KR20230174255A - Earth leakage sensor and circuit protection system - Google Patents
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Abstract
여자 자계가 양음에서 비대칭이 되었을 경우에 있어서의 누전의 오검출을 억제하는 누전 센서이다. 언밸런스 판정 회로(15)는 피측정 전류선(30)에 평형 전류가 흐르고 있는 상태에 있어서 자기 센서(14)로부터 취득한 여자 자계와 여자 신호로부터, 피측정 전류선(30)에 평형 전류가 흐르고 있는 상태에 있어서의 여자 자계의 양음의 비대칭성을 판정하여 제어 신호를 생성하고, 여자 회로(16)는 제어 신호를 기초로 여자 전류의 양음 중 어느 것의 진폭을 원래 크기보다도 작게 하거나 혹은 여자 전류에 양음 중 어느 것의 오프셋 전류를 중첩시킨다. This is an earth leakage sensor that suppresses erroneous detection of earth leakage when the excitation magnetic field becomes asymmetrical between positive and negative. The unbalance determination circuit 15 determines whether the balance current is flowing in the current line 30 to be measured from the excitation magnetic field and excitation signal acquired from the magnetic sensor 14 while the balance current is flowing in the current line to be measured 30. A control signal is generated by determining the asymmetry of the positive and negative sides of the excitation magnetic field in the state, and the excitation circuit 16 reduces the amplitude of either the positive or negative side of the excitation current to a smaller size than the original size or the positive or negative side of the excitation current based on the control signal. Overlap the offset current of any of them.
Description
본원은 누전 센서 및 전로(電路) 보호 시스템에 관한 것이다. This application relates to earth leakage sensors and electric circuit protection systems.
교류 및 직류 쌍방의 미소 전류 센서로서, 플럭스 게이트 센서가 알려져 있다. 플럭스 게이트 센서에서는, 자성체 코어를 코일로 교류 여자하여, 코어가 자기 포화되어 검출 코일에 출력이 생기지 않는 시간과, 코어가 미포화로 검출 코일에 출력이 생기고 있는 시간의 차분으로부터, 계측 자계, 즉, 측정 대상의 전류값을 계측한다. 플럭스 게이트 센서를 이용한 누전 센서에서는, 교류 여자 주파수를 수백 Hz 이상으로 높게 설정함으로써, 고속 응답성을 확보하고 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).As a small current sensor for both alternating current and direct current, a flux gate sensor is known. In a flux gate sensor, the magnetic core is excited by alternating current with a coil, and from the difference between the time when the core is magnetically saturated and no output is generated in the detection coil and the time when the core is unsaturated and output is generated in the detection coil, the measurement magnetic field, that is, Measure the current value of the measurement target. In an earth leakage sensor using a flux gate sensor, high-speed response is ensured by setting the alternating current excitation frequency high to hundreds of Hz or more (see, for example, patent document 1).
플럭스 게이트 센서를 이용한 누전 센서에 의해서 측정하는 전류는, 2상 또는 3상의 평형 전류이기 때문에, 누전 센서의 자성체 코어에 관통시키는 피측정 전류선은 2개 또는 3개가 된다. 따라서, 누전 센서의 자성체 코어의 내경은, 예를 들면, 피측정 전류선의 직경의 2배 이상을 확보할 필요가 있다. 또한, 피측정 전류선의 정격 전류가 큰 경우는, 피측정 전류선의 지름을 굵게 할 필요가 있어, 자성체 코어의 내경을 크게 할 필요가 있다. 자성체 코어의 내경을 크게 하면, 자성체 코어의 기계적 강도를 확보하기 위해서 자성체 코어의 단면적을 크게 할 필요가 있어, 결과적으로 자성체 코어의 체적이 커져, 자성체 코어가 대형화된다. Since the current measured by an earth leakage sensor using a flux gate sensor is a two-phase or three-phase balanced current, there are two or three current lines to be measured that pass through the magnetic core of the earth leakage sensor. Therefore, the inner diameter of the magnetic core of the earth leakage sensor needs to be at least twice the diameter of the current line to be measured, for example. Additionally, when the rated current of the current line to be measured is large, the diameter of the current line to be measured needs to be thick, and the inner diameter of the magnetic core needs to be increased. When the inner diameter of the magnetic core is increased, the cross-sectional area of the magnetic core needs to be increased to ensure the mechanical strength of the magnetic core, and as a result, the volume of the magnetic core increases and the magnetic core becomes large.
대형화된 자성체 코어를 충분히 자기 포화시키기 위해서는, 큰 여자 전류가 필요하기 때문에, 큰 전류를 출력할 수 있는 전원이 필요하다. 그러나, 한정된 사이즈로 누전 센서를 실현하는 경우에는, 내장하는 전원의 사이즈가 제한되어, 큰 전류를 출력할 때 여자 전류가 불안정하게 되는 경우가 있다. 또, 여자 전류에 큰 전류와 높은 주파수가 요구되는 경우는, 여자 전류가 더 불안정해져, 여자 자계가 양음에서 비대칭이 되는 경우가 있다. 플럭스 게이트 센서를 이용한 누전 센서에 있어서는, 여자 자계가 양음에서 비대칭이 되면, 양음 각각의 자계에 있어서 검출 코일 출력이 포화되는 시간에 차이가 생기기 때문에, 누전이 발생하고 있지 않음에도 불구하고 누전이 발생하고 있다고 잘못 검출해 버린다고 하는 과제가 있었다. In order to sufficiently magnetically saturate an enlarged magnetic core, a large excitation current is required, so a power source capable of outputting a large current is required. However, when realizing an earth leakage sensor with a limited size, the size of the built-in power supply is limited, and the excitation current may become unstable when a large current is output. Additionally, when a large current and a high frequency are required for the exciting current, the exciting current may become more unstable and the exciting magnetic field may become asymmetrical between positive and negative. In an earth leakage sensor using a flux gate sensor, if the excitation magnetic field becomes asymmetrical between the positive and negative sides, a difference occurs in the time at which the detection coil output saturates in each magnetic field, so a leakage occurs even though no earth leakage is occurring. There was a problem where it was incorrectly detected that something was being done.
본원은 상술한 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 여자 전류에 큰 전류와 높은 주파수가 요구되어 여자 자계가 양음에서 비대칭이 되었을 경우에 있어서의 누전의 오검출을 억제하는 누전 센서 및 전로 보호 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. This application was made to solve the above-mentioned problems, and provides an earth leakage sensor and a circuit protection system that suppress false detection of earth leakage when a large current and high frequency are required for the exciting current and the exciting magnetic field becomes asymmetrical from positive to negative. The purpose is to
본원에 개시되는 누전 센서는, 피측정 전류선에 있어서의 누전을 검출하는 누전 센서로서, 피측정 전류선이 관통된 자성체 코어와, 자성체 코어에 권회(卷回)된 여자 코일과, 자성체 코어에 권회된 검출 코일과, 여자 코일로부터 발생하는 여자 자계를 검출하는 자기 센서와, 여자 주파수를 기본 주파수로 하는 여자 신호를 발생시키는 발진 회로와, 자기 센서의 출력 및 발진 회로의 출력으로부터 제어 신호를 생성하여 출력하는 언밸런스 판정 회로와, 발진 회로의 출력 및 언밸런스 판정 회로의 출력을 기초로 여자 코일에 여자 전류를 인가하는 여자 회로와, 검출 코일의 출력 전압으로부터 여자 주파수의 2배의 주파수의 성분을 취출하는 필터 회로와, 필터 회로의 출력을 증폭시키는 출력 회로를 구비하고, 언밸런스 판정 회로는 피측정 전류선에 평형 전류가 흐르고 있는 상태에 있어서 자기 센서로부터 취득한 여자 자계와 여자 신호로부터, 피측정 전류선에 평형 전류가 흐르고 있는 상태에 있어서의 여자 자계의 양음의 비대칭성을 판정하여 제어 신호를 생성하고, 여자 회로는 제어 신호를 기초로 여자 전류의 양음 중 어느 것의 진폭을 원래 크기보다도 작게 하거나 혹은 여자 전류에 양음 중 어느 것의 오프셋 전류를 중첩시키는 것을 특징으로 한다. The earth leakage sensor disclosed herein is an earth leakage sensor that detects an earth leakage in a current line to be measured, and includes a magnetic core through which the current line to be measured passes, an exciting coil wound around the magnetic core, and a magnetic core connected to the magnetic core. A wound detection coil, a magnetic sensor that detects the excitation magnetic field generated from the excitation coil, an oscillator circuit that generates an excitation signal with the excitation frequency as the fundamental frequency, and a control signal is generated from the output of the magnetic sensor and the output of the oscillator circuit. An unbalance determination circuit that outputs an excitation circuit, an excitation circuit that applies an excitation current to the excitation coil based on the output of the oscillator circuit and the output of the unbalance determination circuit, and a component with a frequency twice the excitation frequency is extracted from the output voltage of the detection coil. It has a filter circuit that amplifies the output of the filter circuit, and the unbalance determination circuit determines the current line to be measured from the excitation magnetic field and the excitation signal obtained from the magnetic sensor while the balanced current is flowing in the current line to be measured. A control signal is generated by determining the asymmetry of the positive and negative sides of the excitation magnetic field in a state in which a balanced current is flowing, and the excitation circuit reduces the amplitude of either the positive or negative side of the excitation current to its original size based on the control signal or It is characterized by superimposing either a positive or negative offset current on the current.
