DE112021007937T5 - LEAKAGE CURRENT SENSOR AND PROTECTION SYSTEM FOR AN ELECTRICAL PATH - Google Patents

LEAKAGE CURRENT SENSOR AND PROTECTION SYSTEM FOR AN ELECTRICAL PATH Download PDF

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Yasuyuki Okada
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Abstract

Dieser Leckstromsensor kann eine falsche Detektion von Leckstrom verhindern, wenn ein Erregermagnetfeld asymmetrisch zwischen dessen positiver und negativer Seite geworden ist. Eine Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung (15) führt basierend auf einem Erregersignal und einem Erregermagnetfeld, das von einem Magnetsensor (14) in einem Zustand erfasst worden ist, in dem Gleichgewichtsstrom durch eine zu messende Stromleitung (30) fließt, eine Bestimmung bezüglich einer Asymmetrie zwischen einer positiven und einer negativen Seite des Erregermagnetfeldes in dem Zustand durch, in dem Gleichgewichtsstrom durch die zu messende Stromleitung (30) fließt, und erzeugt ein Steuersignal. Basierend auf dem Steuersignal bewirkt eine Erregerschaltung (16), dass eine positive oder negative Amplitude eines Erregerstroms kleiner ist als ein ursprünglicher Betrag oder überlagert den Erregerstrom mit einem positiven oder negativen Offset-Strom.

Figure DE112021007937T5_0000
This leakage current sensor can prevent false detection of leakage current when an exciting magnetic field has become asymmetrical between positive and negative sides thereof. An imbalance determination circuit (15) makes a determination regarding an asymmetry between positive and negative sides of the exciting magnetic field in the state where equilibrium current flows through a power line (30) to be measured based on an exciting signal and an exciting magnetic field detected by a magnetic sensor (14) in a state where equilibrium current flows through the power line (30) to be measured, and generates a control signal. Based on the control signal, an exciting circuit (16) causes a positive or negative amplitude of an exciting current to be smaller than an original amount or superimposes a positive or negative offset current on the exciting current.
Figure DE112021007937T5_0000

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen Leckstromsensor und ein Schutzsystem für einen elektrischen Pfad.The present disclosure relates to a leakage current sensor and a protection system for an electrical path.

HINTERGRUNDTECHNIKBACKGROUND TECHNOLOGY

Ein Fluxgate-Sensor ist als Schwachstromsensor sowohl für Wechselstrom als auch für Gleichstrom bekannt. In dem Fluxgate-Sensor wird ein Magnetkern einer Wechselstromerregung durch eine Spule unterzogen, und ein Stromwert eines Messziels, das ein Messmagnetfeld ist, wird aus der Differenz zwischen einer Zeit, in der kein Ausgangssignal von einer Detektionsspule erzeugt wird, da der Kern magnetisch gesättigt worden ist, und einer Zeit, in der ein Ausgangssignal von der Detektionsspule erzeugt wird, da der Kern noch nicht gesättigt worden ist, gemessen. In einem Leckstromsensor, in dem der Fluxgate-Sensor verwendet wird, wird die Erregerfrequenz auf mindestens mehrere hundert Hz eingestellt, so dass ein schnelles Ansprechverhalten gewährleistet ist (siehe z. B. Patentdokument 1).A fluxgate sensor is known as a low-current sensor for both alternating current and direct current. In the fluxgate sensor, a magnetic core is subjected to alternating current excitation by a coil, and a current value of a measurement target, which is a measurement magnetic field, is measured from the difference between a time when no output signal is generated from a detection coil because the core has been magnetically saturated and a time when an output signal is generated from the detection coil because the core has not been saturated yet. In a leakage current sensor using the fluxgate sensor, the excitation frequency is set to at least several hundred Hz so that a fast response is ensured (see, for example, Patent Document 1).

ZITIERUNGSLISTECITATION LIST

PATENTDOKUMENTPATENT DOCUMENT

Patentdokument 1: Japanisches Gebrauchsmuster Offenlegungsschrift Nr. 59-92532 Patent Document 1: Japanese Utility Model Laid-Open Publication No. 59-92532

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEMPROBLEM TO BE SOLVED BY THE INVENTION

Der von dem Leckstromsensor, in dem der Fluxgate-Sensor verwendet wird, zu messende Strom ist ein Gleichgewichtsstrom für zwei oder drei Phasen, und daher beträgt die Anzahl der zu messenden Stromleitungen, die den Magnetkern des Leckstromsensors durchdringen, zwei oder drei. Daher muss sichergestellt werden, dass der Innendurchmesser des Magnetkerns des Leckstromsensors nicht kleiner ist als das Doppelte des Durchmessers jeder der zu messenden Stromleitungen. Des Weiteren muss sichergestellt werden, dass bei einem großen Nennstrom der zu messenden Stromleitung der Durchmesser der zu messenden Stromleitung und der Innendurchmesser des Magnetkerns vergrößert werden. Falls der Innendurchmesser des Magnetkerns vergrößert wird, muss die Querschnittsfläche des Magnetkerns vergrößert werden, um die mechanische Festigkeit des Magnetkerns zu gewährleisten. Infolgedessen wird das Volumen des Magnetkerns groß, und der Magnetkern wird größer.The current to be measured by the leakage current sensor using the fluxgate sensor is a balance current for two or three phases, and therefore the number of current lines to be measured that penetrate the magnetic core of the leakage current sensor is two or three. Therefore, it is necessary to ensure that the inner diameter of the magnetic core of the leakage current sensor is not less than twice the diameter of each of the current lines to be measured. Furthermore, it is necessary to ensure that when the rated current of the current line to be measured is large, the diameter of the current line to be measured and the inner diameter of the magnetic core are increased. If the inner diameter of the magnetic core is increased, the cross-sectional area of the magnetic core must be increased to ensure the mechanical strength of the magnetic core. As a result, the volume of the magnetic core becomes large and the magnetic core becomes larger.

Um eine ausreichende magnetische Sättigung des größeren Magnetkerns zu erreichen, ist ein großer Erregerstrom erforderlich, so dass eine Energieversorgung benötigt wird, die in der Lage ist, einen großen Strom auszugeben. Wenn der Leckstromsensor jedoch mit einer begrenzten Größe realisiert wird, ist die Größe einer eingebauten Energieversorgung begrenzt, und ein Erregerstrom könnte instabil werden, wenn ein großer Strom ausgegeben wird. Ferner kann, wenn ein großer Strom und eine hohe Frequenz für einen Erregerstrom erforderlich sind, der Erregerstrom noch instabiler werden, und einTo achieve sufficient magnetic saturation of the larger magnetic core, a large excitation current is required, so a power supply capable of outputting a large current is needed. However, if the leakage current sensor is realized with a limited size, the size of a built-in power supply is limited, and an excitation current might become unstable when a large current is output. Furthermore, if a large current and a high frequency are required for an excitation current, the excitation current might become even more unstable, and a

Erregermagnetfeld kann asymmetrisch zwischen seiner positiven und negativen Seite werden. Daher weist der Leckstromsensor, in dem der Fluxgate-Sensor verwendet wird, folgendes Problem auf. Das heißt, wenn ein Erregermagnetfeld asymmetrisch zwischen seiner positiven und negativen Seite wird, unterscheidet sich der Zeitpunkt der Sättigung des Ausgangs der Detektionsspule zwischen der positiven und negativen Seite des Magnetfelds. Folglich wird das Auftreten von Leckstrom fälschlicherweise detektiert, obwohl kein Leckstrom aufgetreten ist.Excitation magnetic field may become asymmetric between its positive and negative sides. Therefore, the leakage current sensor using the fluxgate sensor has the following problem. That is, when an excitation magnetic field becomes asymmetric between its positive and negative sides, the timing of saturation of the output of the detection coil is different between the positive and negative sides of the magnetic field. Consequently, the occurrence of leakage current is falsely detected even though no leakage current has occurred.

Die vorliegende Offenbarung wurde gemacht, um das obige Problem zu lösen, und eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, einen Leckstromsensor und ein Schutzsystem für einen elektrischen Pfad bereitzustellen, die eine falsche Detektion von Leckstrom verhindern, wenn ein großer Strom und eine hohe Frequenz für einen Erregerstrom erforderlich sind und ein Erregermagnetfeld asymmetrisch zwischen seiner positiven und negativen Seite geworden ist.The present disclosure has been made to solve the above problem, and an object of the present disclosure is to provide a leakage current sensor and an electrical path protection system that prevent false detection of leakage current when a large current and a high frequency are required for an exciting current and an exciting magnetic field has become asymmetric between its positive and negative sides.

MITTEL ZUM LÖSEN DES PROBLEMSMEANS TO SOLVE THE PROBLEM

Ein Leckstromsensor gemäß der vorliegenden Offenbarung ist ein Leckstromsensor, der einen Leckstrom in einer zu messenden Stromleitung detektiert, wobei der Leckstromsensor aufweist: einen Magnetkern, der von der zu messenden Stromleitung durchdrungen ist; eine Erregerspule, die um den Magnetkern gewickelt ist; eine Detektionsspule, die um den Magnetkern gewickelt ist; einen Magnetsensor, der ein von der Erregerspule erzeugtes Erregermagnetfeld detektiert; eine Oszillatorschaltung, die ein Erregersignal erzeugt, das eine Erregerfrequenz als eine Grundfrequenz aufweist; eine Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung, die basierend auf einem Ausgang des Magnetsensors und einem Ausgang der Oszillatorschaltung ein Steuersignal erzeugt und das Steuersignal ausgibt; eine Erregerschaltung, die basierend auf dem Ausgang der Oszillatorschaltung und einem Ausgang der Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung einen Erregerstrom an die Erregerspule anlegt; eine Filterschaltung, die aus einer Ausgangsspannung der Detektionsspule eine Komponente extrahiert, die eine Frequenz aufweist, die doppelt so hoch ist wie die Erregerfrequenz; und eine Ausgangsschaltung, die einen Ausgang der Filterschaltung verstärkt, wobei die Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung basierend auf dem Erregersignal und dem Erregermagnetfeld, das von dem Magnetsensor in einem Zustand erfasst worden ist, in dem Gleichgewichtsstrom durch die zu messende Stromleitung fließt, eine Bestimmung bezüglich einer Asymmetrie zwischen einer positiven und einer negativen Seite des Erregermagnetfeldes in dem Zustand, in dem Gleichgewichtsstrom durch die zu messende Stromleitung fließt, durchführt und das Steuersignal erzeugt, und die Erregerschaltung basierend auf dem Steuersignal bewirkt, dass eine positive oder negative Amplitude des Erregerstroms kleiner als ein ursprünglicher Betrag ist, oder dem Erregerstrom einen positiven oder negativen Offset-Strom überlagert.A leakage current sensor according to the present disclosure is a leakage current sensor that detects a leakage current in a power line to be measured, the leakage current sensor comprising: a magnetic core penetrated by the power line to be measured; 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 by the excitation coil; an oscillator circuit that generates an excitation signal having an excitation frequency as a fundamental frequency; an imbalance determination circuit that generates a control signal based on an output of the magnetic sensor and an output of the oscillator circuit and outputs the control signal; an excitation circuit that applies an excitation current to the excitation coil based on the output of the oscillator circuit and an output of the imbalance determination circuit; a filter circuit that extracts from an output voltage of the detection coil a component having a frequency twice as high as the excitation frequency; and an output circuit that amplifies an output of the filter circuit, wherein the imbalance determination circuit makes a determination regarding an asymmetry between a positive and a negative side of the excitation magnetic field in the state where equilibrium current flows through the power line to be measured based on the excitation signal and the excitation magnetic field detected by the magnetic sensor in a state where equilibrium current flows through the power line to be measured and generates the control signal, and the excitation circuit causes a positive or negative amplitude of the excitation current to be smaller than an original amount or superimposes a positive or negative offset current on the excitation current based on the control signal.

