでも、出力巻線であるコイル３には電圧が誘起（残留電圧という）され、コイル３からは不平衡信号が出力され、この残留電圧が零相電流に対する出力より大きいと、例えば漏電遮断器の誤動作につながるという問題点があった。
また、コア２には導線が巻回されて複数層のコイル３が形成されているが、導線はコア２の周方向においては各層とも同一方向に巻装されているので、コア２全体の外周面に沿った複数層のコイル構造も形成されていることになり、このコイル構造に、コア２外部の外部磁界により残留電圧が誘起され、上記と同様にコイル３からは不平衡信号が出力されてしまうという問題点があった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解消することを課題とするもので、不平衡信号の発生を低減でき、零相電流に対する出力感度が向上した零相変流器を得ることを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る零相変流器は、負荷電流が流れる電流線と、この電流線を包囲した円環状のコアと、このコアに導線が所定のピッチで巻回されて構成された出力コイルと、前記コアを包囲したスリット付きの磁性体シールドと、前記コアを包囲したスリット付きの導電体シールドとを備えた零相変流器であって、前記出力コイルは、少なくとも一層について前記導線の前記コアの周方向に対する巻装方向が一方向のコイル部分と、このコイル部分と同層数で前記巻装方向が逆方向のコイル部分とから構成されており、前記磁性体シールドは、第１の磁気シールドケースと、この第１の磁気シールドケースを包囲した第２の磁気シールドケースとから構成されており、
前記導電体シールドは、前記第１の磁気シールドケースまたは前記第２の磁気シールドケースの壁面に形成された導電性膜である。
【０００７】
この発明に係る零相変流器では、第２の磁気シールドケースは、板厚の薄い磁性板を積層して構成されている。
【０００８】
この発明に係る零相変流器では、出力コイルの巻き始め端部は同軸ケーブルの芯線に接続され、出力コイルの巻き終わり端部は同軸ケーブルのシールド線および導電体シールドに接続されている。
【０００９】
この発明に係る零相変流器では、出力コイルの巻き始め端部は導電体シールドの内側にある。
【００１０】
この発明に係る零相変流器では、導線が同一層内で均一ピッチで巻回されて構成された出力コイルは、奇数層目と偶数層目とでは前記導線のコアの周方向に対する巻装方向が逆である。
【００１１】
この発明に係る零相変流器では、出力コイルは、導線が同一層内で均一ピッチで巻回され、かつコアの周方向に対する巻装方向が一方向であるコイル部と、このコイル部と同層数だけ前記巻装方向と逆の周方向にコアの外周側に沿って巻装された戻しコイル部とから構成されている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
参考例１．
以下、この発明の参考例１の零相変流器について説明する。図１は参考例１の零相変流器の平断面図、図２は図１の零相変流器のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
この零相変流器は、負荷電流が流れる電流線２６ａ，２６ｂと、この電流線２６ａ，２６ｂを包囲した円環状のコア２０と、このコア２０に導線が所定ピッチで巻回されて構成された出力コイル２１と、コア２０を包囲した磁性体シールドである第１の磁気シールドケース２２と、この第１の磁気シールドケース２２を包囲した磁性体シールドである第２の磁気シールドケース２３と、第１の磁気シールドケース２２と第２の磁気シールドケース２３との間に設けられ第１の磁気シールドケース２２を包囲した導電体シールドである導電体シールドケース２４とを備えている。なお、第１の磁気シールドケース２２、第２の磁気シールドケース２３および導電体シールド２４には電気的な閉回路を形成しないようにするために、それぞれにスリットが形成されている。
【００１３】
図３に示すように、出力コイル２１の巻き始め端部２１ａは、導電体シールド２４の内側で同軸ケーブル２５の芯線２５ａに接続されている。出力コイル２１の巻き終わり端部２１ｂは、同軸ケーブル２５のシールド線２５ｂおよび導電体シールド２４に接続されている。
出力コイル２１では、図１において点線で示すように、導線が巻き始め端部２１ａからコア２０に時計方向に所定ピッチで巻回され、かつコア２０の周方向において時計方向（矢印ロの方向）に巻装されている。その後、導線は巻き始め端部２１ａの近傍の（イ）の箇所で反転して、今度は図１において実線で示すように、時計方向に所定ピッチで巻回され、かつコア２０の周方向において反時計方向（矢印ハの方向）に巻装されている。最後は巻き終わり端部２１ｂが同軸ケーブル２５のシールド線２５ｂおよび導電体シールド２４に接続されている。