본원에 개시되는 누전 센서는, 언밸런스 판정 회로는, 피측정 전류선에 평형 전류가 흐르고 있는 상태에 있어서 자기 센서로부터 취득한 여자 자계와 여자 신호로부터, 피측정 전류선에 평형 전류가 흐르고 있는 상태에 있어서의 여자 자계의 양음의 비대칭성을 판정하여 제어 신호를 생성하고, 여자 회로는 제어 신호를 기초로 여자 전류의 양음 중 어느 것의 진폭을 원래 크기보다도 작게 하거나 혹은 여자 전류에 양음 중 어느 것의 오프셋 전류를 중첩하므로, 여자 전류에 큰 전류와 높은 주파수가 요구되어 여자 자계가 양음에서 비대칭이 되었을 경우에 있어서의 누전의 오검출을 억제할 수 있다. In the earth leakage sensor disclosed herein, the unbalance determination circuit has a balance current flowing in the current line to be measured from the excitation magnetic field and excitation signal acquired from the magnetic sensor in a state in which the balance current is flowing in the current line to be measured. A control signal is generated by determining the asymmetry of the positive and negative sides of the excitation magnetic field, and the excitation circuit makes the amplitude of either the positive or negative side of the exciting current smaller than the original magnitude or adds an offset current to either the positive or negative side of the exciting current based on the control signal. By overlapping, it is possible to suppress erroneous detection of electrical leakage in the case where a large current and high frequency are required for the excitation current and the excitation magnetic field becomes asymmetric in positive and negative.
도 1은 실시 형태 1에 의한 누전 센서의 누전 검출부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 누전이 발생하고 있지 않은 상태에 있어서의 검출 코일의 출력 전압을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 누전이 발생하고 있는 상태에 있어서의 검출 코일의 출력 전압을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 누전이 발생하고 있지 않은 상태에 있어서 여자 자계가 양음에서 비대칭이 된 제1 사례를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 누전이 발생하고 있지 않은 상태에 있어서 여자 자계가 양음에서 비대칭이 된 제2 사례를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 실시 형태 1에 의한 누전 센서 및 전로 보호 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 실시 형태 1에 있어서의 언밸런스 판정 회로의 동작을 설명하는 순서도이다.
도 8은 자기 센서의 출력 신호에 대해서 고속 푸리에 변환을 행한 결과를 나타내는 도면이다.
도 9는 자기 센서의 출력 신호에 대해서 고속 푸리에 변환을 행한 결과를 나타내는 도면이다.
도 10은 실시 형태 1에 의한 누전 센서의 자기 센서의 배치를 나타내는 도면이다.
도 11은 실시 형태 1에 의한 누전 센서의 자기 센서의 배치를 나타내는 도면이다.
도 12는 실시 형태 1에 의한 누전 센서의 자기 센서의 배치를 나타내는 도면이다.
도 13은 실시 형태 2에 의한 누전 센서 및 전로 보호 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 14는 실시 형태 2에 있어서의 언밸런스 판정 회로의 동작을 설명하는 순서도이다.
도 15는 실시 형태 1 및 실시 형태 2에 있어서의 언밸런스 판정 회로의 하드웨어의 일례를 나타내는 모식도이다. 1 is a diagram showing the configuration of an earth leakage detection unit of an earth leakage sensor according to
Figure 2 is a diagram for explaining the output voltage of the detection coil in a state in which no electrical leakage occurs.
FIG. 3 is a diagram for explaining the output voltage of the detection coil in a state where an electric leak is occurring.
FIG. 4 is a diagram for explaining the first case in which the excitation magnetic field becomes asymmetric from positive to negative in a state in which no electrical leakage occurs.
FIG. 5 is a diagram for explaining a second case in which the excitation magnetic field becomes asymmetric from positive to negative in a state in which no electrical leakage occurs.
Figure 6 is a diagram showing the configuration of an earth leakage sensor and a circuit protection system according to
Fig. 7 is a flowchart explaining the operation of the unbalance determination circuit in
Figure 8 is a diagram showing the results of performing fast Fourier transform on the output signal of the magnetic sensor.
Figure 9 is a diagram showing the results of performing fast Fourier transform on the output signal of the magnetic sensor.
Fig. 10 is a diagram showing the arrangement of the magnetic sensor of the earth leakage sensor according to
Fig. 11 is a diagram showing the arrangement of the magnetic sensor of the earth leakage sensor according to
Fig. 12 is a diagram showing the arrangement of the magnetic sensor of the earth leakage sensor according to
FIG. 13 is a diagram showing the configuration of an earth leakage sensor and a circuit protection system according to Embodiment 2.
Fig. 14 is a flowchart explaining the operation of the unbalance determination circuit in Embodiment 2.
Fig. 15 is a schematic diagram showing an example of hardware of the unbalance determination circuit in
이하, 본원을 실시하기 위한 실시 형태에 따른 누전 센서 및 전로 보호 시스템에 대해서, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일 부호는 동일 혹은 상당하는 부분을 나타내고 있다. Hereinafter, an earth leakage sensor and a circuit protection system according to an embodiment for carrying out the present application will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in each drawing, the same symbols indicate the same or equivalent parts.
실시 형태 1.