EFFEKT DER ERFINDUNGEFFECT OF THE INVENTION

In dem Leckstromsensor gemäß der vorliegenden Offenbarung führt die Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung auf Basis des Erregersignals und des Erregermagnetfeldes, das von dem Magnetsensor in einem Zustand erfasst worden ist, in dem Gleichgewichtsstrom durch die zu messende Stromleitung fließt, eine Bestimmung bezüglich einer Asymmetrie zwischen einer positiven und einer negativen Seite des Erregermagnetfeldes in dem Zustand durch, in dem Gleichgewichtsstrom durch die zu messende Stromleitung fließt, und erzeugt das Steuersignal, und bewirkt die Erregerschaltung auf Basis des Steuersignals, dass eine positive oder negative Amplitude des Erregerstroms kleiner als ein ursprünglicher Betrag ist, oder überlagert die Erregerschaltung dem Erregerstrom einen positiven oder negativen Offset-Strom. Folglich ist es möglich, eine falsche Detektion von Leckstrom zu verhindern, wenn ein großer Strom und eine hohe Frequenz für einen Erregerstrom erforderlich sind und ein Erregermagnetfeld asymmetrisch zwischen seiner positiven und negativen Seite geworden ist.In the leakage current sensor according to the present disclosure, the imbalance determination circuit makes a determination regarding an asymmetry between a positive and a negative side of the excitation magnetic field in the state where equilibrium current flows through the power line to be measured based on the excitation signal and the excitation magnetic field detected by the magnetic sensor in a state where equilibrium current flows through the power line to be measured and generates the control signal, and based on the control signal, the excitation circuit causes a positive or negative amplitude of the excitation current to be smaller than an original amount, or the excitation circuit superimposes a positive or negative offset current on the excitation current. Consequently, it is possible to prevent false detection of leakage current when a large current and a high frequency are required for an excitation current and an excitation magnetic field has become asymmetric between its positive and negative sides.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

  • [1] 1 zeigt eine Konfiguration einer Leckstrom-Detektionseinheit eines Leckstromsensors gemäß Ausführungsform 1.[ 1 ] 1 shows a configuration of a leakage current detection unit of a leakage current sensor according to Embodiment 1.
  • [2] 2 ist ein Diagramm zur Erläuterung einer Ausgangsspannung einer Detektionsspule in einem Zustand, in dem kein Leckstrom aufgetreten ist.[ 2 ] 2 is a diagram for explaining an output voltage of a detection coil in a state where no leakage current has occurred.
  • [3] 3 ist ein Diagramm zur Erläuterung einer Ausgangsspannung der Detektionsspule in einem Zustand, in dem ein Leckstrom aufgetreten ist.[ 3 ] 3 is a diagram for explaining an output voltage of the detection coil in a state where a leakage current has occurred.
  • [4] 4 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines ersten Falles, in dem ein Erregermagnetfeld in dem Zustand, in dem kein Leckstrom aufgetreten ist, asymmetrisch zwischen seiner positiven und negativen Seite geworden ist.[ 4 ] 4 is a diagram for explaining a first case in which an exciting magnetic field has become asymmetric between its positive and negative sides in the state where no leakage current has occurred.
  • [5] 5 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines zweiten Falles, in dem ein Erregermagnetfeld in dem Zustand, in dem kein Leckstrom aufgetreten ist, asymmetrisch zwischen seiner positiven und negativen Seite geworden ist.[ 5 ] 5 is a diagram for explaining a second case in which an exciting magnetic field has become asymmetric between its positive and negative sides in the state where no leakage current has occurred.
  • [6] 6 zeigt eine Konfiguration des Leckstromsensors und eines Schutzsystems für einen elektrischen Pfad gemäß Ausführungsform 1.[ 6 ] 6 shows a configuration of the leakage current sensor and an electrical path protection system according to Embodiment 1.
  • [7] 7 ist ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Betriebs der Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung in Ausführungsform 1.[ 7 ] 7 is a flowchart for explaining an operation of the imbalance determination circuit in Embodiment 1.
  • [8] 8 zeigt ein Ergebnis eines Durchführens einer schnellen Fourier-Transformation an einem Ausgangssignal eines Magnetsensors.[ 8th ] 8th shows a result of performing a fast Fourier transform on an output signal of a magnetic sensor.
  • [9] 9 zeigt ein Ergebnis eines Durchführens einer schnellen Fourier-Transformation an dem Ausgangssignal des Magnetsensors.[ 9 ] 9 shows a result of performing a fast Fourier transform on the output signal of the magnetic sensor.
  • [10] 10 zeigt eine Anordnung des Magnetsensors des Leckstromsensors gemäß Ausführungsform 1.[ 10 ] 10 shows an arrangement of the magnetic sensor of the leakage current sensor according to Embodiment 1.
  • [11] 11 zeigt eine Anordnung des Magnetsensors des Leckstromsensors gemäß Ausführungsform 1.[ 11 ] 11 shows an arrangement of the magnetic sensor of the leakage current sensor according to Embodiment 1.
  • [12] 12 zeigt eine Anordnung des Magnetsensors des Leckstromsensors gemäß Ausführungsform 1.[ 12 ] 12 shows an arrangement of the magnetic sensor of the leakage current sensor according to Embodiment 1.
  • [13] 13 zeigt eine Konfiguration eines Leckstromsensors und eines Schutzsystems für einen elektrischen Pfad gemäß Ausführungsform 2.[ 13 ] 13 shows a configuration of a leakage current sensor and an electrical path protection system according to Embodiment 2.
  • [14] 14 ist ein Flussdiagramm zur Erläuterung des Betriebs einer Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung in Ausführungsform 2.[ 14 ] 14 is a flowchart for explaining the operation of an imbalance determination circuit in Embodiment 2.
  • [15] 15 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel für eine Hardware jeder der Ungleichgewichtsbestimmungsschaltungen in Ausführungsform 1 und Ausführungsform 2 zeigt.[ 15 ] 15 is a schematic diagram showing an example of hardware of each of the imbalance determination circuits in Embodiment 1 and Embodiment 2.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMENDESCRIPTION OF EMBODIMENTS

Nachstehend werden Leckstromsensoren und Schutzsysteme für elektrische Leitungen gemäß Ausführungsformen zur Umsetzung der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail beschrieben. Gleiche oder korrespondierende Elemente sind in den Zeichnungen mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Hereinafter, leakage current sensors and protection systems for electric lines according to embodiments for implementing the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. The same or Corresponding elements are provided with the same reference numerals in the drawings.

Ausführungsform 1Embodiment 1

1 zeigt eine Konfiguration einer Leckstrom-Detektionseinheit 10 eines Leckstromsensors gemäß Ausführungsform 1. Die Leckstrom-Detektionseinheit 10 ist ein Fluxgate-Sensor und weist auf: einen ringförmigen Magnetkern 11; eine Erregerspule 12, die aus einer um den Magnetkern 11 gewickelten Wicklung hergestellt ist; und eine Detektionsspule 13, die aus einer um den Magnetkern 11 gewickelten Wicklung hergestellt ist. Der Magnetkern 11 ist von jeder der zu messenden Stromleitungen, die Messziele sind, durchdrungen, wodurch eine Strommessung durchgeführt wird. In 1 sind die Wicklung der Erregerspule 12 und die Wicklung der Detektionsspule 13 nur teilweise um den Magnetkern 11 gewickelt. Jede der Wicklungen kann jedoch um den gesamten Umfang des Magnetkerns 11 gewickelt sein. 1 shows a configuration of a leakage current detection unit 10 of a leakage current sensor according to Embodiment 1. The leakage current detection unit 10 is a fluxgate sensor and includes: a ring-shaped magnetic core 11; an excitation coil 12 made of a winding wound around the magnetic core 11; and a detection coil 13 made of a winding wound around the magnetic core 11. The magnetic core 11 is penetrated by each of the current lines to be measured, which are measurement targets, thereby performing current measurement. In 1 the winding of the excitation coil 12 and the winding of the detection coil 13 are only partially wound around the magnetic core 11. However, each of the windings can be wound around the entire circumference of the magnetic core 11.

Das Funktionsprinzip des Fluxgate-Sensors wird unter Bezugnahme auf 2 und 3 beschrieben. 2 ist ein Diagramm zur Erläuterung einer Ausgangsspannung der Detektionsspule 13 in einem Zustand, in dem Gleichgewichtsstrom durch die zu messende Stromleitung fließt, d.h. in einem Zustand, in dem kein Leckstrom aufgetreten ist. 2 zeigt oben links eine Magnetisierungskurve des Magnetkerns, d.h. eine B-H-Kurve, die eine Änderung einer magnetischen Flussdichte in Bezug auf ein angelegtes Magnetfeld angibt. Wenn ein Erregerstrom als eine Sinuswelle durch die Erregerspule 12 geleitet wird, wird ein Erregermagnetfeld, wie es auf der unteren linken Seite von 2 gezeigt ist, an den Magnetkern 11 angelegt. Da der Magnetkern 11 eine magnetische Charakteristik aufweist, wie sie auf der oberen linken Seite von 2 gezeigt ist, durchläuft ein Kernverknüpfungsmagnetfluss („core interlinkage magnetic flux“), der ein Verknüpfungsmagnetfluss des Magnetkerns 11 ist, zyklisch eine magnetische Sättigung, wie auf der oberen rechten Seite von 2 gezeigt. In Bezug auf die Detektionsspule 13 wird durch den Verknüpfungsmagnetfluss des Magnetkerns 11 eine Detektionsspulen-induzierte Spannung induziert, wie sie auf der unteren rechten Seite von 2 gezeigt ist. In Bezug auf die Detektionsspule 13 wird in jeder Periode, in der der Magnetkern 11 keine magnetische Sättigung erfährt, eine Spannung erzeugt, und in jeder Periode, in der der Magnetkern 11 eine magnetische Sättigung erfährt, wird keine Spannung erzeugt. Die Magnetisierungskurve des Magnetelements ist symmetrisch zum Ursprung, so dass sich in dem Zustand, in dem kein Leckstrom aufgetreten ist, der Zustand, in dem keine Spannung in Bezug auf die Detektionsspule 13 erzeugt wird, mit einem Zyklus wiederholt, der doppelt so groß ist wie der Zyklus des Erregermagnetfeldes.The operating principle of the fluxgate sensor is explained with reference to 2 and 3 described. 2 is a diagram for explaining an output voltage of the detection coil 13 in a state where equilibrium current flows through the power line to be measured, that is, in a state where no leakage current has occurred. 2 shows a magnetization curve of the magnetic core at the top left, that is, a BH curve indicating a change in a magnetic flux density with respect to an applied magnetic field. When an exciting current is passed as a sine wave through the exciting coil 12, an exciting magnetic field as shown at the bottom left of 2 shown, to the magnetic core 11. Since the magnetic core 11 has a magnetic characteristic as shown on the upper left side of 2 As shown, a core interlinkage magnetic flux, which is an interlinkage magnetic flux of the magnetic core 11, cyclically undergoes magnetic saturation as shown on the upper right side of 2 With respect to the detection coil 13, a detection coil-induced voltage is induced by the linkage magnetic flux of the magnetic core 11, as shown on the lower right side of 2 With respect to the detection coil 13, a voltage is generated in each period in which the magnetic core 11 does not experience magnetic saturation, and no voltage is generated in each period in which the magnetic core 11 experiences magnetic saturation. The magnetization curve of the magnetic element is symmetrical about the origin, so that in the state in which no leakage current has occurred, the state in which no voltage is generated with respect to the detection coil 13 repeats at a cycle twice as large as the cycle of the exciting magnetic field.

