JPH06105263B2 - 電流検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、送配電系統に生ずる対地漏れ電流等の微小
電流を、その周回磁束によって検出する環状磁心を有す
る電流検出装置に関する。

〔従来の技術〕

配電線やその負荷回路の絶縁抵抗等が低下して対地側に
漏れる漏れ電流が増加すると、漏れ電流の発生部で電気
加熱が生じ、これが漏電火災の発生原因となることが間
々ある。これらの危険性を予知して災害を未然に防止す
るために、漏電遮断器が広く用いられている。これらの
装置においては、数十mAオーダー以下の漏れ電流を先ず
検出する必要があるが、配電線には大きな負荷電流が流
れているために、負荷電流に重なって流れる微弱な漏れ
電流を拾い出すために、漏れ電流を三相線路の不平衡電
流（零相電流）また単相往復導体の不平衡電流として検
出する環状磁心を有する電流検出装置が知られている。
三相または単相電線路の周囲には不平衡電流による電流
磁界が電線路の周囲を周回する方向に発生しており（こ
こでは周回磁束とよぶ）、透磁率の大きい環状磁心を配
することにより、周回磁束を磁心内に集束させることが
できる。環状磁心内の周回磁束を検出する方法として
は、環状磁心に検出コイルを巻装し、磁束変化に伴う誘
起電圧を検出するいわゆる零相変流器方式と、環状磁心
の周方向に磁路を分断する空隙部を設け、この空隙部用
にホール素子などの磁界センサを配設した方式が知られ
ている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

零相変流器方式の従来の電流検出装置においては、微弱
な不平衡電流による周回磁束を効率よく環状磁心に集束
させるために、パーマロイ（Ni-Fe系合金）などの高透
磁率材料を設い、かつ磁心断面積を大きくして磁束量を
多くするとともに、検出コイルの巻回数を数百ないし数
千ターンと多くするなどの対策を必要とするために、装
置の大型化や製作コスト高を招く欠点がある。また、不
平衡電流波形の周波数や波形ひずみの影響を受けやす
く、これらに基づく測定誤差が生じやすいために汎用性
に欠けるという問題点がある。一方、センサ方式の従来
装置においては、ホール素子がその構造上不平衡電圧を
持ち、周回磁束が零の状態でも出力信号を発するため
に、微弱な周囲磁束の測定精度に悪影響を及ぼすととも
に、不平衡電圧の補償や温度特性の補償を含めて回路構
成が複雑化するという問題がある。

この発明の目的は、微小な被検出電流の検出感度にすぐ
れ、被検出電流波形のひずみや周波数の影響を受けにく
く、構造が簡素で経済的な電流検出装置を得ることにあ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するため、この発明によれば、電磁路
の周囲に被検出電流によって生ずる周回磁束の磁路を形
成する一対の環状磁心と、この一対の環状磁心に形成さ
れた間隙部に磁路に平行にそれぞれ配設されたアモルフ
ァス細線および高周波励磁コイルからなり，前記周回磁
束によりそのインダクタンスに差を生ずる一対の周回磁
束センサと、この一対の周回磁束センサを２辺に有する
ブリッジ回路と、このブリッジ回路を介して前記アモル
ファス細線が磁気飽和領域に達する高周波振動電流を供
給する発振器と、前記インダクタンス差に基づくブリッ
ジ回路の不平衡出力を直流化し，前記被検出電流に換算
して求める検出回路とを備えるものとする。

〔作用〕

上述のように、アモルフアス細線に高周波励磁コイルを
巻装した２個の周回磁束センサを用い、その高周波励磁
コイルを２辺に有するブリッジ回路を形成し、不平衡電
流を発する電線路を一括して包囲し，周方向に空隙部を
有する２個の環状磁心の空隙部に、高周波磁界が互いに
逆向きになるよう前記２個の周回磁束センサを環状磁心
の周回磁束の磁路方向に平行に配設するとともに、ブリ
ッジ回路に発振器を接続して高周波振動電流を供給する
ようにした。このような状態で２個の周回磁束センサの
アモルファス細線が磁気飽和領域に達するよう高周波磁
化した場合、不平衡電流による周回磁束が発生しない状
態では両高周波励磁コイルのインダクタンスは互いに等
しく、ブリッジ回路は平衡を保ち、ブリッジ回路の出力
側に配された検出回路の出力信号は零となる。不平衡電
流が発生すると、一対のアモルファス細線中の高周波磁
束に、一方では周回磁束がプラスされ，他方ではマイナ
スされるので、それぞれの磁気飽和状態が変化し、励磁
インダクタンスが一方は増加し，他方は減少する。した
がって、このインダクタンス変化はブリッジ回路の不平
衡出力として感度よく検出され、検出回路で直流化され
ることにより、波形歪の影響を排して被検出電流を求め
ることができる。