도 1은 실시 형태 1에 의한 누전 센서의 누전 검출부(10)의 구성을 나타내는 도면이다. 누전 검출부(10)는 플럭스 게이트 센서이며, 둥근 고리 모양의 자성체 코어(11)와, 자성체 코어(11)에 권선이 권회된 여자 코일(12)과, 자성체 코어(11)에 권선이 권회된 검출 코일(13)을 구비하고 있다. 자성체 코어(11)에 계측 대상인 피측정 전류선을 관통시킴으로써, 전류 계측을 행한다. 또한, 도 1에 있어서, 여자 코일(12)의 권선 및 검출 코일(13)의 권선이, 자성체 코어(11)의 일부에만 권회되어 있지만, 각각, 자성체 코어(11)의 전체 둘레에 걸쳐서 권회되어도 된다. 1 is a diagram showing the configuration of the earth
플럭스 게이트 센서의 동작 원리에 대해서, 도 2 및 도 3을 이용하여 설명한다. 도 2는 피측정 전류선에 평형 전류가 흐르고 있는 상태, 즉, 누전이 발생하고 있지 않은 상태에 있어서의 검출 코일(13)의 출력 전압에 대해 설명하기 위한 도면이다. 도 2의 좌상단의 도면은, 자성체 코어의 자화 곡선, 즉, 인가 자계에 대한 자속도의 변화인 B－H 곡선이다. 여자 코일(12)에 정현파의 여자 전류를 통전시킴으로써, 도 2의 좌하단의 도면에 나타내는 것 같은 여자 자계가 자성체 코어(11)에 인가된다. 자성체 코어(11)는, 도 2의 좌상단의 도면에 나타내는 것 같은 자기 특성을 가지고 있기 때문에, 도 2의 우상단의 도면에 나타내는 것처럼, 자성체 코어(11)의 쇄교 자속인 코어 쇄교 자속이 주기적으로 자기 포화된다. 검출 코일(13)에는, 자성체 코어(11)의 쇄교 자속에 의해서 도 2의 우하단의 도면에 나타내는 것 같은 검출 코일 유기 전압이 유기된다. 검출 코일(13)에는, 자성체 코어(11)가 자기 포화되고 있지 않은 기간에 전압이 발생하고, 자성체 코어(11)가 자기 포화되고 있는 기간에는 전압이 발생하지 않는다. 자성체의 자화 곡선이 원점 대상이기 때문에, 누전이 발생하고 있지 않은 상태에 있어서는, 여자 자계의 2배의 주기로 검출 코일(13)에 전압이 발생하지 않는 상태가 반복된다. The operating principle of the flux gate sensor will be explained using FIGS. 2 and 3. FIG. 2 is a diagram for explaining the output voltage of the
도 3은 피측정 전류선에 누전이 발생하고 있는 상태에 있어서의 검출 코일(13)의 출력 전압에 대해 설명하기 위한 도면이다. 도 3 각각의 도면에 있어서는, 점선은 누전이 발생하고 있지 않은 상태의 값을 나타내고 있고, 실선은 누전이 발생하고 있는 상태의 값을 나타내고 있다. 도 3의 좌하단의 도면에 있어서 누전의 발생에 의해서 여자 자계에 누전 기인의 자계가 중첩되어 있고, 도 3의 우상단의 도면에 있어서 누전의 발생에 의해서 양측의 자계에서 포화되어 있는 시간과 음측의 자계에서 포화되어 있는 시간에 차가 생긴다. 그 결과, 도 3의 우하단의 도면에 있어서, 전압이 발생하는 시간과 발생하지 않는 시간에 차가 생긴다. 시간차의 주기는 여자 주파수의 2배이며, 시간의 차는 누전 전류값에 비례한다. FIG. 3 is a diagram for explaining the output voltage of the
누전 검출부(10)에 여자 코일(12)로부터 발생하는 여자 자계를 검출하는 자기 센서를 장착한 경우, 자기 센서는 자성체 코어(11)의 쇄교 자속이 아니라 여자 자계를 검출한다. 그 때문에, 자기 센서의 출력은 누전의 유무 혹은 자성체 코어(11)의 자기 특성에 관계없이, 도 2의 좌하단의 도면에 나타내는 것 같은 파형이 된다. When the earth
다음으로, 피측정 전류선에 평형 전류가 흐르고 있는 상태, 즉, 피측정 전류선에 누전이 발생하고 있지 않은 상태에 있어서, 여자 코일(12)에 통전하는 여자 전류에 큰 전류와 높은 주파수가 요구되고, 여자 자계가 양음에서 비대칭이 되었을 경우에 대해 설명한다. 도 4는 누전이 발생하고 있지 않은 상태에 있어서 여자 자계가 양음에서 비대칭이 된 제1 사례를 설명하기 위한 도면이다. 도 4 각각의 도면에 있어서는, 점선은 여자 자계가 양음에서 대칭인 경우의 값을 나타내고 있고, 실선은 여자 자계가 양음에서 비대칭이 되었을 경우의 값을 나타내고 있다. 도 4의 좌하단의 도면에서는, 여자 자계의 음측 자계가 양측 자계에 대해서 작아진 예를 나타내고 있다. 도 4의 우상단의 도면에 있어서, 코어 쇄교 자속이 양측에서 포화되는 시간에 비해, 코어 쇄교 자속이 음측에서 포화되는 시간이 짧게 되어 있다. 그 결과, 도 4의 우하단의 도면에 있어서, 검출 코일(13)에 전압이 발생하지 않는 시간에 변화가 생겨 있다. 검출 코일(13)에 전압이 발생하는 시간과 발생하지 않는 시간의 차이를 검출함으로써 누전을 검출하므로, 누전이 발생하고 있지 않음에도 불구하고, 누전이 발생한 것으로 간주되어 버린다. 즉, 여자 자계의 비대칭성이, 누전의 계측 오차를 발생시키게 된다. Next, in a state where a balanced current is flowing in the current line to be measured, that is, in a state where no electrical leakage occurs in the current line to be measured, a large current and a high frequency are required for the exciting current to be passed through the
도 5는 피측정 전류선에 평형 전류가 흐르고 있는 상태, 즉, 누전이 발생하고 있지 않은 상태에 있어서, 여자 자계가 양음에서 비대칭이 된 제2 사례를 설명하기 위한 도면이다. 도 5 각각의 도면에 있어서는, 점선은 여자 자계가 양음에서 대칭인 경우의 값을 나타내고 있고, 실선은 여자 자계가 양음에서 비대칭이 되었을 경우의 값을 나타내고 있다. 도 5의 좌하단 도면에서는, 여자 자계에 양방향의 오프셋이 중첩되고, 또한, 양방향의 여자 자계가 포화되어 있는 예를 나타내고 있다. 이것은, 예를 들면, 양측의 여자 자계가 여자 전원의 정격의 최대값으로 제한되어 있는 것과 같은 경우이다. 이 때, 도 5의 우상단의 도면에 나타내지는 코어 쇄교 자속은 도 3의 우상단의 도면에 나타내지는 것과 동일하게 되어, 도 5의 우하단의 도면에 나타내지는 검출 코일 유기 전압은 도 3의 우하단의 도면에 나타내지는 것과 동일하게 된다. 그 결과, 누전 전류가 발생하고 있는 것처럼 판단되어 버린다. FIG. 5 is a diagram for explaining a second case in which the excitation magnetic field becomes asymmetric from positive to negative in a state in which a balanced current is flowing in the current line to be measured, that is, in a state in which no electrical leakage occurs. In each figure of FIG. 5, the dotted line represents the value when the excitation magnetic field is symmetrical in positive and negative directions, and the solid line represents the value when the excitation magnetic field is asymmetrical in positive and negative directions. The lower left drawing of FIG. 5 shows an example in which a bi-directional offset is superimposed on the excitation magnetic field and the bi-directional excitation magnetic field is saturated. This is, for example, a case where the excitation magnetic fields on both sides are limited to the maximum value of the rating of the excitation power supply. At this time, the core-linked magnetic flux shown in the upper right drawing of FIG. 5 becomes the same as that shown in the upper right drawing of FIG. 3, and the detection coil induced voltage shown in the lower right drawing of FIG. 5 is the lower right drawing of FIG. 3. It is the same as shown in the drawing. As a result, it is determined that an earth leakage current is occurring.