【００１４】
上記構成の零相変流器では、一対の電流線２６ａ，２６ｂに互いに逆向きで大きさが等しい平衡した負荷電流のみが流れている場合、これらの電流によって発生する磁束は打ち消しあい、出力コイル２１には電圧は誘起されない。
しかしながら、例えば地絡事故が発生して電流線２６ａ，２６ｂ間で電流に差が生じる、即ち零相電流が流れると、出力コイル２１には電圧が誘起され、この出力信号により即座に給電が停止され、回路が保護される。
【００１５】
ところで、この参考例の零相変流器では、出力コイル２１の１層目のコイル部分は、コア２０内に生じた磁束φｉを検知するが、また同時に１層目のコイル部分全体でコア２０の周方向において時計方向に巻装された一巻きコイルが形成されており、この一巻きコイルがコア２０外の外部磁界φｏを検知する。
一方、出力コイル２１の２層目のコイル部分は、１層目のコイル部分に対してコア２０の周方向において反時計方向に巻装された一巻きコイルが形成されているので、上記外部磁界φｏに対してこの２層目のコイル部分は差動動作し、出力コイル２１には外部磁界による誘起電圧は生じない。
これに対して、出力コイル２１の１層目のコイル部分と、２層目のコイル部分については、コア２０に対して導線が同一方向に巻回されているので、コア２０内の磁束φｉに対して和動動作し、出力コイル２１には大きな誘起電圧が得られる。
従って、この参考例１の零相変流器では、外部磁界による不平衡信号の出力が低減され、零相電流に対する出力感度が高い零相変流器を得ることができる。
【００１６】
本願発明者は、参考例１の零相変流器と、コアおよびシールドが矩形状で、導線がコアに巻回され、かつコアに一周方向に巻装された従来の零相変流器との不平衡電流の大きさの違いを調べる実験を行った。その実験結果によると、１００Ａの単相電流を電流線に流したところ、参考例１の零相変流器では１５．６９μＡの不平衡電流が流れたのに対して、従来の零相変流器では１７３．８３μＡの不平衡電流が流れ、参考例１の零相変流器は、従来の零相変流器と比較して、大幅に不平衡電流が低減されていることが分かった。
【００１７】
また、本願発明者は、参考例１の零相変流器と従来の零相変流器との零相変流器の外部を流れる負荷電流の影響を実験により調べた。零相変流器の中心線に対して片側７０ｍｍに零相変流器の軸線に沿って１００Ａの単相電流を流したときに、参考例１の零相変流器では３０．２μＡの不平衡電流が流れたのに対して、従来の零相変流器では３８２．６μＡの不平衡電流が流れ、参考例１の零相変流器は、従来の零相変流器と比較して、零相変流器の外部を流れる負荷電流が不平衡電流に与える影響が小さいことが分かった。
【００１８】
また、出力コイル２１は、第１の磁気シールドケース２２および第２の磁気シールドケース２３で包囲されているので、外来磁界の影響が低減され、不平衡信号の出力が低減され、零相電流をより確実に検出することができる。
さらに、コア２０は導電体シールドケース２４で包囲されており、また出力コイル２１の巻き始め端部２１ａは同軸ケーブル２５の芯線２５ａに接続され、出力コイル２１の巻き終わり端部２１ｂは同軸ケーブル２５のシールド線２５ｂおよび導電体シールド２４に接続されているので、出力コイル２１は、外来電界の影響も低減され、不平衡信号の出力が低減され、零相電流をより確実に検出することができる。
また、出力コイル２１の巻き始め端部２１ａは導電体シールドケース２４の内側にあるので、出力コイル２１は、外来電界の影響がより一層低減され、零相電流をより確実に検出することができる。
さらに、コア２０は円環状であるので、導線は均一ピッチで巻回でき、出力コイル２１における導線の巻回のバラツキによる不平衡信号の発生を防止できる。
【００１９】
なお、上記参考例では、出力コイル２１は、全層数が２層の場合について説明したが、全層数が４層以上の偶数層であってもよい。この場合、出力コイルは、奇数層目と偶数層目とでは導線のコアの周方向に対する巻装方向が逆でもよいし、全層数の内、半分の内周側の層と、残り半分の外周側の層との間で導線のコアの周方向に対する巻装方向を逆にしてもよい。
また、同軸ケーブルとして、電界シールド付きのツイストペア線を用いてもよい。
【００２０】
実施の形態１．
図４はこの発明の実施の形態１の零相変流器の要部側断面図である。