〔実施例〕

以下、この発明を実施例に基づいて説明する。

第１図はこの発明の実施例装置を示す概略構成図、第２
図は実施例装置における環状磁心の電線路への装着状況
を示す斜視図、第３図は実施例装置における周回磁束セ
ンサ部分の拡大図である。図において、10は単相負荷電
流Ｉを導く単相電線路、20は三相負荷電流Ｉを導く三相
電線路であり、一対の環状磁心2A,2Bが、電線路10また
は20を一括包囲し、相互の磁気干渉を防ぐ間隔を保持す
るよう図示しない支持具により支持されている。一対の
環状磁心2A,2Bそれぞれには、周方向の一個所に間隙部
３が形成されており、それぞれの間隙部には、第３図に
示すように直径125μm,長さ数mmのアモルファス細線複
数本の束11を磁心とし、これに直径0.1mm程度の銅線複
数ターンを巻装した高周波励磁コイル12を装着した周回
磁束センサ1A,1Bが環状磁心の磁路方向に平行に配設さ
れている。５はブリッジ回路であり、高周波励磁コイル
12A,12B、および２つの抵抗辺6,7とで構成されるととも
に、ブリッジ回路５の平衡検出回路側にはポテンショメ
ータ式の平衡器８および検出回路９が、ブリッジ回路５
の電源側には図中IAで示す高周波振動電流を供給する発
振器４が導電接続されている。なお、ブリッジ回路にリ
ード線13A,13Bで導電接続される高周波励磁コイル12A,1
2Bは、高周波振動電流IAが互いに逆向きに流れるようブ
リッジ回路に接続することにより、一対の周回磁束セン
サ1A,1Bには互いに逆向きの高周波磁束φA,φＢを発生
させることができる。

つぎに、実施例装置の動作原理を説明する。例えば第１
図において、商用周波数の負荷電流Ｉを通ずる往復電線
路10にｉなる漏れ電流（不平衡電流）が発生すると、不
平衡電流ｉに相応した周回磁束φｉが発生する。したが
って、環状磁心2A,2Bを初透磁率の大きいパーマロイ等
の磁性材を用いて形成すれば、周辺に広がろうとする周
回磁束を環状磁心内に集束させる増幅作用が得られ、環
状磁心1A,1B内を同方向に周回する周回磁束φｉが発生
する。ところで、一対の周回磁束センサ1A,1Bは互いに
逆向きの高周波（振動）磁束φA,φＢを発生するので、
環状磁心2A側ではφ１とφＡが同方向、2B側ではφ１と
φＡとが逆方向となる。周回磁束φ１の周期が高周波磁
束の振動周期に比べて著しく長いと仮定すれば、高周波
磁束φA,φＢは周囲磁束φ１によって互いに逆向きにバ
イアスされた状態となる。

第４図ないし第６図はアモルファス細線の磁化特性（Ｂ
−Ｈ特性）線図であり、ヒステリシスを無視して１本の
曲線で簡略化して示してある。第４図は、周回磁束φｉ
が零の状態におけるアモルファス細線11A,11Bの磁化状
況を示しており、高周波振動電流IA（図の場合、波形50
で示す脈動電流）により、アモルファス細線は振幅H₁で
＋Ｈ側に磁気飽和領域幅Hsを保持するよう磁化される。
第５図は周回磁束φｉによる磁化力HiがH₁と同じ＋Ｈ側
に加わった状態を示しており、図中実線で示すように磁
化曲線は＋Ｈ側にHiだけシフトし、磁気飽和領域幅がHs
＋Hiに増加するので、アモルファス細線中の高周波振動
磁束の変化量が少なくなり、結果的に高周波励磁コイル
のインダクタンスが減少する。第６図は周回磁束φｉに
よる磁化力Hiが逆方向の負側加わった状態を示してお
り、磁化曲線が負側ににシフトするために、磁気飽和領
域幅がHs−Hiと狭くなり、高周波振動磁束の変化量が大
きくなることにより、結果的に高周波励磁コイルのイン
ダクタンスが減少することになる。

したがって、周回磁束センサ1A,1Bを環状磁心2A,2Bの間
隙部に互いに逆向きに配設しておけば、例えばアモルフ
ァス細線11Aが第５図に示す磁化状況を示すとき、アモ
ルファス細線11Bは第６図に示す磁化状況を示すことに
なり、かつこの状況を交互に入れ替って繰返すので、高
周波励磁コイル12A,12Bのインダクタンスが一方で増
加，他方で減少することになる。そこで、周回磁束φｉ
が零の状態でブリッジ回路が平衡するよう抵抗辺6,7の
抵抗値および平衡器８を調整しておけば、不平衡電流ｉ
による高周波励磁コイルのインダクタンス変化をブリッ
ジ回路の不平衡出力として検出することが可能となる。
ブリッジ回路の不平衡出力は、検出回路９で整流，増幅
かつノイズ除去などが行われ、不平衡電流値に換算表示
される。