도 6은 실시 형태 1에 의한 누전 센서(1) 및 전로 보호 시스템의 구성을 나타내는 도면이다. 누전 센서(1)는 자성체 코어(11), 여자 코일(12), 검출 코일(13), 자기 센서(14), 언밸런스 판정 회로(15), 여자 회로(16), 발진 회로(17), 필터 회로(18) 및 출력 회로(19)를 구비하고 있다. 누전 센서(1)의 측정 대상인 피측정 전류선(30)은 자성체 코어(11)를 관통하고 있다. 발진 회로(17)는 여자 주파수를 기본 주파수로 하는 여자 신호를 발생시켜, 여자 회로(16) 및 언밸런스 판정 회로(15)에 출력한다. 필터 회로(18)는 발진 회로(17)로부터 여자 신호를 취득하여, 검출 코일(13)의 출력 전압으로부터 여자 주파수의 2배의 주파수의 성분인 제2 고조파 성분을 취출하여 출력한다. 필터 회로(18)의 출력인 제2 고조파 성분은 검출 코일(13)의 전압이 발생하는 시간과 발생하지 않는 시간의 차이에 대응하는 것이다. 출력 회로(19)는 필터 회로(18)의 출력을 센서 정격에 따라 설정한 배율로 증폭시켜 출력한다. 여기서, 센서 정격에 따라 설정한 배율은, 단위 전류당 센서 출력이며, 센서 감도에 상당하는 것이다. FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the
실시 형태 1에 의한 전로 보호 시스템은, 누전 센서(1), 릴레이 유닛(20) 및 보호 회로(21)를 구비하고 있다. 릴레이 유닛(20)은 누전 센서(1)의 출력 회로(19)의 출력을 감시하여 누전의 유무를 판정하여, 누전이 발생한 것으로 판정되었을 경우는, 차단기 혹은 개폐기 등의 보호 회로(21)를 제어하여 피측정 전류선(30)을 차단하고, 피측정 전류선(30)에 접속된 부하 기기를 전로 이상으로부터 보호한다. 릴레이 유닛(20)은, 예를 들면, 출력 회로(19)의 출력이 미리 정해진 임계값을 초과했을 때, 누전이 발생한 것으로 판정한다. The circuit protection system according to
자기 센서(14)는 여자 코일(12)로부터 발생하는 여자 자계를 검출한다. 자기 센서는, 예를 들면, 홀 소자, 자기 저항 효과 소자, 자기 임피던스 소자 등 반도체 프로세스를 이용하여 작성된 것이어도 되고, 교류 자계를 검출할 수 있는 코일이어도 된다. 여자 자계에 영향을 주는 요소로서, 여자 코일에 있어서의 권선의 균일성을 들 수 있다. 자성체 코어(11)에 피측정 전류선(30)을 관통시키는 형태의 누전 센서(1)에 있어서는, 여자 코일(12)은 트로이달 코일이라고 불리는 둥근 고리 모양의 코어의 내측 혹은 외측을 향해 권선을 해 가는 코일이다. 권선이 균일하게 감겨 있으면, 여자 전류에 의해서 생긴 자속은 코일 내에 갇히므로, 여자 자계는 여자 코일(12)에 흐르는 여자 전류에 비례하고, 또한 자성체 코어(11)에 똑같이 여자 자계가 인가된다. 그렇지만, 권선이 불균일하고, 국소적으로 권선 간격에 소밀(疏密)이 생기는 경우, 권선이 성기게 된 지점에서는 코일 밖으로 자속이 누설되어 버리므로, 여자 전류와 여자 자계가 비례하지 않는, 혹은, 국소적으로 여자 자계의 대소가 생긴다. 일반적으로, 트로이달 코일에서는 권선의 균일성을 확보하는 것이 어려워, 권선의 불균일성은 불가피이다. 그 때문에, 누전 센서(1)에 있어서는, 여자 전류로부터 여자 자계를 예측하는 것이 아니라, 자기 센서(14)에 의해서 여자 자계를 검출한다. The
언밸런스 판정 회로(15)는 피측정 전류선(30)에 평형 전류가 흐르고 있는 상태에 있어서 자기 센서(14)로부터 취득한 여자 자계와, 발진 회로(17)로부터의 여자 신호로부터, 피측정 전류선(30)에 평형 전류가 흐르고 있는 상태에 있어서의 여자 자계의 양음의 비대칭성을 판정하여 제어 신호를 생성하고, 생성한 제어 신호를 여자 회로(16)에 출력한다. 여자 회로(16)는 언밸런스 판정 회로(15)의 출력을 기초로, 여자 전류의 양음 중 어느 것의 신호의 진폭을 원래 크기보다도 작게 하거나 혹은 여자 전류를 양음 어느 것으로 오프셋한다. 이것에 의해, 여자 자계가 양음 대칭이 된다.The
다음으로, 언밸런스 판정 회로(15)의 동작에 대해 설명한다. 언밸런스 판정 회로(15)는 피측정 전류선(30)에 평형 전류가 흐르고 있는 상태, 즉, 피측정 전류선(30)에 누전이 발생하고 있지 않고 정격 전류를 통전한 상태에 있어서, 자기 센서(14)로부터 여자 코일(12)에 발생하는 여자 자계의 정보를 취득하고, 발진 회로(17)로부터 여자 신호를 취득한다. 여자 코일(12)에 발생하는 여자 자계는, 여자 신호로부터 생성한 여자 전류의 미분값이 되기 때문에, 여자 신호와 여자 자계는 대략 90도의 위상차를 일으킨다. 따라서, 언밸런스 판정 회로(15)에서는, 여자 신호의 위상을 90도 시프트시킨 신호로 여자 자계의 신호를 동기 검파하여, 여자 자계의 파형의 양음의 비대칭성을 판정한다. 여자 자계의 주파수는 여자 회로(16)에 의해서 고유하게 정해지기 때문에, 언밸런스 판정 회로(15)에서는, 자기 센서(14)의 출력을 푸리에 변환하는 등 하여, 기본파 이외의 고조파의 강도로 파형 변형을 판정함으로써, 여자 자계의 파형의 양음의 비대칭성을 판정해도 된다. 또한, 언밸런스 판정 회로(15)는 누전 센서(1)에 있어서 누전을 검출하고 있을 때에는 여자 자계의 파형의 양음의 비대칭성을 판정하지 않는다. Next, the operation of the
여자 회로(16)로부터 출력되는 여자 전류의 파형이 양음에서 대칭으로 되어 있을 때는, 예를 들면, 도 2의 좌하단의 도면에 나타내는 것처럼 여자 자계의 파형이 양음에서 대칭이 되어, 정확하게 누전을 검출할 수 있다. 그러나, 여자 회로(16)의 전원 노이즈 등의 영향에 의해서 여자 전류의 양음 중 어느 일방의 값에 변형이 생겨, 여자 자계의 파형이 양음에서 비대칭이 되는 경우가 있다. 언밸런스 판정 회로(15)에 있어서 여자 자계의 비대칭을 검출했을 때는, 여자 자계의 양음 비대칭성에 따른 제어 신호를 여자 회로(16)에 출력하고, 제어 신호를 수취한 여자 회로(16)는 여자 전류의 양음 중 어느 것의 신호의 진폭을 원래 크기보다도 작게 하거나 혹은 여자 전류를 양음 어느 것으로 오프셋한다. 또한, 여자 회로(16)는 누전 센서(1)에 있어서 누전을 검출하고 있을 때에는, 여자 전류의 진폭을 작게 하는 양 및 여자 전류에 중첩되는 오프셋의 양은 변경하지 않는다.When the waveform of the excitation current output from the
도 4를 이용하여, 언밸런스 판정 회로(15)에 있어서 여자 자계의 비대칭성으로서 여자 자계의 음측 자계의 크기와 양측 자계의 크기가 상이한 것을 검출했을 경우의 예에 대해 설명한다. 예를 들면, 언밸런스 판정 회로(15)에 있어서, 도 4의 좌하단의 도면의 실선으로 나타낸 것처럼 여자 자계의 음측 자계가 양측 자계에 대해서 작아진 것을 검출했을 때는, 언밸런스 판정 회로(15)는 여자 전류의 양측의 진폭을 원래 크기보다도 작게 하는 것을 나타내는 제어 신호를 여자 회로(16)에 출력한다. 여자 전류의 양측의 진폭을 원래 크기보다도 작게 하는 것을 나타내는 제어 신호를 수신한 여자 회로(16)는, 여자 전류의 양측의 진폭을 원래 크기보다도 작게 한다. 언밸런스 판정 회로(15)에 있어서 여자 자계가 대칭이 된 것을 확인할 수 있었을 때는, 여자 회로(16)에 있어서의 제어량을 고정함으로써, 여자 자계의 양음 대칭이 유지된다. Using FIG. 4, an example will be described where the