3 ist ein Diagramm zur Erläuterung einer Ausgangsspannung der Detektionsspule 13 in einem Zustand, in dem ein Leckstrom in der zu messenden Stromleitung aufgetreten ist. Auf jeder Seite von 3 gibt eine gestrichelte Linie einen Wert in dem Zustand an, in dem kein Leckstrom aufgetreten ist, und eine durchgezogene Linie gibt einen Wert in dem Zustand an, in dem ein Leckstrom aufgetreten ist. Auf der unteren linken Seite von 3 ist dem Erregermagnetfeld ein auf dem Leckstrom basierendes Magnetfeld überlagert, das auf das Auftreten des Leckstroms zurückzuführen ist. Auf der oberen rechten Seite von 3 unterscheiden sich die Zeit, in der die Sättigung auf der positiven Seite des Magnetfeldes auftritt, und die Zeit, in der die Sättigung auf der negativen Seite des Magnetfeldes auftritt, aufgrund des Auftretens des Leckstroms voneinander. Infolgedessen unterscheiden sich auf der unteren rechten Seite von 3 die Zeit, während der eine Spannung erzeugt wird, und die Zeit, während der keine Spannung erzeugt wird, voneinander. Der Zyklus der Differenz zwischen den Zeiten ist das Doppelte der Erregerfrequenz, und die Differenz zwischen den Zeiten ist proportional zu einem Leckstromwert. 3 is a diagram for explaining an output voltage of the detection coil 13 in a state where a leakage current has occurred in the power line to be measured. On each side of 3 a dashed line indicates a value in the state where no leakage current occurred, and a solid line indicates a value in the state where leakage current occurred. On the lower left side of 3 A magnetic field based on the leakage current is superimposed on the excitation magnetic field, which is due to the occurrence of the leakage current. On the upper right side of 3 the time at which saturation occurs on the positive side of the magnetic field and the time at which saturation occurs on the negative side of the magnetic field differ from each other due to the occurrence of the leakage current. As a result, on the lower right side of 3 the time during which a voltage is generated and the time during which no voltage is generated. The cycle of the difference between the times is twice the excitation frequency, and the difference between the times is proportional to a leakage current value.

Wenn die Leckstrom-Detektionseinheit 10 mit einem Magnetsensor zum Detektieren eines von der Erregerspule 12 erzeugten Erregermagnetfeldes montiert ist, detektiert der Magnetsensor nicht den Verknüpfungsmagnetfluss des Magnetkerns 11, sondern das Erregermagnetfeld. Daher weist ein Ausgang des Magnetsensors eine Wellenform auf, wie sie auf der unteren linken Seite von 2 gezeigt ist, unabhängig vom Vorhandensein/Nichtvorhandensein eines Leckstroms oder unabhängig von der magnetischen Charakteristik des Magnetkerns 11.When the leakage current detection unit 10 is mounted with a magnetic sensor for detecting an exciting magnetic field generated by the exciting coil 12, the magnetic sensor detects not the linkage magnetic flux of the magnetic core 11 but the exciting magnetic field. Therefore, an output of the magnetic sensor has a waveform as shown in the lower left side of 2 shown, regardless of the presence/absence of a leakage current or regardless of the magnetic characteristic of the magnetic core 11.

Als Nächstes wird ein Fall beschrieben, in dem ein großer Strom und eine hohe Frequenz erforderlich sind, damit ein Erregerstrom durch die Erregerspule 12 fließt, und das Erregermagnetfeld in dem Zustand, in dem Gleichgewichtsstrom durch die zu messende Stromleitung fließt, d.h. in dem Zustand, in dem kein Leckstrom in der zu messenden Stromleitung aufgetreten ist, asymmetrisch zwischen seiner positiven und negativen Seite geworden ist. 4 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines ersten Falles, in dem das Erregermagnetfeld in dem Zustand, in dem kein Leckstrom aufgetreten ist, asymmetrisch zwischen seiner positiven und negativen Seite geworden ist. Auf jeder Seite von 4 gibt eine gestrichelte Linie den Wert in dem Fall an, in dem das Erregermagnetfeld zwischen seiner positiven und negativen Seite symmetrisch ist, und eine durchgezogene Linie gibt den Wert in dem Fall an, in dem das Erregermagnetfeld zwischen seiner positiven und negativen Seite unsymmetrisch geworden ist. 4 zeigt auf ihrer unteren linken Seite ein Beispiel, bei dem das Erregermagnetfeld auf seiner negativen Seite einen kleineren Wert aufweist als auf seiner positiven Seite. Auf der oberen rechten Seite von 4 ist die Zeit, während der der Kernverknüpfungsmagnetfluss auf der negativen Seite gesättigt ist, kürzer als die Zeit, während der der Kernverknüpfungsmagnetfluss auf der positiven Seite gesättigt ist. Infolgedessen gibt es auf der unteren rechten Seite von 4 Veränderungen in der Zeit, in der keine Spannung in Bezug auf die Detektionsspule 13 erzeugt wird. Leckstrom wird detektiert, indem die Differenz zwischen der Zeit, während der eine Spannung in Bezug auf die Detektionsspule 13 erzeugt wird, und der Zeit, während der keine Spannung in Bezug auf die Detektionsspule 13 erzeugt wird, ermittelt wird. Auf diese Weise wird bestimmt, dass ein Leckstrom aufgetreten ist, obwohl kein Leckstrom aufgetreten ist. Das heißt, eine Asymmetrie des Erregermagnetfeldes führt zu einem Messfehler in Bezug auf den Leckstrom.Next, a case will be described where a large current and a high frequency are required for an exciting current to flow through the exciting coil 12, and the exciting magnetic field has become asymmetric between its positive and negative sides in the state where equilibrium current flows through the power line to be measured, that is, in the state where no leakage current has occurred in the power line to be measured. 4 is a diagram for explaining a first case in which the exciting magnetic field has become asymmetric between its positive and negative sides in the state where no leakage current has occurred. On each side of 4 a dashed line indicates the value in the case where the excitation magnetic field is symmetrical between its positive and negative sides, and a solid line indicates the value in the case where the excitation magnetic field is symmetrical between its positive and negative sides, and ven and negative sides have become asymmetrical. 4 shows on its lower left side an example where the excitation magnetic field has a smaller value on its negative side than on its positive side. On the upper right side of 4 the time during which the core linkage magnetic flux is saturated on the negative side is shorter than the time during which the core linkage magnetic flux is saturated on the positive side. As a result, there is a 4 Changes in the time during which no voltage is generated with respect to the detection coil 13. Leakage current is detected by determining the difference between the time during which a voltage is generated with respect to the detection coil 13 and the time during which no voltage is generated with respect to the detection coil 13. In this way, it is determined that a leakage current has occurred even though no leakage current has occurred. That is, an asymmetry of the excitation magnetic field leads to a measurement error with respect to the leakage current.

5 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines zweiten Falles, in dem das Erregermagnetfeld in dem Zustand, in dem Gleichgewichtsstrom durch die zu messende Stromleitung fließt, d. h. in dem Zustand, in dem kein Leckstrom aufgetreten ist, asymmetrisch zwischen seiner positiven und negativen Seite geworden ist. Auf jeder Seite von 5 gibt eine gestrichelte Linie den Wert in dem Fall an, in dem das Erregermagnetfeld symmetrisch zwischen seiner positiven und negativen Seite ist, und eine durchgezogene Linie gibt den Wert in dem Fall an, in dem das Erregermagnetfeld unsymmetrisch zwischen seiner positiven und negativen Seite geworden ist. 5 zeigt auf der unteren linken Seite ein Beispiel, bei dem das Erregermagnetfeld mit einem Offset bzw. einer Verschiebung in positiver Richtung überlagert ist und ferner die positive Seite des Erregermagnetfeldes gesättigt ist. Dieses Beispiel entspricht einem Fall, in dem die positive Seite des Erregermagnetfeldes beispielsweise bei einem maximalen Nennwert einer Erregerenergieversorgung begrenzt ist. In diesem Fall ist der Kernverknüpfungsmagnetfluss, der in 5 oben rechts gezeigt ist, identisch mit dem in 3 oben rechts gezeigten, und die Detektionsspulen-induzierte Spannung, die in 5 unten rechts gezeigt ist, ist identisch mit der in 3 unten rechts gezeigten. Infolgedessen wird fälschlicherweise bestimmt, dass ein Leckstrom erzeugt wird. 5 is a diagram for explaining a second case in which the excitation magnetic field has become asymmetric between its positive and negative sides in the state where equilibrium current flows through the power line to be measured, that is, in the state where no leakage current has occurred. On each side of 5 a dashed line indicates the value in the case where the excitation magnetic field is symmetrical between its positive and negative sides, and a solid line indicates the value in the case where the excitation magnetic field has become asymmetrical between its positive and negative sides. 5 shows on the lower left an example where the excitation magnetic field is superimposed with an offset in the positive direction and further the positive side of the excitation magnetic field is saturated. This example corresponds to a case where the positive side of the excitation magnetic field is limited, for example, at a maximum rating of an excitation power supply. In this case, the core linkage magnetic flux which is in 5 shown above right is identical to the one in 3 shown at the top right, and the detection coil-induced voltage, which in 5 shown below right is identical to the one in 3 shown below right. As a result, it is incorrectly determined that a leakage current is generated.