なお、参考例１と同一、同等部材、部位については同一符号を付して説明する。
この実施の形態では、導電体シールドとして銅メッキの導電性膜３０が第１の磁気シールドケース２２の外壁面に形成されている。他の構成は参考例１と同様である。
第１の磁気シールドケース２２に導電性膜３０を形成したことで、導電体シールドケース２４を用いた参考例１の零相変流器と比較して、組立工数の低減による低コスト化、小形化を図ることができる。
なお、導電性膜３０については、第１の磁気シールドケース２２の内壁面に形成してもよいし、第２の磁気シールドケース２３の内壁面、外壁面に形成してもよい。
【００２１】
実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２の零相変流器の要部側断面図である。
この実施の形態では、第２の磁気シールドケース４０は、板厚の薄い磁性板を積層して構成されている。磁性板は、例えば高透磁率の珪素鋼板、パーマロイ、アモルファスが用いられる。
この第２の磁気シールドケース４０は、電流線２６側に位置した円筒形状の内周部４０ａと、最外周側に位置した円筒形状の外周部４０ｂと、内周部４０ａと外周部４０ｂとの間に設けられたドーナツ形状の天面部４０ｃ、底面部４０ｄとから構成されている。
他の構成については実施の形態１と同様である。
この実施の形態によれば、第２の磁気シールドケース４０は、透磁率の高く板厚の薄い磁性板を積層して構成されているので、通常の鉄板を用いた場合と比較して、厚さが半分で同一シールド効果を得ることができるとともに、第２の磁気シールドケース４０の寸法変更を磁性板の積層数で対応でき、組立、加工が容易であり、さらに渦電流損が小さい。なお、高透磁率の材料としてフェライトを使用することも考えられるが、粉末合金なので、金型加工が必要となり、寸法変更を容易に行うことができないとともに、大型の第２の磁気シールドを製造しにくく、製造コストも高い。
【００２２】
実施の形態３．
図６はこの発明の実施の形態３の零相変流器の出力コイルの正面図である。
この実施の形態では、出力コイル５０は、導線が均一ピッチで反時計方向に巻回され、かつコア２０の周方向に対する巻装方向が反時計向であるコイル部５１と、このコイル部５１と前記巻装方向が逆の時計方向にコア２０の外周側に沿って巻装された戻しコイル部５２とから構成されている。
この実施の形態では、出力コイル５０の１層目のコイル部５１と出力コイル５０の戻しコイル部５２とはコア２０の周方向において反対方向に巻装されているので、外部磁界φｏに対しては戻しコイル部５２はコイル部５１に対して差動動作し、出力コイル５０には外部磁界による誘起電圧は生じない。
この実施の形態の零相変流器では、戻しコイル部５２の導線の長さをコイル部５１の導線と比較して短くなり、出力コイル５０の低コスト化を図ることができる。
【００２３】
なお、参考例および各上記実施の形態では、単相の場合の零相変流器について説明したが、この発明は例えば三相の場合の零相変流器にも適用できるのは勿論である。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係る零相変流器によれば、負荷電流が流れる電流線と、この電流線を包囲した円環状のコアと、このコアに導線が所定のピッチで巻回されて構成された出力コイルと、前記コアを包囲したスリット付きの磁性体シールドと、前記コアを包囲したスリット付きの導電体シールドとを備えた零相変流器であって、出力コイルは、少なくとも一層について導線のコアの周方向に対する巻装方向が一方向のコイル部分と、このコイル部分と同層数で前記巻装方向が逆方向のコイル部分とから構成されているので、環状の前記コアに導線を均一ピッチで巻回することができ、また出力コイルには外部磁界による誘起電圧が相殺され、零相電流に対する出力感度が高い零相変流器を得ることができる。
また、零相変流器の外部を流れる負荷電流による出力コイルからの不平衡信号の発生を低減することができる。
【００２５】
また、この発明に係る零相変流器によれば、磁性体シールドは、第１の磁気シールドケースと、この第１の磁気シールドケースを包囲した第２の磁気シールドケースとから構成されているので、外来磁界の影響が低減され、零相電流をより確実に検出することができる。
【００２６】
また、この発明に係る零相変流器によれば、導電体シールドは、第１の磁気シールドケースまたは第２の磁気シールドケースの壁面に形成された導電性膜であるので、組立工数の低減による低コスト化、小形化を図ることができる。
【００２７】