도 5를 이용하여, 언밸런스 판정 회로(15)에 있어서 여자 자계의 비대칭성으로서 여자 자계에 양방향의 오프셋이 중첩되어 있는 것을 검출했을 경우의 예에 대해 설명한다. 예를 들면, 언밸런스 판정 회로(15)에 있어서, 도 5의 좌하단의 도면의 실선으로 나타낸 것처럼 여자 자계에 양방향의 오프셋이 중첩되고 추가로 양방향의 여자 자계가 포화되어 있는 것을 검출했을 때는, 언밸런스 판정 회로(15)는 여자 전류에 음의 오프셋 전류를 중첩시키는 것을 나타내는 제어 신호를 여자 회로(16)에 출력한다. 여자 전류에 음의 오프셋 전류를 중첩시키는 것을 나타내는 제어 신호를 수신한 여자 회로(16)는, 여자 전류에 음측의 오프셋 전류를 중첩시킴으로써, 여자 자계가 양음 대칭이 된다. 언밸런스 판정 회로(15)에 있어서 여자 자계가 대칭이 된 것을 확인할 수 있었을 때는, 여자 회로(16)에 있어서의 제어량을 고정함으로써, 여자 자계의 양음 대칭이 유지된다. Using FIG. 5, an example will be described where the
도 7은 실시 형태 1에 있어서의 언밸런스 판정 회로(15)의 동작을 설명하는 순서도이다. 여기에서는, 발진 회로(17)의 출력이 정현파일 때의 예를 설명한다. 스텝 S01에서는, 언밸런스 판정 회로(15)는 자기 센서(14)의 출력과 발진 회로(17)의 출력을 취득하고, 스텝 S02로 진행한다. 스텝 S02에서는, 언밸런스 판정 회로(15)는 자기 센서(14)의 출력의 양의 진폭과 음의 진폭을 취득하고, 스텝 S03으로 진행한다. 스텝 S02에서는, 예를 들면, 스텝 S01에서 취득한 발진 회로(17)의 출력으로부터 여자 신호의 주파수인 여자 주파수를 구하고, 여자 신호의 1주기분의 시간에 있어서, 자기 센서(14)의 출력의 양측의 피크값과 음측의 피크값을 구함으로써, 자기 센서(14)의 출력의 양의 진폭과 음의 진폭을 취득한다. FIG. 7 is a flowchart explaining the operation of the
스텝 S03에서는, 언밸런스 판정 회로(15)는 자기 센서(14)의 출력의 양의 진폭과 음의 진폭의 차가 임계값 이하인지 어떤지를 판단한다. 양의 진폭과 음의 진폭의 차가 임계값 이하인 경우는 스텝 S07로 진행하고, 양의 진폭과 음의 진폭의 차가 임계값을 초과하는 경우는 스텝 S04로 진행한다. In step S03, the
스텝 S04에서는, 언밸런스 판정 회로(15)는 자기 센서(14)의 출력의 양의 진폭이 음의 진폭보다도 큰지 어떤지를 판단한다. 양의 진폭이 음의 진폭보다도 큰 경우는 스텝 S05로 진행하고, 양의 진폭이 음의 진폭보다도 작은 경우는 스텝 S06으로 진행한다. 스텝 S05에서는, 언밸런스 판정 회로(15)는 여자 전류의 양의 진폭을 원래 크기보다도 작게 하는 제어 신호를 여자 회로(16)로 출력하고, 스텝 S01로 돌아간다. 여자 전류의 양의 진폭을 원래 크기보다도 작게 하는 제어 신호를 수신한 여자 회로(16)는, 여자 전류의 양의 진폭을 미리 정해진 크기만큼 작게 한다. 스텝 S06에서는, 언밸런스 판정 회로(15)는 여자 전류의 음의 진폭을 원래 크기보다도 작게 하는 제어 신호를 여자 회로(16)로 출력하고, 스텝 S01로 돌아간다. 여자 전류의 음의 진폭을 원래 크기보다도 작게 하는 제어 신호를 수신한 여자 회로(16)는, 여자 전류의 음의 진폭을 미리 정해진 크기만큼 작게 한다. In step S04, the
스텝 S07에서는, 언밸런스 판정 회로(15)는 여자 신호의 1주기분의 자기 센서(14)의 출력 신호에 대해서 고속 푸리에 변환 즉 FFT의 처리를 행하여, 여자 주파수에 대한 정수차 고조파를 취득하고, 스텝 S08로 진행한다. 스텝 S08에서는, 언밸런스 판정 회로(15)는 스텝 S07에서 구한 정수차 고조파의 특정 차수의 고조파 성분의 크기가 임계값 이하인지 어떤지를 판단한다. 특정 차수의 고조파 성분의 크기가 임계값 이하인 경우는 언밸런스 판정 회로(15)의 동작을 종료하고, 특정 차수의 고조파 성분의 크기가 임계값을 초과하는 경우는 스텝 S09로 진행한다. In step S07, the
도 8은 자기 센서(14)의 출력 신호에 대해서 고속 푸리에 변환을 행한 결과를 나타내는 도면이고, 도 5에 나타내는 여자 자계가 양음에서 비대칭이 된 제2 사례에 있어서의 도 5의 좌하단의 도면에 있어서 실선으로 나타내진 여자 자계에 대해서 고속 푸리에 변환을 행한 결과를 나타내고 있다. 도 8은 도 7의 스텝 S07에서 얻어지는, 여자 신호의 1주기분의 자기 센서(14)의 출력 신호의 여자 주파수에 대한 정수차 고조파이다. 도 8에 있어서, 가로축은 고조파 차수를 나타내고 있고, 세로축은 각각의 고조파 차수에 있어서의 고조파의 강도를 로그축으로 나타내고 있다. 도 8에 있어서, 검은 삼각은 여자 자계에 중첩된 양방향의 오프셋이 큰 경우를 나타내고 있고, 흰 동그라미는 여자 자계에 중첩된 양방향의 오프셋이 중간 정도인 경우를 나타내고 있고, 검은 사각은 여자 자계에 중첩된 양방향의 오프셋이 작은 경우를 나타내고 있다. 고조파 차수마다의 고조파 강도는 주기적으로 변화하고 있지만, 여자 자계에 중첩된 오프셋의 크기에 따라서 그 주기가 다르다. 그러나, 5차 이하의 고조파는, 오프셋이 작아지면 고조파 강도가 똑같이 작게 되어 있다. 따라서, 스텝 S08에서는, 5차 이하 중 어느 고조파 성분의 크기가 임계값 이하인지 어떤지를 판단함으로써, 여자 자계에 중첩된 오프셋의 크기를 추정할 수 있다. FIG. 8 is a diagram showing the results of performing fast Fourier transform on the output signal of the
도 9는 자기 센서(14)의 출력 신호에 대해서 고속 푸리에 변환을 행한 결과를 나타내는 도면이며, 도 4에 나타내는 여자 자계가 양음에서 비대칭이 된 제1 사례에 있어서의 도 4의 좌하단의 도면에 있어서 실선으로 나타내진 여자 자계에 대해서 고속 푸리에 변환을 행한 결과를 나타내고 있다. 도 9에 있어서, 가로축은 고조파 차수를 나타내고 있고, 세로축은 각각의 고조파 차수에 있어서의 고조파의 강도를 로그축으로 나타내고 있다. 도 9에 있어서, 검은 삼각은 여자 자계의 양측의 진폭과 음측의 진폭의 차가 큰 경우를 나타내고 있고, 흰 동그라미는 여자 자계의 양측의 진폭과 음측의 진폭의 차가 중간 정도인 경우를 나타내고 있고, 검은 사각은 여자 자계의 양측의 진폭과 음측의 진폭의 차가 작은 경우를 나타내고 있다. 도 4에 나타내는 여자 자계가 양음에서 비대칭이 된 제1 사례에 나타내는 것처럼, 여자 자계가 포화되지 않고 양측의 진폭과 음측의 진폭이 상이한 경우, 양측의 진폭과 음측의 진폭의 차의 크기에 따라서 단조로 고조파 강도가 감소하는 경향이 보인다. 따라서, 예를 들면, 도 7에 나타내는 스텝 S02에 있어서 스텝 S07에 나타낸 것처럼 푸리에 변환을 행하여, 스텝 S03에 있어서 단조로 고조파 강도가 감소하여 특정 차수의 고조파 강도가 임계값 이하인지 어떤지를 판단해도 된다. FIG. 9 is a diagram showing the results of performing fast Fourier transform on the output signal of the