6 zeigt eine Konfiguration eines Leckstromsensors 1 und eines Schutzsystems für einen elektrischen Pfad gemäß Ausführungsform 1. Der Leckstromsensor 1 weist den Magnetkern 11, die Erregerspule 12, die Detektionsspule 13, einen Magnetsensor 14, eine Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15, eine Oszillatorschaltung 17, eine Filterschaltung 18 und eine Ausgangsschaltung 19 auf. Jede der von dem Leckstromsensor 1 zu messenden Stromleitungen 30 durchdringt den Magnetkern 11. Die Oszillatorschaltung 17 erzeugt ein Erregersignal, das eine Erregerfrequenz als eine Grundfrequenz aufweist und gibt das Erregersignal an die Erregerschaltung 16 und die Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15 aus. Die Filterschaltung 18 erfasst das Erregersignal von der Oszillatorschaltung 17, extrahiert aus einer Ausgangsspannung der Detektionsspule 13 eine zweite harmonische Komponente mit einer Frequenz, die doppelt so hoch ist wie die Erregerfrequenz, und gibt die zweite harmonische Komponente aus. Die zweite harmonische Komponente als der Ausgang der Filterschaltung 18 entspricht der Differenz zwischen der Zeit, während der die Spannung der Detektionsspule 13 erzeugt wird, und der Zeit, während der die Spannung der Detektionsspule 13 nicht erzeugt wird. Die Ausgangsschaltung 19 verstärkt den Ausgang der Filterschaltung 18 um einen entsprechend einem Sensornennwert eingestellten Multiplikationsfaktor und gibt den verstärkten Ausgang aus. Hier ist der entsprechend dem Sensornennwert eingestellte Multiplikationsfaktor ein Sensorausgang pro Stromeinheit und entspricht einer Sensorempfindlichkeit. 6 shows a configuration of a leakage current sensor 1 and an electric path protection system according to Embodiment 1. The leakage current sensor 1 includes the magnetic core 11, the excitation coil 12, the detection coil 13, a magnetic sensor 14, an imbalance determination circuit 15, an oscillator circuit 17, a filter circuit 18, and an output circuit 19. Each of the current lines 30 to be measured by the leakage current sensor 1 penetrates the magnetic core 11. The oscillator circuit 17 generates an excitation signal having an excitation frequency as a fundamental frequency and outputs the excitation signal to the excitation circuit 16 and the imbalance determination circuit 15. The filter circuit 18 detects the excitation signal from the oscillation circuit 17, extracts a second harmonic component having a frequency twice as high as the excitation frequency from an output voltage of the detection coil 13, and outputs the second harmonic component. The second harmonic component as the output of the filter circuit 18 corresponds to the difference between the time during which the voltage of the detection coil 13 is generated and the time during which the voltage of the detection coil 13 is not generated. The output circuit 19 amplifies the output of the filter circuit 18 by a multiplication factor set according to a sensor rating and outputs the amplified output. Here, the multiplication factor set according to the sensor rating is a sensor output per unit current and corresponds to a sensor sensitivity.

Das Schutzsystem für einen elektrischen Pfad gemäß Ausführungsform 1 weist den Leckstromsensor 1, eine Relais-Einheit 20 und eine Schutzschaltung 21 auf. Die Relais-Einheit 20 überwacht den Ausgang der Ausgangsschaltung 19 des Leckstromsensors 1 und bestimmt, ob ein Leckstrom aufgetreten ist oder nicht. Wenn bestimmt wurde, dass ein Leckstrom aufgetreten ist, steuert die Relais-Einheit 20 die Schutzschaltung 21, z.B. einen Leistungsschalter oder eine Öffnungs-/Schließvorrichtung, um die zu messende Stromleitung 30 zu unterbrechen und dadurch eine mit der zu messenden Stromleitung 30 verbundene Lastvorrichtung vor einer Abnormalität im elektrischen Pfad zu schützen. Die Relais-Einheit 20 bestimmt, dass ein Leckstrom aufgetreten ist, wenn beispielsweise der Ausgang der Ausgangsschaltung 19 einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.The electrical path protection system according to Embodiment 1 includes the leakage current sensor 1, a relay unit 20, and a protection circuit 21. The relay unit 20 monitors the output of the output circuit 19 of the leakage current sensor 1 and determines whether or not a leakage current has occurred. When it is determined that a leakage current has occurred, the relay unit 20 controls the protection circuit 21, such as a circuit breaker or an opening/closing device, to interrupt the power line 30 to be measured, thereby protecting a load device connected to the power line 30 to be measured from an abnormality in the electrical path. The relay unit 20 determines that a leakage current has occurred when, for example, the output of the output circuit 19 exceeds a predetermined threshold.

Der Magnetsensor 14 detektiert das von der Erregerspule 12 erzeugte Erregermagnetfeld. Der Magnetsensor kann durch ein Halbleiterverfahren hergestellt werden, wie z. B. ein Hall-Element, ein Magnetwiderstandselement oder ein magnetisches Impedanzelement, oder er kann eine Spule sein, die beispielsweise ein Wechselstrommagnetfeld detektieren kann. Beispiele für einen Faktor, der das Erregermagnetfeld beeinflusst, umfassen eine Gleichmäßigkeit der Wicklung der Erregerspule. In dem Leckstromsensor 1, der mit der zu messenden Stromleitung 30, die den Magnetkern 11 durchdringt, ausgebildet ist, ist die Erregerspule 12 eine Spule, die als Ringspule bezeichnet wird und die durch Wickeln zur Innenseite oder zur Außenseite eines ringförmigen Kerns erhalten wird. Wenn die Wicklung gleichmäßig gewickelt ist, wird ein durch den Erregerstrom erzeugter magnetischer Fluss in der Spule gehalten. Somit ist das Erregermagnetfeld proportional zu dem durch die Erregerspule 12 fließenden Erregerstrom, und das Erregermagnetfeld wird gleichmäßig an den Magnetkern 11 angelegt. Ist die Wicklung jedoch ungleichmäßig und sind die Wicklungsabstände lokal groß und lokal klein, entweicht ein magnetischer Fluss an einer Stelle, an der die Wicklung spärlich ist, zur Außenseite der Spule. Folglich sind der Erregerstrom und das Erregermagnetfeld nicht proportional zueinander, oder das Erregermagnetfeld wird lokal stark und lokal schwach. Im Allgemeinen ist es bei einer Ringspule schwierig, eine gleichmäßige Wicklung zu gewährleisten, und eine ungleichmäßige Wicklung ist unvermeidlich. Daher wird in dem Leckstromsensor 1 ein Erregermagnetfeld nicht aus dem Erregerstrom vorhergesagt, und der Magnetsensor 14 detektiert ein Erregermagnetfeld.The magnetic sensor 14 detects the excitation magnetic field generated by the excitation coil 12. The magnetic sensor may be manufactured by a semiconductor process such as a Hall element, a magnetoresistance element, or a magnetic impedance element, or it may be a coil that can detect an AC magnetic field, for example. Examples of a factor that affects the excitation magnetic field include a uniformity of winding of the excitation coil. In the leakage current sensor 1 formed with the current line 30 to be measured penetrating the magnetic core 11, the excitation coil 12 is a coil called a toroidal coil and is formed by Winding to the inside or outside of a ring-shaped core. When the winding is evenly wound, a magnetic flux generated by the exciting current is held in the coil. Thus, the exciting magnetic field is proportional to the exciting current flowing through the exciting coil 12, and the exciting magnetic field is evenly applied to the magnetic core 11. However, when the winding is uneven and the winding pitches are locally large and locally small, a magnetic flux leaks to the outside of the coil at a location where the winding is sparse. Consequently, the exciting current and the exciting magnetic field are not proportional to each other, or the exciting magnetic field becomes locally strong and locally weak. In general, in a ring coil, it is difficult to ensure uniform winding, and uneven winding is inevitable. Therefore, in the leakage current sensor 1, an exciting magnetic field is not predicted from the exciting current, and the magnetic sensor 14 detects an exciting magnetic field.

Die Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15 führt basierend auf dem Erregersignal von der Oszillatorschaltung 17 und dem von dem Magnetsensor 14 erfassten Erregermagnetfeld in dem Zustand, in dem Gleichgewichtsstrom durch die zu messende Stromleitung 30 fließt, eine Bestimmung bezüglich einer Asymmetrie zwischen der positiven und negativen Seite des Erregermagnetfeldes durch, erzeugt ein Steuersignal und gibt das erzeugte Steuersignal an die Erregerschaltung 16 aus. Basierend auf dem Ausgang der Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15 bewirkt die Erregerschaltung 16, dass die Amplitude eines positiven oder negativen Signals des Erregerstroms kleiner als ein ursprünglicher Betrag ist oder verschiebt den Erregerstrom zu der positiven oder negativen Seite. Infolgedessen wird das Erregermagnetfeld symmetrisch zwischen seiner positiven und negativen Seite.The imbalance determination circuit 15 makes a determination regarding an asymmetry between the positive and negative sides of the excitation magnetic field based on the excitation signal from the oscillation circuit 17 and the excitation magnetic field detected by the magnetic sensor 14 in the state where equilibrium current flows through the power line 30 to be measured, generates a control signal, and outputs the generated control signal to the excitation circuit 16. Based on the output of the imbalance determination circuit 15, the excitation circuit 16 causes the amplitude of a positive or negative signal of the excitation current to be smaller than an original amount or shifts the excitation current to the positive or negative side. As a result, the excitation magnetic field becomes symmetrical between its positive and negative sides.

Als Nächstes wird der Betrieb der Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15 beschrieben. In dem Zustand, in dem Gleichgewichtsstrom durch die zu messende Stromleitung 30 fließt, d.h. in einem Zustand, in dem kein Leckstrom in der zu messenden Stromleitung 30 aufgetreten ist und der Nennstrom fließt, erhält die Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15 eine Information über das in der Erregerspule 12 erzeugte Erregermagnetfeld von dem Magnetsensor 14 und erhält das Erregersignal von der Oszillatorschaltung 17. Das in der Erregerspule 12 erzeugte Erregermagnetfeld weist einen Differenzwert des aus dem Erregersignal erzeugten Erregerstroms auf, so dass zwischen dem Erregersignal und dem Erregermagnetfeld eine Phasendifferenz von etwa 90 Grad besteht. Daher führt die Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15 eine synchrone Demodulation des Signals des Erregermagnetfeldes mit einem durch Verschieben der Phase des Erregersignals um 90 Grad erhaltenen Signal durch und führt eine Bestimmung bezüglich einer Asymmetrie zwischen der positiven und negativen Seite der Wellenform des Erregermagnetfeldes durch. Die Frequenz des Erregermagnetfeldes ist eindeutig durch die Erregerschaltung 16 bestimmt, und daher kann die Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15, um eine Bestimmung bezüglich einer Asymmetrie zwischen der positiven und der negativen Seite der Wellenform des Erregermagnetfeldes durchzuführen, eine Wellenformverzerrung bei der Intensität einer anderen Harmonischen als der Grundwelle bestimmen, indem sie zum Beispiel eine Fourier-Transformation an dem Ausgang des Magnetsensors 14 durchführt. Unterdessen führt die Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15 keine Bestimmung bezüglich einer Asymmetrie zwischen der positiven und der negativen Seite der Wellenform des Erregermagnetfeldes durch, wenn ein Leckstrom im Leckstromsensor 1 detektiert worden ist.Next, the operation of the imbalance determination circuit 15 will be described. In the state where equilibrium current flows through the power line 30 to be measured, that is, in a state where no leakage current has occurred in the power line 30 to be measured and the rated current flows, the imbalance determination circuit 15 obtains information about the exciting magnetic field generated in the exciting coil 12 from the magnetic sensor 14 and obtains the exciting signal from the oscillation circuit 17. The exciting magnetic field generated in the exciting coil 12 has a difference value of the exciting current generated from the exciting signal, so that there is a phase difference of about 90 degrees between the exciting signal and the exciting magnetic field. Therefore, the imbalance determination circuit 15 synchronously demodulates the exciting magnetic field signal with a signal obtained by shifting the phase of the exciting signal by 90 degrees, and makes a determination as to an asymmetry between the positive and negative sides of the exciting magnetic field waveform. The frequency of the exciting magnetic field is uniquely determined by the exciting circuit 16, and therefore, in order to make a determination as to an asymmetry between the positive and negative sides of the exciting magnetic field waveform, the imbalance determination circuit 15 can determine a waveform distortion in the intensity of a harmonic other than the fundamental wave by, for example, performing Fourier transformation on the output of the magnetic sensor 14. Meanwhile, the imbalance determination circuit 15 does not make a determination as to an asymmetry between the positive and negative sides of the exciting magnetic field waveform when a leakage current has been detected in the leakage current sensor 1.