上述のように構成された電流検出装置において、Co基ア
モルファス細線は、高周波領域まで高透磁率を保持する
優れた周波数特性を150℃程度の周囲温度まで保持する
とともに、剛性が高く，直径125μｍ程度の細線に直径1
00μｍ程度の銅線を容易に巻回できる特質を有する。し
たがって、周回磁束センサ1A,1Bを極めて小形に形成で
き、かつアモルファス細線を僅かな磁化エネルギーで磁
気飽和量域まで容易に磁化することが可能になる。つぎ
に、高周波振動波によって一方の磁気飽和領域まで高周
波磁化されたアモルファス細線を一対の環状磁心の空隙
部に互いに逆向きに配設するようにしたので、被検出電
流による周回磁束を一対の周回磁束センサのインダクタ
ンス差に変換して検出することを可能にした。さらに、
このインダクタンス変化を一対の周回磁束センサを２辺
に有するブリッジ回路の不平衡出力に変換して出力する
ことにより、微小なインダクタンス変化，いいかえれば
被検出電流の発生を高感度で検出でき、かつ検出回路で
不平衡出力を直流化し，被検出電流に換算出力すること
により、被検出電流の波形の歪みや周波数（直流電流を
含む）の影響を受けることなく検出することができる。

〔発明の効果〕

この発明は前述のように、アモルファス細線に高周波励
磁コイルを巻装した一対の周回磁束センサを、周回磁束
の磁路となる一対の環状磁心の間隙部に高周波磁束が互
いに逆向きになるよう配設し、上記一対の周回磁束セン
サを２辺に有するブリッジ回路と、このブリッジ回路を
介してアモルファス細線に高周波振動電流を供給する発
振器と、ブリッジ回路の不平衡出力を直流化して被検出
電流値を求める検出する検出回路を設けるよう構成し
た。その結果、被検出電流に基づく周介磁束が発生した
とき、一対のアモルファス細線の磁気飽和状態が互いに
逆向きに変化し、これを周回磁束センサのインダクタン
スの増減に変換し、ブリッジ回路の不平衡出力として感
度よく検出でき、かつ検出回路で直流化して被検出電流
波形の歪みや周波数の影響を排除できるので、電線路の
不平衡電流等の微小な被検出電流をその波形や周波数の
影響を受けることなく高感度で検出でき、したがって単
相，三相交流電線路や直流電線路などに適用可能な汎用
性の高い電流検出装置を提供することができる。また、
零相変流器形の従来の電流検出装置に比べて周回磁束セ
ンサを巻回数の少ない高周波励磁コイルとアモルファス
細線とで小形に形成でき、加工工数を大幅に低減できる
とともにホール素子における素子の不平衡電圧や周囲温
度の影響が排除され、したがって補償回路を必要とせ
ず，回路の構成を簡素化できる利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例装置を示す概略構成図、第２
図は実施例装置の電線路への取付状況を示す要部の斜視
図、第３図は実施例装置における周回磁束センサ部分の
拡大図、第４図ないし第６図は実施例装置におけるアモ
ルファス細線の磁化状況を説明するための磁化特性線図
である。 1A,1B……周回磁束センサ、2A,2B……環状磁心、3,3A,3
B……間隙部、４……発振器、５……ブリッジ回路、6,7
……抵抗辺、８……平衡器、９……検出回路、11……ア
モルファス細線、12……高周波励磁コイル、10,20……
電線路、ｉ……漏れ電流（不平衡電流）、φｉ……周回
磁束、IA……高周波振動電流、φA,φＢ……高周波磁
束。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電線路の周囲に被検出電流によって生ずる
   周回磁束の磁路を形成する一対の環状磁心と、この一対
   の環状磁心に形成された間隙部に磁路に平行にそれぞれ
   配設されたアモルファス細線および高周波励磁コイルか
   らなり，前記周回磁束によりそのインダクタンスに差を
   生ずる一対の周回磁束センサと、この一対の周回磁束セ
   ンサを２辺に有するブリッジ回路と、このブリッジ回路
   を介して前記アモルファス細線が磁気飽和領域に達する
   高周波振動電流を供給する発振器と、前記インダクタン
   ス差に基づくブリッジ回路の不平衡出力を直流化し，前
   記被検出電流に換算して求める検出回路とを備えたこと
   を特徴とする電流検出装置。