도 7의 스텝 S09에서는, 언밸런스 판정 회로(15)는 자기 센서(14)의 출력의 양의 진폭이 음의 진폭보다도 큰지 어떤지를 판단한다. 양의 진폭이 음의 진폭보다도 큰 경우는 스텝 S10으로 진행하고, 양의 진폭이 음의 진폭보다도 작은 경우는 스텝 S11로 진행한다. 스텝 S10에서는, 언밸런스 판정 회로(15)는 여자 전류에 음의 오프셋 전류를 중첩시키는 제어 신호를 여자 회로(16)로 출력하고, 스텝 S01로 돌아간다. 여자 전류에 음의 오프셋 전류를 중첩시키는 제어 신호를 수신한 여자 회로(16)는, 여자 전류에 미리 정해진 크기의 음의 오프셋 전류를 중첩시킨다. 스텝 S11에서는, 언밸런스 판정 회로(15)는 여자 전류에 양의 오프셋 전류를 중첩시키는 제어 신호를 여자 회로(16)로 출력하고, 스텝 S01로 돌아간다. 여자 전류에 양의 오프셋 전류를 중첩시키는 제어 신호를 수신한 여자 회로(16)는, 여자 전류에 미리 정해진 크기의 양의 오프셋 전류를 중첩시킨다. 이상의 동작에 의해, 여자 회로(16)로부터 출력되는 여자 전류가 보정되어, 자성체 코어(11)에 인가되는 여자 자계의 양음의 비대칭이 해소된다.In step S09 of FIG. 7, the
또한, 스텝 S02 및 스텝 S07에 있어서 여자 신호의 1주기분의 자기 센서(14)의 출력 신호에 대해서 처리를 행한다고 했지만, 측정 환경 기인의 전자 노이즈의 영향을 배제하기 때문에, 예를 들면, 반도체 메모리 등의 고속 기억 장치를 구비하고 수주기분의 자기 센서(14)의 출력 신호를 취득하여 평균화한 신호에 대해서 처리를 행해도 된다. In addition, although it is said that processing is performed on the output signal of the
도 10, 도 11 및 도 12는, 실시 형태 1에 의한 누전 센서(1)의 자기 센서(14)의 배치를 나타내는 도면이다. 도 10, 도 11 및 도 12에 있어서, 검출 코일(13)은 생략하고 있고, 자성체 코어(11), 여자 코일(12) 및 자기 센서(14)를 나타내고 있다. 여자 코일(12)은 자성체 코어(11)를 둘러싸도록 권회된 트로이달 코일이다. 트로이달 코일에서는, 코일의 외측으로 자계가 누설되지 않는다. 도 10에 나타내는 예에서는, 자성체 코어(11)와 여자 코일(12)의 사이에 자기 센서(14)가 구비됨으로써, 자기 센서(14)에 의해서 여자 자계를 검출할 수 있다. 10, 11, and 12 are diagrams showing the arrangement of the
도 11에 나타내는 예에서는, 자성체 코어(11)의 일부에 있어서 여자 코일(12)에 감기지 않고 자성체 코어(11)가 노출된 개구부를 마련하고, 개구부에 자기 센서(14)가 구비되어 있다. 트로이달 코일에서는 개구부에 있어서 자계가 누설되기 때문에, 자성체 코어(11)와 여자 코일(12)의 사이에 자기 센서(14)를 배치하는 공간을 확보할 수 없는 경우에도, 개구부를 마련함으로써 자기 센서를 배치할 수 있어, 여자 자계를 검출할 수 있다. In the example shown in FIG. 11, an opening is provided in a portion of the
도 12에 나타내는 예에서는, 자성체 코어(11)의 일부에 절결(切欠) 부분을 마련하여 자기 갭을 형성하고 있다. 자기 갭인 절결 부분에 있어서는 여자 전류에 의해서 자성체 코어(11)에 유기된 자계가 집중하여 누설되므로, 자성체 코어(11)의 절결 부분에 자기 센서(14)가 구비됨으로써, 여자 자계를 검출할 수 있다. 또한, 절결의 간격을 좁게 할수록 큰 자계가 누설되기 때문에, 절결의 간격을 좁게 함으로써 여자 자계를 정밀도 좋게 계측할 수 있다. In the example shown in FIG. 12, a notch is provided in a part of the
이상과 같이, 실시 형태 1에 의한 누전 센서(1)는, 피측정 전류선(30)에 있어서의 누전을 검출하는 누전 센서(1)로서, 피측정 전류선(30)이 관통된 자성체 코어(11)와, 자성체 코어(11)에 권회된 여자 코일(12)과, 자성체 코어(11)에 권회된 검출 코일(13)과, 여자 코일(12)로부터 발생하는 여자 자계를 검출하는 자기 센서(14)와, 여자 주파수를 기본 주파수로 하는 여자 신호를 발생시키는 발진 회로(17)와, 자기 센서(14)의 출력 및 발진 회로(17)의 출력으로부터 제어 신호를 생성하여 출력하는 언밸런스 판정 회로(15)와, 발진 회로(17)의 출력 및 언밸런스 판정 회로(15)의 출력을 기초로 여자 코일(12)에 여자 전류를 인가하는 여자 회로(16)와, 검출 코일(13)의 출력 전압으로부터 여자 주파수의 2배의 주파수의 성분을 취출하는 필터 회로(18)와, 필터 회로의 출력을 증폭시키는 출력 회로(19)를 구비하고, 언밸런스 판정 회로(15)는 피측정 전류선(30)에 평형 전류가 흐르고 있는 상태에 있어서 자기 센서(14)로부터 취득한 여자 자계와 여자 신호로부터, 피측정 전류선(30)에 평형 전류가 흐르고 있는 상태에 있어서의 여자 자계의 양음의 비대칭성을 판정하여 제어 신호를 생성하고, 여자 회로(16)는 제어 신호를 기초로 여자 전류의 양음 중 어느 것의 진폭을 원래 크기보다도 작게 하거나 혹은 여자 전류에 양음 중 어느 것의 오프셋 전류를 중첩시킴으로, 여자 전류에 큰 전류와 높은 주파수가 요구되어 여자 자계가 양음에서 비대칭이 되었을 경우에 있어서의 누전의 오검출을 억제할 수 있다. As described above, the
실시 형태 2.Embodiment 2.
도 13은 실시 형태 2에 의한 누전 센서(1a) 및 전로 보호 시스템의 구성을 나타내는 도면이다. 도 13에 나타내는 실시 형태 2에 의한 누전 센서(1a)를 도 6에 나타내는 실시 형태 1에 의한 누전 센서(1)와 비교하면, 언밸런스 판정 회로(15)가 언밸런스 판정 회로(15a)로 되어 있고, 여자 회로(16)가 여자 회로(16a)로 되어 있고, 출력 회로(19)가 출력 회로(19a)로 되어 있다. 실시 형태 2에 의한 누전 센서(1a)의 다른 구성은, 실시 형태 1에 의한 누전 센서(1)의 구성과 동일하다. 또, 릴레이 유닛(20) 및 보호 회로(21)도, 실시 형태 1과 동일하다.FIG. 13 is a diagram showing the configuration of the
여자 회로(16a)는 발진 회로(17)로부터의 여자 신호를 기초로 여자 코일(12)에 여자 전류를 인가한다. 언밸런스 판정 회로(15a)는 피측정 전류선(30)에 평형 전류가 흐르고 있는 상태, 즉, 피측정 전류선(30)에 누전이 발생하고 있지 않은 상태에 있어서, 자기 센서(14)로부터 취득한 여자 자계의 양음의 비대칭성을 판정하고, 판정한 비대칭성에 따른 제어 신호를 출력 회로(19a)로 출력한다. 또한, 언밸런스 판정 회로(15a)는, 누전 센서(1a)에서 누전을 검출하고 있을 때에는 여자 자계의 파형의 양음의 비대칭성을 판정하지 않는다. 출력 회로(19a)는 언밸런스 판정 회로(15a)의 출력인 제어 신호를 기초로 필터 회로(18)의 출력을 보정하여 보정 출력을 구하고, 보정 출력을 센서 정격에 따라 설정한 배율로 증폭시켜 출력한다.The
도 14는 실시 형태 2에 있어서의 언밸런스 판정 회로(15a)의 동작을 설명하는 순서도이다. 스텝 S21에서는, 언밸런스 판정 회로(15a)는 자기 센서(14)의 출력과 발진 회로(17)의 출력을 취득하고, 스텝 S22 및 스텝 S25로 진행한다. 스텝 S22에서는, 언밸런스 판정 회로(15a)는 자기 센서(14)의 출력의 양의 진폭과 음의 진폭을 취득하고, 스텝 S23으로 진행한다. 스텝 S23에서는, 언밸런스 판정 회로(15a)는 자기 센서(14)의 출력의 양의 진폭과 음의 진폭의 차가 임계값 이하인지 어떤지를 판단한다. 양의 진폭과 음의 진폭의 차가 임계값 이하인 경우는 스텝 S28로 진행하고, 양의 진폭과 음의 진폭의 차가 임계값을 초과하는 경우는 스텝 S24로 진행한다. 스텝 S24에서는, 언밸런스 판정 회로(15a)는 출력 회로(19a)가 필터 회로(18)의 출력을 보정하기 위한 보정값을 생성하고, 스텝 S28로 진행한다. 스텝 S24에서는, 자기 센서(14)의 출력의 양의 진폭과 음의 진폭의 차의 값에 따라 출력 회로(19a)의 출력이 어떻게 변화하는지를 미리 측정하고, 그러한 변화를 보정하기 위한 보정값을 기억 장치에 저장하고, 언밸런스 판정 회로(15a)가 양의 진폭과 음의 진폭의 차의 크기에 따른 보정값을 기억 장치로부터 판독해도 된다. 또, 스텝 S24에서는, 언밸런스 판정 회로(15a)는, 예를 들면, 출력 회로(19a)의 출력을 0으로 하는 보정값을 생성해도 된다. Fig. 14 is a flowchart explaining the operation of the