Wenn die Wellenform des von der Erregerschaltung 16 ausgegebenen Erregerstroms symmetrisch zwischen dessen positiver und negativer Seite ist, ist die Wellenform des Erregermagnetfelds symmetrisch zwischen dessen positiver Seite und negativer Seite, wie z. B. auf der unteren linken Seite von 2 gezeigt. Folglich kann ein Leckstrom genau detektiert werden. Es kann jedoch eine Verzerrung des Wertes auf der positiven oder negativen Seite des Erregerstroms aufgrund des Einflusses eines Energieversorgungsrauschens der Erregerschaltung 16 oder dergleichen entstehen, was zu einer Asymmetrie zwischen der positiven und negativen Seite der Wellenform des Erregermagnetfeldes führt. Wenn eine Asymmetrie des Erregermagnetfeldes detektiert wird, gibt die Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15 basierend auf der Asymmetrie zwischen der positiven und der negativen Seite des Erregermagnetfeldes ein Steuersignal an die Erregerschaltung 16 aus. Die Erregerschaltung 16 bewirkt, nachdem sie das Steuersignal empfangen hat, dass die Amplitude des positiven oder negativen Signals des Erregerstroms kleiner ist als der ursprüngliche Betrag oder dass der Erregerstrom auf die positive oder negative Seite verschoben wird. In der Zwischenzeit, wenn ein Leckstrom im Leckstromsensor 1 detektiert wurde, ändert die Erregerschaltung 16 weder den Betrag, um den die Amplitude des Erregerstroms zu verringern ist, noch den Betrag des dem Erregerstrom zu überlagernden Offsets.When the waveform of the exciting current output from the exciting circuit 16 is symmetrical between its positive and negative sides, the waveform of the exciting magnetic field is symmetrical between its positive and negative sides, such as on the lower left side of 2 . Consequently, a leakage current can be accurately detected. However, a distortion of the value on the positive or negative side of the exciting current may occur due to the influence of a power supply noise of the exciting circuit 16 or the like, resulting in an asymmetry between the positive and negative sides of the waveform of the exciting magnetic field. When an asymmetry of the exciting magnetic field is detected, the imbalance determination circuit 15 outputs a control signal to the exciting circuit 16 based on the asymmetry between the positive and negative sides of the exciting magnetic field. The exciting circuit 16, after receiving the control signal, causes the amplitude of the positive or negative signal of the exciting current to be smaller than the original amount or causes the exciting current to be shifted to the positive or negative side. In the meantime, when a leakage current has been detected in the leakage current sensor 1, the excitation circuit 16 changes neither the amount by which the amplitude of the excitation current is to be reduced nor the amount of the offset to be superimposed on the excitation current.

Ein Beispiel für den Fall, in dem die Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15 als Asymmetrie des Erregermagnetfeldes die Tatsache detektiert, dass es einen Unterschied zwischen dem Betrag auf der negativen Seite des Erregermagnetfeldes und dem Betrag auf dessen positiver Seite gibt, wird unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. Zum Beispiel, wenn die Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15 detektiert, dass das Erregermagnetfeld auf seiner negativen Seite einen kleineren Wert hat als auf seiner positiven Seite, wie durch die durchgezogene Linie auf der unteren linken Seite von 4 angegeben, gibt die Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15 an die Erregerschaltung 16 ein Steuersignal zum Bewirken, dass die positive Amplitude des Erregerstroms kleiner ist als der ursprüngliche Betrag, aus. Die Erregerschaltung 16, die das Steuersignal zum Bewirken, dass die positive Amplitude des Erregerstroms kleiner als der ursprüngliche Betrag ist, empfangen hat, bewirkt, dass die positive Amplitude des Erregerstroms kleiner als der ursprüngliche Betrag ist. Wenn die Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15 bestätigt, dass das Erregermagnetfeld symmetrisch geworden ist, wird der Steuerbetrag in der Erregerschaltung 16 festgelegt, wodurch die Symmetrie zwischen der positiven und der negativen Seite des Erregermagnetfeldes beibehalten wird.An example of the case where the imbalance determination circuit 15 detects as the asymmetry of the excitation magnetic field the fact that there is a difference between the amount on the negative side of the excitation magnetic field and the amount on its positive side, is determined with reference to 4 For example, when the imbalance determination circuit 15 detects that the excitation magnetic field has a smaller value on its negative side than on its positive side, as shown by the solid line on the lower left side of 4 As stated above, the imbalance determination circuit 15 outputs to the excitation circuit 16 a control signal for causing the positive amplitude of the excitation current to be smaller than the original amount. The excitation circuit 16, having received the control signal for causing the positive amplitude of the excitation current to be smaller than the original amount, causes the positive amplitude of the excitation current to be smaller than the original amount. When the imbalance determination circuit 15 confirms that the excitation magnetic field has become symmetrical, the control amount is fixed in the excitation circuit 16, thereby maintaining the symmetry between the positive and negative sides of the excitation magnetic field.

Ein Beispiel für den Fall, in dem die Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15 als Asymmetrie des Erregermagnetfeldes die Tatsache detektiert, dass dem Erregermagnetfeld ein Offset in positiver Richtung überlagert ist, wird unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. Zum Beispiel, wenn die Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15 detektiert, dass ein Offset in der positiven Richtung dem Erregermagnetfeld überlagert ist und die positive Seite des Erregermagnetfeldes gesättigt ist, wie durch die durchgezogene Linie auf der unteren linken Seite von 5 angegeben, gibt die Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15 an die Erregerschaltung 16 ein Steuersignal zum Überlagern eines negativen Offsetstroms auf den Erregerstrom aus. Die Erregerschaltung 16, die das Steuersignal zum Überlagern des negativen Offsetstroms auf den Erregerstrom empfangen hat, überlagert den negativen Offsetstrom auf den Erregerstrom, wodurch das Erregermagnetfeld symmetrisch zwischen seiner positiven und negativen Seite wird. Wenn die Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15 bestätigt, dass das Erregermagnetfeld symmetrisch geworden ist, wird der Steuerbetrag in der Erregerschaltung 16 festgelegt, wodurch die Symmetrie zwischen der positiven und der negativen Seite des Erregermagnetfeldes beibehalten wird.An example of the case where the imbalance determination circuit 15 detects, as an asymmetry of the excitation magnetic field, the fact that an offset in the positive direction is superimposed on the excitation magnetic field will be explained with reference to 5 For example, when the imbalance determination circuit 15 detects that an offset in the positive direction is superimposed on the excitation magnetic field and the positive side of the excitation magnetic field is saturated as shown by the solid line on the lower left side of 5 As stated above, the imbalance determination circuit 15 outputs to the excitation circuit 16 a control signal for superimposing a negative offset current on the excitation current. The excitation circuit 16, having received the control signal for superimposing the negative offset current on the excitation current, superimposes the negative offset current on the excitation current, thereby making the excitation magnetic field symmetrical between its positive and negative sides. When the imbalance determination circuit 15 confirms that the excitation magnetic field has become symmetrical, the control amount is fixed in the excitation circuit 16, thereby maintaining the symmetry between the positive and negative sides of the excitation magnetic field.

7 ist ein Flussdiagramm zur Erläuterung des Betriebs der Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15 in Ausführungsform 1. Hier wird ein Beispiel beschrieben, in dem der Ausgang der Oszillatorschaltung 17 eine Sinuswelle ist. In Schritt S01 erfasst die Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15 einen Ausgang des Magnetsensors 14 und einen Ausgang der Oszillatorschaltung 17, und der Prozess geht zu Schritt S02 über. In Schritt S02 erfasst die Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15 eine positive Amplitude und eine negative Amplitude des Ausgangs des Magnetsensors 14, und der Prozess geht zu Schritt S03 über. In Schritt S02 werden die positive Amplitude und die negative Amplitude des Ausgangs des Magnetsensors 14 erfasst, indem beispielsweise eine Erregerfrequenz als die Frequenz des Erregersignals von dem in Schritt S01 erfassten Ausgang der Oszillatorschaltung 17 erhalten wird und ein positiver Höchstwert und ein negativer Höchstwert des Ausgangs des Magnetsensors 14 innerhalb einer Zeit erhalten wird, die einem Zyklus des Erregersignals entspricht. 7 is a flowchart for explaining the operation of the imbalance determination circuit 15 in Embodiment 1. Here, an example in which the output of the oscillator circuit 17 is a sine wave will be described. In step S01, the imbalance determination circuit 15 detects an output of the magnetic sensor 14 and an output of the oscillator circuit 17, and the process proceeds to step S02. In step S02, the imbalance determination circuit 15 detects a positive amplitude and a negative amplitude of the output of the magnetic sensor 14, and the process proceeds to step S03. In step S02, the positive amplitude and the negative amplitude of the output of the magnetic sensor 14 are detected by, for example, obtaining an excitation frequency as the frequency of the excitation signal from the output of the oscillation circuit 17 detected in step S01 and obtaining a positive peak value and a negative peak value of the output of the magnetic sensor 14 within a time corresponding to one cycle of the excitation signal.

In Schritt S03 bestimmt die Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15, ob die Differenz zwischen der positiven Amplitude und der negativen Amplitude des Ausgangs des Magnetsensors 14 gleich oder kleiner als ein Schwellenwert ist oder nicht. Wenn die Differenz zwischen der positiven Amplitude und der negativen Amplitude gleich oder kleiner als der Schwellenwert ist, geht der Prozess zu Schritt S07 über. Wenn hingegen die Differenz zwischen der positiven Amplitude und der negativen Amplitude größer als der Schwellenwert ist, geht der Prozess zu Schritt S04 über.In step S03, the imbalance determination circuit 15 determines whether or not the difference between the positive amplitude and the negative amplitude of the output of the magnetic sensor 14 is equal to or smaller than a threshold value. If the difference between the positive amplitude and the negative amplitude is equal to or smaller than the threshold value, the process proceeds to step S07. On the other hand, if the difference between the positive amplitude and the negative amplitude is larger than the threshold value, the process proceeds to step S04.