また、この発明に係る零相変流器によれば、第２の磁気シールドケースは、板厚の薄い磁性板を積層して構成されているので、第２の磁気シールドケースの寸法変更を磁性板の積層数で対応でき、組立、加工が容易であり、さらに渦電流損が小さい。
【００２８】
また、この発明に係る零相変流器によれば、出力コイルの巻き始め端部は同軸ケーブルの芯線に接続され、出力コイルの巻き終わり端部は同軸ケーブルのシールド線および導電体シールドに接続されているので、出力コイルは、外来電界の影響がより低減され、零相電流をより確実に検出することができる。
【００２９】
また、この発明に係る零相変流器によれば、出力コイルの巻き始め端部は導電体シールドの内側にあるので、出力コイルは、外来電界の影響がより低減され、零相電流をより確実に検出することができる。
【００３０】
また、この発明に係る零相変流器によれば、導線が同一層内で均一ピッチで巻回されて構成された出力コイルは、奇数層目と偶数層目とでは前記導線のコアの周方向に対する巻装方向が逆であるので、零相電流に対する出力感度が高い零相変流器を得ることができる。
また、電流線の設置位置にバラツキによる出力コイルからの不平衡信号の発生を低減することができる。
【００３１】
また、この発明に係る零相変流器によれば、出力コイルは、導線が同一層内で均一ピッチで巻回され、かつコアの周方向に対する巻装方向が一方向であるコイル部と、このコイル部と同層数だけ前記巻装方向と逆の周方向にコアの外周側に沿って巻装された戻しコイル部とから構成されているので、戻しコイル部の導線の長さをコイル部の導線と比較して短くなり、出力コイルの低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の参考例１の零相変流器の平断面図である。
【図２】図１のII-II線に沿う矢視断面図である。
【図３】同軸ケーブルと出力コイルの導線との接続状態を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１の零相変流器の要部断面図である。
【図５】この発明の実施の形態２の零相変流器の要部断面図である。
【図６】この発明の実施の形態３の零相変流器の要部断面図である。
【図７】従来の零相変流器の断面図である。
【符号の説明】
２０コア、２１，５０出力コイル、２１ａ巻き始め端部、２１ｂ巻き終わり端部、２２第１の磁気シールドケース、２３第２の磁気シールドケース、２４導電体シールドケース、２５同軸ケーブル、２５ａ芯線、２５ｂシールド線、２６電流線、３０導電性膜、４０第２の磁気シールドケース、５１部、５２戻しコイル部。

Claims

負荷電流が流れる電流線と、
この電流線を包囲した円環状のコアと、
このコアに導線が所定のピッチで巻回されて構成された出力コイルと、
前記コアを包囲したスリット付きの磁性体シールドと、
前記コアを包囲したスリット付きの導電体シールドと、
を備えた零相変流器であって、
前記出力コイルは、少なくとも一層について前記導線の前記コアの周方向に対する巻装方向が一方向のコイル部分と、このコイル部分と同層数で前記巻装方向が逆方向のコイル部分とから構成されており、
前記磁性体シールドは、第１の磁気シールドケースと、この第１の磁気シールドケースを包囲した第２の磁気シールドケースとから構成されており、
前記導電体シールドは、前記第１の磁気シールドケースまたは前記第２の磁気シールドケースの壁面に形成された導電性膜である零相変流器。
第２の磁気シールドケースは、板厚の薄い磁性板を積層して構成されている請求項１に記載の零相変流器。
出力コイルの巻き始め端部は同軸ケーブルの芯線に接続され、出力コイルの巻き終わり端部は同軸ケーブルのシールド線および導電体シールドに接続されている請求項１または請求項２に記載の零相変流器。
出力コイルの巻き始め端部は導電体シールドの内側にある請求項３に記載の零相変流器。
導線が同一層内で均一ピッチで巻回されて構成された出力コイルは、奇数層目と偶数層目とでは前記導線のコアの周方向に対する巻装方向が逆である請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載の零相変流器。
出力コイルは、導線が同一層内で均一ピッチで巻回され、かつコアの周方向に対する巻装方向が一方向であるコイル部と、このコイル部と同層数だけ前記巻装方向と逆の周方向にコアの外周側に沿って巻装された戻しコイル部とから構成されている請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載の零相変流器。