스텝 S25에서는, 언밸런스 판정 회로(15a)는 여자 신호의 1주기분의 자기 센서(14)의 출력 신호에 대해서 고속 푸리에 변환 즉 FFT의 처리를 행하여, 여자 주파수에 대한 정수차 고조파를 취득하고, 스텝 S26으로 진행한다. 스텝 S26에서는, 언밸런스 판정 회로(15a)는, 스텝 S25에서 구한 정수차 고조파의 특정 차수의 고조파 성분의 크기가 임계값 이하인지 어떤지를 판단한다. 특정 차수의 고조파 성분의 크기가 임계값 이하인 경우는 스텝 S28로 진행하고, 특정 차수의 고조파 성분의 크기가 임계값을 초과하는 경우는 스텝 S27로 진행한다. 스텝 S27에서는, 언밸런스 판정 회로(15a)는, 출력 회로(19a)가 필터 회로(18)의 출력을 보정하기 위한 보정값을 생성하고, 스텝 S28로 진행한다. 스텝 S27에서는, 자기 센서(14)의 출력을 FFT 처리한 특정 차수의 고조파 성분의 값에 따라 출력 회로(19a)의 출력이 어떻게 변화하는지를 미리 측정하고, 그러한 변화를 보정하기 위한 보정값을 기억 장치에 저장하고, 언밸런스 판정 회로(15a)가 고조파 성분의 크기에 따른 보정값을 기억 장치로부터 판독해도 된다. 또, 스텝 S27에서는, 언밸런스 판정 회로(15a)는, 예를 들면, 출력 회로(19a)의 출력을 0으로 하는 보정값을 생성해도 된다.In step S25, the
스텝 S28에서는, 언밸런스 판정 회로(15a)는 스텝 S24 및 스텝 S27 중 적어도 어느 일방에서 보정값이 생성되고 있는지를 확인하고, 보정값이 생성되어 있는 경우는 보정값을 제어 신호로서 출력 회로(19a)에 출력하고, 언밸런스 판정 회로(15a)의 동작을 종료한다. 언밸런스 판정 회로(15a)로부터 제어 신호를 수취한 출력 회로(19a)는, 보정값을 기초로 필터 회로(18)의 출력을 보정한 보정 출력을 구하여, 보정 출력을 센서 정격에 따라 설정한 배율로 증폭시켜 출력한다. 출력 회로(19a)는, 예를 들면, 필터 회로(18)의 출력에 보정값을 가산하는, 혹은, 필터 회로(18)의 출력에 보정값을 곱함으로써, 보정 출력을 구한다. In step S28, the
이상과 같이, 실시 형태 2에 의한 누전 센서(1a)는, 피측정 전류선(30)에 있어서의 누전을 검출하는 누전 센서(1a)로서, 피측정 전류선(30)이 관통된 자성체 코어(11)와, 자성체 코어(11)에 권회된 여자 코일(12)과, 자성체 코어(11)에 권회된 검출 코일(13)과, 여자 코일(12)로부터 발생하는 여자 자계를 검출하는 자기 센서(14)와, 여자 주파수를 기본 주파수로 하는 여자 신호를 발생시키는 발진 회로(17)와, 자기 센서(14)의 출력 및 발진 회로(17)의 출력으로부터 제어 신호를 생성하여 출력하는 언밸런스 판정 회로(15a)와, 발진 회로(17)의 출력을 기초로 여자 코일(12)에 여자 전류를 인가하는 여자 회로(16a)와, 검출 코일(13)의 출력 전압으로부터 여자 주파수의 2배의 주파수의 성분을 취출하는 필터 회로(18)와, 필터 회로의 출력을 증폭시키는 출력 회로(19a)를 구비하고, 언밸런스 판정 회로(15a)는 피측정 전류선(30)에 평형 전류가 흐르고 있는 상태에 있어서 자기 센서(14)로부터 취득한 여자 자계와 여자 신호로부터, 피측정 전류선(30)에 평형 전류가 흐르고 있는 상태에 있어서의 여자 자계의 양음의 비대칭성을 판정하여 제어 신호를 생성하고, 출력 회로(19a)는 제어 신호를 기초로 필터 회로(18)의 출력을 보정하여 보정 출력을 구하고, 보정 출력을 증폭하여 출력하므로, 여자 전류에 큰 전류와 높은 주파수가 요구되어 여자 자계가 양음에서 비대칭이 되었을 경우에 있어서의 누전의 오검출을 억제할 수 있다. As described above, the
도 15는 실시 형태 1에 있어서의 언밸런스 판정 회로(15) 및 실시 형태 2에 있어서의 언밸런스 판정 회로(15a)의 하드웨어의 일례를 나타내는 모식도이다. 언밸런스 판정 회로(15, 15a)는 메모리(50)에 기억된 프로그램을 실행하는 CPU(Central Processing Unit) 등의 프로세서(40)에 의해서 실현된다. 메모리(50)는 프로세서(40)가 실행하는 각 처리에 있어서의 일시 기억 장치로서도 사용된다. 또, 복수의 처리 회로가 협업하여 상기 기능을 실행해도 된다. 또한, 전용의 하드웨어에 의해서 상기 기능을 실현해도 된다.FIG. 15 is a schematic diagram showing an example of hardware of the
전용 하드웨어에 의해서 상기 기능을 실현하는 경우는, 전용의 하드웨어는, 예를 들면, 단일 회로, 복합 회로, 프로그램화한 프로세서, 병렬 프로그램화한 프로세서, ASIC(Application Specific Integrated Circuit), FPGA(Field Programmable Gate Array), 또는, 이들을 조합한 것이다. 프로세서(40) 및 메모리(50)에 의해서 상기 기능을 실현하는 경우는, 프로세서(40)는 CPU이며, 중앙 처리 장치, 처리 장치, 연산 장치, 마이크로 프로세서, 마이크로 컴퓨터, DSP(Digital Signal Processor) 등, 혹은, 이들을 조합 것이다. 메모리(50)는, 예를 들면, RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), 플래쉬 메모리, EPROM(Erasable Programmable ROM) 등의 불휘발성 또는 휘발성의 반도체 메모리, 자기 디스크, 광디스크, 또는, 이들을 조합한 것이다. 프로세서(40) 및 메모리(50)는 서로 버스 접속되어 있다. When realizing the above function by dedicated hardware, the dedicated hardware may be, for example, a single circuit, complex circuit, programmed processor, parallel programmed processor, ASIC (Application Specific Integrated Circuit), FPGA (Field Programmable Gate Array), or a combination of these. When the above functions are realized by the
본원은 다양한 예시적인 실시 형태가 기재되어 있지만, 1개 또는 복수의 실시 형태에 기재된 다양한 특징, 양태, 및 기능은 특정 실시 형태의 적용에 한정되는 것이 아니라, 단독으로, 또는 다양한 조합으로 실시 형태에 적용 가능하다. Although various exemplary embodiments are described herein, the various features, aspects, and functions described in one or more embodiments are not limited to application to a particular embodiment, but can be applied to the embodiments alone or in various combinations. Applicable.