In Schritt S04 bestimmt die Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15, ob die positive Amplitude des Ausgangs des Magnetsensors 14 größer als dessen negative Amplitude ist oder nicht. Wenn die positive Amplitude größer als die negative Amplitude ist, geht der Prozess zu Schritt S05 über. Wenn hingegen die positive Amplitude kleiner als die negative Amplitude ist, geht der Prozess zu Schritt S06 über. In Schritt S05 gibt die Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15 an die Erregerschaltung 16 ein Steuersignal zum Bewirken, dass die positive Amplitude des Erregerstroms kleiner als der ursprüngliche Betrag ist, aus, und der Prozess kehrt zu Schritt S01 zurück. Die Erregerschaltung 16 bewirkt, nachdem sie das Steuersignal zum Bewirken, dass die positive Amplitude des Erregerstroms kleiner als der ursprüngliche Betrag ist, dass die positive Amplitude des Erregerstroms um einen vorbestimmten Betrag kleiner ist. In Schritt S06 gibt die Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15 an die Erregerschaltung 16 ein Steuersignal zum Bewirken, dass die negative Amplitude des Erregerstroms kleiner als der ursprüngliche Betrag ist, und das Verfahren kehrt zu Schritt S01 zurück. Die Erregerschaltung 16 bewirkt, nachdem sie das Steuersignal zum Bewirken, dass die negative Amplitude des Erregerstroms kleiner als der ursprüngliche Betrag ist, dass die negative Amplitude des Erregerstroms um den vorbestimmten Betrag kleiner ist.In step S04, the imbalance determination circuit 15 determines whether or not the positive amplitude of the output of the magnetic sensor 14 is larger than the negative amplitude thereof. If the positive amplitude is larger than the negative amplitude, the process proceeds to step S05. Conversely, if the positive amplitude is smaller than the negative amplitude, the process proceeds to step S06. In step S05, the imbalance determination circuit 15 outputs to the excitation circuit 16 a control signal for causing the positive amplitude of the excitation current to be smaller than the original amount, and the process returns to step S01. The excitation circuit 16, after outputting the control signal for causing the positive amplitude of the excitation current to be smaller than the original amount, causes the positive amplitude of the excitation current to be smaller by a predetermined amount. In step S06, the imbalance determination circuit 15 outputs to the excitation circuit 16 a control signal for causing the negative amplitude of the excitation current to be smaller than the original amount, and the process returns to step S01. The excitation circuit 16, after outputting the control signal for causing the negative amplitude of the excitation current to be smaller than the original amount, causes the negative amplitude of the excitation current to be smaller by the predetermined amount.

In Schritt S07 führt die Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15 eine schnelle Fourier-Transformation, d.h. FFT, an einem Ausgangssignal des Magnetsensors 14 durch, das einem Zyklus des Erregersignals entspricht, um eine Harmonische ganzzahliger Ordnung basierend auf der Erregerfrequenz zu erhalten, und der Prozess geht zu Schritt S08 über. In Schritt S08 bestimmt die Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15, ob der Betrag einer harmonischen Komponente einer spezifischen Ordnung in der in Schritt S07 erhaltenen Harmonischen ganzzahliger Ordnung gleich oder kleiner als ein Schwellenwert ist oder nicht. Wenn der Betrag der harmonischen Komponente der spezifischen Ordnung gleich oder kleiner als der Schwellenwert ist, wird der Betrieb der Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15 beendet. Wenn der Betrag der harmonischen Komponente der spezifischen Ordnung größer ist als der Schwellenwert, geht das Verfahren zu Schritt S09 über.In step S07, the imbalance determination circuit 15 performs a fast Fourier transform formation, ie, FFT, on an output signal of the magnetic sensor 14 corresponding to one cycle of the excitation signal to obtain an integer-order harmonic based on the excitation frequency, and the process proceeds to step S08. In step S08, the imbalance determination circuit 15 determines whether or not the magnitude of a harmonic component of a specific order in the integer-order harmonic obtained in step S07 is equal to or smaller than a threshold value. If the magnitude of the harmonic component of the specific order is equal to or smaller than the threshold value, the operation of the imbalance determination circuit 15 is terminated. If the magnitude of the harmonic component of the specific order is greater than the threshold value, the process proceeds to step S09.

8 zeigt ein Ergebnis eines Durchführens einer schnellen Fourier-Transformation an dem Ausgangssignal des Magnetsensors 14. Konkret zeigt 8 ein Ergebnis des Durchführens einer schnellen Fourier-Transformation an dem Erregermagnetfeld, das durch die durchgezogene Linie auf der unteren linken Seite von 5 in dem zweiten Fall (gezeigt in 5) angegeben ist, in dem das Erregermagnetfeld asymmetrisch zwischen seiner positiven und negativen Seite geworden ist. 8 zeigt Harmonische ganzzahliger Ordnung, von denen jede in Schritt S07 in 7 erhalten wird und die auf der Erregerfrequenz des Ausgangssignals des Magnetsensors 14 basieren, die einem Zyklus des Erregersignals entspricht. In 8 bildet die horizontale Achse die Ordnungen der Harmonischen ab, und die vertikale Achse bildet in Form einer logarithmischen Achse die Intensitäten der Harmonischen zu den jeweiligen Ordnungen der Harmonischen ab. In 8 bezeichnen schwarze Dreiecke Intensitäten, die erhalten werden, wenn ein dem Erregermagnetfeld überlagerter Offset in der positiven Richtung groß ist, weiße Kreise bezeichnen Intensitäten, die erhalten werden, wenn der dem Erregermagnetfeld überlagerte Offset in der positiven Richtung auf einem mittleren Niveau ist, und schwarze Vierecke bezeichnen Intensitäten, die erhalten werden, wenn der dem Erregermagnetfeld überlagerte Offset in der positiven Richtung klein ist. Die Intensitäten der Harmonischen zu den jeweiligen Harmonischen Ordnungen ändern sich zyklisch, und der Zyklus der Änderung unterscheidet sich in Abhängigkeit vom Betrag bzw. der Größe des dem Erregermagnetfeld überlagerten Offsets. Harmonische der fünften oder niedrigeren Ordnung hingegen weisen Intensitäten der Harmonischen auf, die bei dem kleinen Offset gleichmäßig niedrig sind. Daher kann, wenn in Schritt S08 bestimmt wird, ob die der Betrag bzw. die Größe einer harmonischen Komponente unter den harmonischen Komponenten fünfter und niedrigerer Ordnung gleich oder kleiner als der Schwellenwert ist, der Betrag bzw. die Größe des dem Erregermagnetfeld überlagerten Offsets geschätzt werden. 8th shows a result of performing a fast Fourier transformation on the output signal of the magnetic sensor 14. Specifically, 8th a result of performing a fast Fourier transform on the excitation magnetic field shown by the solid line on the lower left side of 5 in the second case (shown in 5 ) in which the excitation magnetic field has become asymmetric between its positive and negative sides. 8th shows harmonics of integer order, each of which is converted into 7 and which are based on the excitation frequency of the output signal of the magnetic sensor 14, which corresponds to one cycle of the excitation signal. In 8th The horizontal axis represents the orders of the harmonics, and the vertical axis represents the intensities of the harmonics to the respective orders of the harmonics in the form of a logarithmic axis. In 8th black triangles indicate intensities obtained when an offset in the positive direction superimposed on the excitation magnetic field is large, white circles indicate intensities obtained when the offset in the positive direction superimposed on the excitation magnetic field is at a medium level, and black squares indicate intensities obtained when the offset in the positive direction superimposed on the excitation magnetic field is small. The intensities of the harmonics to the respective harmonic orders change cyclically, and the cycle of the change differs depending on the amount of the offset superimposed on the excitation magnetic field. On the other hand, harmonics of the fifth order or lower have harmonic intensities that are uniformly low at the small offset. Therefore, when it is determined in step S08 whether the amount of a harmonic component among the fifth order and lower order harmonic components is equal to or smaller than the threshold value, the amount of the offset superimposed on the excitation magnetic field can be estimated.

9 zeigt ein Ergebnis eines Durchführens einer schnellen Fourier-Transformation an dem Ausgangssignal des Magnetsensors 14. Konkret zeigt 9 ein Ergebnis des Durchführens einer schnellen Fourier-Transformation an dem Erregermagnetfeld, das durch die durchgezogene Linie auf der unteren linken Seite von 4 im ersten Fall (gezeigt in 4) angegeben ist, in dem das Erregermagnetfeld asymmetrisch zwischen seiner positiven und negativen Seite geworden ist. In 9 bildet die horizontale Achse die harmonischen Ordnungen ab, und die vertikale Achse bildet in Form einer logarithmischen Achse die Intensitäten der Harmonischen zu den jeweiligen Ordnungen der Harmonischen ab. In 9 bezeichnen schwarze Dreiecke Intensitäten, die erhalten werden, wenn die Differenz zwischen der positiven Amplitude und der negativen Amplitude des Erregermagnetfeldes groß ist, weiße Kreise bezeichnen Intensitäten, die erhalten werden, wenn die Differenz zwischen der positiven Amplitude und der negativen Amplitude des Erregermagnetfeldes auf einem mittleren Niveau ist, und schwarze Vierecke bezeichnen Intensitäten, die erhalten werden, wenn die Differenz zwischen der positiven Amplitude und der negativen Amplitude des Erregermagnetfeldes klein ist. Wenn die positive Amplitude und die negative Amplitude voneinander abweichen, ohne dass eine Sättigung des Erregermagnetfeldes vorliegt, wie in dem ersten Fall (gezeigt in 4), in dem das Erregermagnetfeld asymmetrisch zwischen seiner positiven und negativen Seite geworden ist, wird die Tendenz verzeichnet, dass die Intensität der Harmonischen entsprechend dem Betrag der Differenz zwischen der positiven Amplitude und der negativen Amplitude monoton abnimmt. Daher kann beispielsweise in dem in 7 gezeigten Schritt S02 eine Fourier-Transformation auf die gleiche Weise wie in Schritt S07 durchgeführt werden, und in Schritt S03 kann bestimmt werden, ob die Intensität der Harmonischen der spezifischen Ordnung infolge der monotonen Abnahme der Intensität der Harmonischen gleich oder kleiner als ein Schwellenwert ist oder nicht. 9 shows a result of performing a fast Fourier transformation on the output signal of the magnetic sensor 14. Specifically, 9 a result of performing a fast Fourier transform on the excitation magnetic field shown by the solid line on the lower left side of 4 in the first case (shown in 4 ) in which the excitation magnetic field has become asymmetric between its positive and negative side. In 9 The horizontal axis represents the harmonic orders, and the vertical axis represents the intensities of the harmonics to the respective orders of the harmonics in the form of a logarithmic axis. In 9 Black triangles indicate intensities obtained when the difference between the positive amplitude and the negative amplitude of the excitation magnetic field is large, white circles indicate intensities obtained when the difference between the positive amplitude and the negative amplitude of the excitation magnetic field is at a medium level, and black squares indicate intensities obtained when the difference between the positive amplitude and the negative amplitude of the excitation magnetic field is small. When the positive amplitude and the negative amplitude differ from each other without saturation of the excitation magnetic field, as in the first case (shown in 4 ), in which the excitation magnetic field has become asymmetric between its positive and negative sides, the tendency is observed that the intensity of the harmonics decreases monotonically according to the amount of the difference between the positive amplitude and the negative amplitude. Therefore, for example, in the case shown in 7 In step S02 shown, a Fourier transform may be performed in the same manner as in step S07, and in step S03, it may be determined whether or not the intensity of the harmonic of the specific order is equal to or smaller than a threshold value due to the monotonous decrease in the intensity of the harmonic.

In Schritt S09 in 7 bestimmt die Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15, ob die positive Amplitude des Ausgangs des Magnetsensors 14 größer als dessen negative Amplitude ist oder nicht. Wenn die positive Amplitude größer als die negative Amplitude ist, geht der Prozess zu Schritt S10 über. Wenn die positive Amplitude hingegen kleiner als die negative Amplitude ist, geht der Prozess zu Schritt S11 über. In Schritt S10 gibt die Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15 an die Erregerschaltung 16 ein Steuersignal zum Überlagern eines negativen Offsetstroms auf den Erregerstrom aus, und der Prozess kehrt zu Schritt S01 zurück. Die Erregerschaltung 16 überlagert, nachdem sie das Steuersignal zum Überlagern des negativen Offsetstroms auf den Erregerstrom empfangen hat, den negativen Offsetstrom mit einem vorbestimmten Betrag auf den Erregerstrom. In Schritt S11 gibt die Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15 an die Erregerschaltung 16 ein Steuersignal zum Überlagern eines positiven Offsetstroms auf den Erregerstrom aus, und der Prozess kehrt zu Schritt S01 zurück. Die Erregerschaltung 16 überlagert, nachdem sie das Steuersignal zum Überlagern des positiven Offsetstroms auf den Erregerstrom empfangen hat, den positiven Offsetstrom mit dem vorbestimmten Betrag auf den Erregerstrom. Durch den obigen Betrieb wird der von der Erregerschaltung 16 ausgegebene Erregerstrom korrigiert, und das an den Magnetkern 11 angelegte Erregermagnetfeld wird symmetrisch zwischen dessen positiver und negativer Seite.In step S09 in 7 the imbalance determination circuit 15 determines whether or not the positive amplitude of the output of the magnetic sensor 14 is larger than the negative amplitude thereof. If the positive amplitude is larger than the negative amplitude, the process proceeds to step S10. On the other hand, if the positive amplitude is smaller than the negative amplitude, the process proceeds to step S11. In step S10, the imbalance determination circuit 15 outputs to the excitation circuit 16 a control signal for superimposing a negative offset current on the excitation current, and the process returns to step S01. The excitation circuit 16, after receiving the control signal for superimposing the negative offset current on the excitation current, superimposes the negative offset current by a predetermined amount on the excitation current. In step S11, the imbalance determination circuit 15 outputs to the excitation circuit 16 a control signal for superimposing a positive offset current on the excitation current, and the process returns to step S01. The excitation circuit 16, after receiving the control signal for superimposing the positive offset current on the excitation current, superimposes the positive offset current by the predetermined amount on the excitation current. By the above operation, the excitation current output from the excitation circuit 16 is corrected, and the excitation magnetic field applied to the magnetic core 11 becomes symmetrical between the positive and negative sides thereof.

Es wurde beschrieben, dass in jedem der Schritte S02 und S07 das Ausgangssignal des Magnetsensors 14 verarbeitet wird, das einem Zyklus des Erregersignals entspricht. Um jedoch Einflüsse elektromagnetischen Rauschens zu eliminieren, die beispielsweise durch eine Messumgebung verursacht werden, kann eine Hochgeschwindigkeitsspeichervorrichtung, wie z. B. ein Halbleiterspeicher, bereitgestellt werden, und eine Verarbeitung kann an einem Signal durchgeführt werden, das durch Erfassen von mehreren Zyklen entsprechenden Ausgangssignalen des Magnetsensors 14 und Mittelwertbildung der Ausgangssignale erhalten wird.It has been described that in each of steps S02 and S07, the output signal of the magnetic sensor 14 corresponding to one cycle of the excitation signal is processed. However, in order to eliminate influences of electromagnetic noise caused by, for example, a measurement environment, a high-speed memory device such as a semiconductor memory may be provided, and processing may be performed on a signal obtained by detecting output signals of the magnetic sensor 14 corresponding to several cycles and averaging the output signals.

Die 10, 11 und 12 zeigen jeweils eine Anordnung des Magnetsensors 14 des Leckstromsensors 1 gemäß der Ausführungsform 1. In jeder von 10, 11 und 12 ist die Detektionsspule 13 nicht gezeigt, und der Magnetkern 11, die Erregerspule 12 und der Magnetsensor 14 sind gezeigt. Die Erregerspule 12 ist eine Ringspule, die so gewickelt ist, dass sie den Magnetkern 11 umgibt. Im Falle der Ringspule entweicht kein Magnetfeld an die Außenseite der Spule. In dem in 10 gezeigten Beispiel ist der Magnetsensor 14 zwischen dem Magnetkern 11 und der Erregerspule 12 angeordnet, wobei der Magnetsensor 14 ein Erregermagnetfeld detektieren kann.The 10 , 11 and 12 each show an arrangement of the magnetic sensor 14 of the leakage current sensor 1 according to the embodiment 1. In each of 10 , 11 and 12 the detection coil 13 is not shown, and the magnetic core 11, the excitation coil 12 and the magnetic sensor 14 are shown. The excitation coil 12 is a toroidal coil wound to surround the magnetic core 11. In the case of the toroidal coil, no magnetic field escapes to the outside of the coil. In the 10 In the example shown, the magnetic sensor 14 is arranged between the magnetic core 11 and the excitation coil 12, wherein the magnetic sensor 14 can detect an excitation magnetic field.

In dem in 11 gezeigten Beispiel weist ein Teil des Magnetkerns 11 eine Öffnung auf, an der die Erregerspule 12 nicht gewickelt ist und von der aus der Magnetkern 11 freiliegt, und der Magnetsensor 14 ist in der Öffnung angeordnet. Im Falle der Ringspule entweicht ein Magnetfeld durch die Öffnung. Selbst wenn zwischen dem Magnetkern 11 und der Erregerspule 12 kein Platz für die Anordnung des Magnetsensors 14 zur Verfügung steht, erlaubt das Vorsehen der Öffnung somit das Anordnen des Magnetsensors, wobei ein Erregermagnetfeld detektiert werden kann.In the 11 In the example shown, a part of the magnetic core 11 has an opening where the excitation coil 12 is not wound and from which the magnetic core 11 is exposed, and the magnetic sensor 14 is arranged in the opening. In the case of the toroidal coil, a magnetic field escapes through the opening. Thus, even if there is no space for arranging the magnetic sensor 14 between the magnetic core 11 and the excitation coil 12, the provision of the opening allows the magnetic sensor to be arranged, whereby an excitation magnetic field can be detected.

In dem in 12 gezeigten Beispiel weist ein Teil des Magnetkerns 11 eine Aussparung auf, die als magnetischer Spalt ausgebildet ist. Durch die Aussparung, die der magnetische Spalt ist, konzentrieren sich die durch einen Erregerstrom auf dem Magnetkern 11 induzierten Magnetfelder und entweichen. Die Anordnung des Magnetsensors 14 in der Aussparung des Magnetkerns 11 ermöglicht es daher, das Erregermagnetfeld zu detektieren. Je kürzer die Länge der Aussparung ist, desto größer ist das Leck im Magnetfeld. Daher ermöglicht die Verringerung der Länge der Aussparung eine genaue Messung des Erregermagnetfeldes.In the 12 In the example shown, a part of the magnetic core 11 has a recess which is designed as a magnetic gap. Through the recess which is the magnetic gap, the magnetic fields induced by an excitation current on the magnetic core 11 concentrate and escape. The arrangement of the magnetic sensor 14 in the recess of the magnetic core 11 therefore makes it possible to detect the excitation magnetic field. The shorter the length of the recess, the greater the leakage in the magnetic field. Therefore, reducing the length of the recess enables an accurate measurement of the excitation magnetic field.

Wie vorstehend beschrieben, ist der Leckstromsensor 1 gemäß Ausführungsform 1 ein Leckstromsensor 1, der einen Leckstrom in einer zu messenden Stromleitung 30 detektiert, wobei der Leckstromsensor 1 aufweist: einen Magnetkern 11, der von der zu messenden Stromleitung 30 durchdrungen ist; eine Erregerspule 12, die um den Magnetkern 11 gewickelt ist; eine Detektionsspule 13, die um den Magnetkern 11 gewickelt ist; einen Magnetsensor 14, der ein von der Erregerspule 12 erzeugtes Erregermagnetfeld detektiert; eine Oszillatorschaltung 17, die ein Erregersignal erzeugt, das eine Erregerfrequenz als eine Grundfrequenz aufweist; eine Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15, die ein Steuersignal basierend auf einem Ausgang des Magnetsensors 14 und einem Ausgang der Oszillatorschaltung 17 erzeugt und das Steuersignal ausgibt; eine Erregerschaltung 16, die basierend auf dem Ausgang der Oszillatorschaltung 17 und einem Ausgang der Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15 einen Erregerstrom an die Erregerspule 12 anlegt; eine Filterschaltung 18, die aus einer Ausgangsspannung der Detektionsspule 13 eine Komponente extrahiert, die eine Frequenz aufweist, die doppelt so hoch ist wie die Erregerfrequenz; und eine Ausgangsschaltung 19, die einen Ausgang der Filterschaltung verstärkt, wobei die Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15 basierend auf dem Erregersignal und dem Erregermagnetfeld, das von dem Magnetsensor 14 in einem Zustand, in dem Gleichgewichtsstrom durch die zu messende Stromleitung 30 fließt, erfasst wurde, eine Bestimmung bezüglich einer Asymmetrie zwischen einer positiven und einer negativen Seite des Erregermagnetfeldes in dem Zustand, in dem Gleichgewichtsstrom durch die zu messende Stromleitung 30 fließt, durchführt und das Steuersignal erzeugt, und die Erregerschaltung 16 basierend auf dem Steuersignal bewirkt, dass eine positive oder negative Amplitude des Erregerstroms kleiner als ein ursprünglicher Betrag ist oder dem Erregerstrom einen positiven oder negativen Offsetstrom überlagert. Folglich ist es möglich, ein fehlerhaftes Detektieren von Leckstrom zu verhindern, wenn ein großer Strom und eine hohe Frequenz für einen Erregerstrom erforderlich sind und ein Erregermagnetfeld asymmetrisch zwischen seiner positiven und negativen Seite geworden ist.As described above, the leakage current sensor 1 according to Embodiment 1 is a leakage current sensor 1 that detects a leakage current in a power line 30 to be measured, the leakage current sensor 1 comprising: a magnetic core 11 penetrated by the power line 30 to be measured; an excitation coil 12 wound around the magnetic core 11; a detection coil 13 wound around the magnetic core 11; a magnetic sensor 14 that detects an excitation magnetic field generated by the excitation coil 12; an oscillation circuit 17 that generates an excitation signal having an excitation frequency as a fundamental frequency; an imbalance determination circuit 15 that generates a control signal based on an output of the magnetic sensor 14 and an output of the oscillation circuit 17 and outputs the control signal; an excitation circuit 16 that applies an excitation current to the excitation coil 12 based on the output of the oscillation circuit 17 and an output of the imbalance determination circuit 15; a filter circuit 18 that extracts a component having a frequency twice as high as the excitation frequency from an output voltage of the detection coil 13; and an output circuit 19 that amplifies an output of the filter circuit, wherein the imbalance determination circuit 15 makes a determination regarding an asymmetry between a positive and a negative side of the excitation magnetic field in the state where equilibrium current flows through the power line 30 to be measured based on the excitation signal and the excitation magnetic field detected by the magnetic sensor 14 in a state where equilibrium current flows through the power line 30 to be measured and generates the control signal, and the excitation circuit 16 causes a positive or negative amplitude of the excitation current to be smaller than an original amount or superimposes a positive or negative offset current on the excitation current based on the control signal. Consequently, it is possible to prevent erroneous detection of leakage current. when a large current and a high frequency are required for an excitation current and an excitation magnetic field has become asymmetric between its positive and negative sides.