따라서, 예시되어 있지 않은 무수한 변형예가, 본원에 개시되는 기술의 범위내에 있어서 상정된다. 예를 들면, 적어도 1개의 구성 요소를 변형하는 경우, 추가하는 경우 또는 생략하는 경우, 나아가서는, 적어도 1개의 구성 요소를 추출하여, 다른 실시 형태의 구성 요소와 조합하는 경우가 포함되는 것으로 한다. Accordingly, numerous modifications that are not illustrated are contemplated within the scope of the technology disclosed herein. For example, this includes modifying, adding, or omitting at least one component, and further extracting at least one component and combining it with components of other embodiments.
1, 1a: 누전 센서
10: 누전 검출부
11: 자성체 코어
12: 여자 코일
13: 검출 코일
14: 자기 센서
15, 15a: 언밸런스 판정 회로
16, 16a: 여자 회로
17: 발진 회로
18: 필터 회로
19, 19a: 출력 회로
20: 릴레이 유닛
21: 보호 회로
30: 피측정 전류선
40: 프로세서
50: 메모리1, 1a: Earth leakage sensor 10: Earth leakage detection unit
11: magnetic core 12: excitation coil
13: detection coil 14: magnetic sensor
15, 15a: unbalance
17: oscillator circuit 18: filter circuit
19, 19a: output circuit 20: relay unit
21: protection circuit 30: current line to be measured
40: Processor 50: Memory
Claims (6)
상기 피측정 전류선이 관통된 자성체 코어와,
상기 자성체 코어에 권회된 여자 코일과,
상기 자성체 코어에 권회된 검출 코일과,
상기 여자 코일로부터 발생하는 여자 자계를 검출하는 자기 센서와,
여자 주파수를 기본 주파수로 하는 여자 신호를 발생시키는 발진 회로와,
상기 자기 센서의 출력 및 상기 발진 회로의 출력으로부터 제어 신호를 생성하여 출력하는 언밸런스 판정 회로와,
상기 발진 회로의 출력 및 상기 언밸런스 판정 회로의 출력을 기초로 상기 여자 코일에 여자 전류를 인가하는 여자 회로와,
상기 검출 코일의 출력 전압으로부터 상기 여자 주파수의 2배의 주파수의 성분을 취출하는 필터 회로와,
상기 필터 회로의 출력을 증폭시키는 출력 회로를 구비하고,
상기 언밸런스 판정 회로는 상기 피측정 전류선에 평형 전류가 흐르고 있는 상태에 있어서 상기 자기 센서로부터 취득한 상기 여자 자계와 상기 여자 신호로부터, 상기 피측정 전류선에 평형 전류가 흐르고 있는 상태에 있어서의 상기 여자 자계의 양음의 비대칭성을 판정하여 상기 제어 신호를 생성하고,
상기 여자 회로는 상기 제어 신호를 기초로 상기 여자 전류의 양음 중 어느 것의 진폭을 원래 크기보다도 작게 하거나 혹은 상기 여자 전류에 양음 중 어느 것의 오프셋 전류를 중첩시키는 것을 특징으로 하는 누전 센서.An earth leakage sensor that detects earth leakage in a current line to be measured,
A magnetic core through which the current line to be measured passes,
an excitation coil wound around the magnetic core;
a detection coil wound around the magnetic core;
a magnetic sensor that detects an excitation magnetic field generated from the excitation coil;
An oscillator circuit that generates an excitation signal with the excitation frequency as the fundamental frequency,
an unbalance determination circuit that generates and outputs a control signal from the output of the magnetic sensor and the output of the oscillator circuit;
an excitation circuit that applies an excitation current to the excitation coil based on the output of the oscillation circuit and the output of the unbalance determination circuit;
a filter circuit that extracts a component with a frequency twice the excitation frequency from the output voltage of the detection coil;
Provided with an output circuit that amplifies the output of the filter circuit,
The unbalance determination circuit determines the excitation in a state in which a balance current is flowing in the current line to be measured, from the excitation magnetic field and the excitation signal obtained from the magnetic sensor in a state in which a balance current is flowing in the current line to be measured. Generating the control signal by determining the asymmetry of the positive and negative magnetic fields,
The excitation circuit is an earth leakage sensor characterized in that, based on the control signal, the amplitude of either the positive or negative of the excitation current is made smaller than its original size or the offset current of either the positive or negative of the excitation current is superimposed on the excitation current.
상기 자기 센서는 상기 자성체 코어와 상기 여자 코일의 사이에 구비된 것을 특징으로 하는 누전 센서.In claim 1,
The magnetic sensor is an earth leakage sensor, characterized in that it is provided between the magnetic core and the excitation coil.
상기 자기 센서는 상기 자성체 코어가 상기 여자 코일에 감기지 않고 상기 자성체 코어가 노출된 개구부에 구비된 것을 특징으로 하는 누전 센서.In claim 1,
The magnetic sensor is an earth leakage sensor, characterized in that the magnetic core is not wound around the exciting coil and is provided in an opening where the magnetic core is exposed.
상기 자성체 코어는 절결 부분을 가지고,
상기 자기 센서는 상기 절결 부분에 구비된 것을 특징으로 하는 누전 센서.In claim 1,
The magnetic core has a notch portion,
An earth leakage sensor, characterized in that the magnetic sensor is provided in the cutout portion.
상기 출력 회로의 출력으로부터 누전의 유무를 판정하는 릴레이 유닛과,
상기 릴레이 유닛에 있어서 누전이 발생한 것으로 판정되었을 때 상기 피측정 전류선을 차단하는 보호 회로를 구비한 전로 보호 시스템.An earth leakage sensor according to any one of claims 1 to 4,
a relay unit that determines the presence or absence of an electrical leak from the output of the output circuit;
A power line protection system including a protection circuit that blocks the current line to be measured when it is determined that a short circuit has occurred in the relay unit.
상기 피측정 전류선이 관통된 자성체 코어와,
상기 자성체 코어에 권회된 여자 코일과,
상기 자성체 코어에 권회된 검출 코일과,
상기 여자 코일로부터 발생하는 여자 자계를 검출하는 자기 센서와,
여자 주파수를 기본 주파수로 하는 여자 신호를 발생시키는 발진 회로와,
상기 자기 센서의 출력 및 상기 발진 회로의 출력으로부터 제어 신호를 생성하여 출력하는 언밸런스 판정 회로와,
상기 발진 회로의 출력을 기초로 상기 여자 코일에 여자 전류를 인가하는 여자 회로와,
상기 검출 코일의 출력 전압으로부터 상기 여자 주파수의 2배의 주파수의 성분을 취출하는 필터 회로와,
상기 필터 회로의 출력을 증폭시키는 출력 회로를 구비하고,
상기 언밸런스 판정 회로는 상기 피측정 전류선에 평형 전류가 흐르고 있는 상태에 있어서 상기 자기 센서로부터 취득한 상기 여자 자계와 상기 여자 신호로부터, 상기 피측정 전류선에 평형 전류가 흐르고 있는 상태에 있어서의 상기 여자 자계의 양음의 비대칭성을 판정하여 상기 제어 신호를 생성하고,
상기 출력 회로는 상기 제어 신호를 기초로 상기 필터 회로의 출력을 보정하여 보정 출력을 구하고, 상기 보정 출력을 증폭하여 출력하는 것을 특징으로 하는 누전 센서.An earth leakage sensor that detects earth leakage in a current line to be measured,
A magnetic core through which the current line to be measured passes,
an excitation coil wound around the magnetic core;
a detection coil wound around the magnetic core;
a magnetic sensor that detects an excitation magnetic field generated from the excitation coil;
An oscillator circuit that generates an excitation signal with the excitation frequency as the fundamental frequency,
an unbalance determination circuit that generates and outputs a control signal from the output of the magnetic sensor and the output of the oscillator circuit;
an excitation circuit that applies an excitation current to the excitation coil based on the output of the oscillation circuit;
a filter circuit that extracts a component with a frequency twice the excitation frequency from the output voltage of the detection coil;
Provided with an output circuit that amplifies the output of the filter circuit,
The unbalance determination circuit determines the excitation in a state in which a balance current is flowing in the current line to be measured, from the excitation magnetic field and the excitation signal obtained from the magnetic sensor in a state in which a balance current is flowing in the current line to be measured. Generating the control signal by determining the asymmetry of the positive and negative magnetic fields,
The output circuit corrects the output of the filter circuit based on the control signal to obtain a corrected output, and amplifies and outputs the corrected output.
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