Ausführungsform 2Embodiment 2

13 zeigt eine Konfiguration eines Leckstromsensors 1a und eines Schutzsystems für einen elektrischen Pfad gemäß Ausführungsform 2. Im Vergleich zwischen dem in 13 gezeigten Leckstromsensor 1a gemäß Ausführungsform 2 und dem in 6 gezeigten Leckstromsensor 1 gemäß Ausführungsform 1 ist die Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15 durch eine Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15a, die Erregerschaltung 16 durch eine Erregerschaltung 16a und die Ausgangsschaltung 19 durch eine Ausgangsschaltung 19a ersetzt. Die übrigen Bestandteile des Leckstromsensors 1a gemäß Ausführungsform 2 sind die gleichen wie die des Leckstromsensors 1 gemäß Ausführungsform 1. Auch die Relais-Einheit 20 und die Schutzschaltung 21 sind die gleichen wie in Ausführungsform 1. 13 shows a configuration of a leakage current sensor 1a and an electrical path protection system according to Embodiment 2. In comparison between the 13 shown leakage current sensor 1a according to embodiment 2 and the one in 6 In the leakage current sensor 1 according to Embodiment 1 shown in Fig. 1, the imbalance determination circuit 15 is replaced by an imbalance determination circuit 15a, the excitation circuit 16 is replaced by an excitation circuit 16a, and the output circuit 19 is replaced by an output circuit 19a. The remaining components of the leakage current sensor 1a according to Embodiment 2 are the same as those of the leakage current sensor 1 according to Embodiment 1. The relay unit 20 and the protection circuit 21 are also the same as in Embodiment 1.

Die Erregerschaltung 16a legt basierend auf einem Erregersignal der Oszillatorschaltung 17 einen Erregerstrom an die Erregerspule 12 an. In einem Zustand, in dem Gleichgewichtsstrom durch die zu messende Stromleitung 30 fließt, d.h. in einem Zustand, in dem kein Leckstrom in der zu messenden Stromleitung 30 aufgetreten ist, führt die Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15a eine Bestimmung bezüglich einer Asymmetrie zwischen der positiven und der negativen Seite eines von dem Magnetsensor 14 erfassten Erregermagnetfeldes durch und gibt basierend auf der Asymmetrie, für die eine Bestimmung durchgeführt wurde, ein Steuersignal an die Ausgangsschaltung 19a aus. Unterdessen führt die Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15a keine Bestimmung bezüglich einer Asymmetrie zwischen der positiven und negativen Seite der Wellenform des Erregermagnetfeldes durch, wenn ein Leckstrom im Leckstromsensor 1a detektiert wurde. Die Ausgangsschaltung 19a korrigiert den Ausgang der Filterschaltung 18 auf der Basis des Steuersignals als den Ausgang der Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15a, um einen korrigierten Ausgang zu erhalten, verstärkt den korrigierten Ausgang mit dem entsprechend dem Sensornennwert eingestellten Multiplikationsfaktor und gibt den verstärkten Ausgang aus.The excitation circuit 16a applies an excitation current to the excitation coil 12 based on an excitation signal from the oscillation circuit 17. In a state where balanced current flows through the power line 30 to be measured, that is, in a state where no leakage current has occurred in the power line 30 to be measured, the imbalance determination circuit 15a makes a determination regarding an asymmetry between the positive and negative sides of an excitation magnetic field detected by the magnetic sensor 14 and outputs a control signal to the output circuit 19a based on the asymmetry for which a determination has been made. Meanwhile, the imbalance determination circuit 15a does not make a determination regarding an asymmetry between the positive and negative sides of the waveform of the excitation magnetic field when a leakage current has been detected in the leakage current sensor 1a. The output circuit 19a corrects the output of the filter circuit 18 based on the control signal as the output of the imbalance determination circuit 15a to obtain a corrected output, amplifies the corrected output by the multiplication factor set according to the sensor rating, and outputs the amplified output.

14 ist ein Flussdiagramm zur Erläuterung des Betriebs der Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15a in Ausführungsform 2. In Schritt S21 erfasst die Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15a einen Ausgang des Magnetsensors 14 und einen Ausgang der Oszillatorschaltung 17, und der Prozess geht über zu Schritt S22 und Schritt S25. In Schritt S22 erfasst die Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15a eine positive Amplitude und eine negative Amplitude des Ausgangs des Magnetsensors 14, und das Verfahren geht zu Schritt S23 über. In Schritt S23 bestimmt die Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15a, ob die Differenz zwischen der positiven Amplitude und der negativen Amplitude des Ausgangs des Magnetsensors 14 gleich oder kleiner als ein Schwellenwert ist oder nicht. Wenn die Differenz zwischen der positiven Amplitude und der negativen Amplitude gleich oder kleiner als der Schwellenwert ist, geht der Prozess zu Schritt S28 über. Wenn die Differenz zwischen der positiven Amplitude und der negativen Amplitude hingegen größer als der Schwellenwert ist, geht der Prozess zu Schritt S24 über. In Schritt S24 erzeugt die Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15a einen Korrekturwert, gemäß dem der Ausgang der Ausgangsschaltung 18 von der Ausgangsschaltung 19a korrigiert wird, und der Prozess geht zu Schritt S28 über. Für Schritt S24 kann im Voraus gemessen werden, auf welche Weise sich der Ausgang der Ausgangsschaltung 19a entsprechend dem Wert der Differenz zwischen der positiven Amplitude und der negativen Amplitude des Ausgangs des Magnetsensors 14 ändert, und es können Korrekturwerte zur Korrektur dieser Änderungen in der Speichervorrichtung gespeichert werden, und in Schritt S24 kann die Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15a aus der Speichervorrichtung einen Korrekturwert auslesen, der dem Betrag bzw. der Größe der Differenz zwischen der positiven Amplitude und der negativen Amplitude entspricht. Alternativ kann die Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15a in Schritt S24 einen Korrekturwert erzeugen, um zu bewirken, dass der Ausgang der Ausgangsschaltung 19a z.B. 0 ist. 14 is a flowchart for explaining the operation of the imbalance determination circuit 15a in Embodiment 2. In step S21, the imbalance determination circuit 15a detects an output of the magnetic sensor 14 and an output of the oscillation circuit 17, and the process proceeds to step S22 and step S25. In step S22, the imbalance determination circuit 15a detects a positive amplitude and a negative amplitude of the output of the magnetic sensor 14, and the process proceeds to step S23. In step S23, the imbalance determination circuit 15a determines whether or not the difference between the positive amplitude and the negative amplitude of the output of the magnetic sensor 14 is equal to or smaller than a threshold value. When the difference between the positive amplitude and the negative amplitude is equal to or smaller than the threshold value, the process proceeds to step S28. On the other hand, when the difference between the positive amplitude and the negative amplitude is larger than the threshold value, the process proceeds to step S24. In step S24, the imbalance determination circuit 15a generates a correction value according to which the output of the output circuit 18 is corrected by the output circuit 19a, and the process proceeds to step S28. For step S24, it may be measured in advance how the output of the output circuit 19a changes according to the value of the difference between the positive amplitude and the negative amplitude of the output of the magnetic sensor 14, and correction values for correcting these changes may be stored in the storage device, and in step S24, the imbalance determination circuit 15a may read out from the storage device a correction value corresponding to the amount or magnitude of the difference between the positive amplitude and the negative amplitude. Alternatively, the imbalance determination circuit 15a may generate a correction value in step S24 to cause the output of the output circuit 19a to be 0, for example.

In Schritt S25 führt die Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15a eine schnelle Fourier-Transformation, d.h. FFT, an einem Ausgangssignal des Magnetsensors 14 durch, das einem Zyklus des Erregersignals entspricht, um eine Harmonische ganzzahliger Ordnung basierend auf der Erregerfrequenz zu erhalten, und der Prozess geht zu Schritt S26 über. In Schritt S26 bestimmt die Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15a, ob der Betrag einer harmonischen Komponente einer spezifischen Ordnung in der in Schritt S25 erhaltenen Harmonischen ganzzahliger Ordnung gleich oder kleiner als ein Schwellenwert ist oder nicht. Wenn der Betrag der harmonischen Komponente der spezifischen Ordnung gleich oder kleiner als der Schwellenwert ist, geht der Prozess zu Schritt S28 über. Wenn der Betrag der harmonischen Komponente der spezifischen Ordnung hingegen größer als der Schwellenwert ist, geht der Prozess zu Schritt S27 über. In Schritt S27 erzeugt die Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15a einen Korrekturwert, gemäß dem der Ausgang der Filterschaltung 18 durch die Ausgangsschaltung 19a korrigiert wird, und der Prozess geht zu Schritt S28 über. Für Schritt S27 kann im Voraus gemessen werden, wie sich der Ausgang der Ausgangsschaltung 19a in Abhängigkeit von dem Wert der harmonischen Komponente der spezifischen Ordnung ändert, die durch das Durchführen einer FFT an dem Ausgang des Magnetsensors 14 erhalten wurde, und Korrekturwerte zur Korrektur dieser Änderungen können in der Speichervorrichtung gespeichert werden, und in Schritt S27 kann die Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15a aus der Speichervorrichtung einen Korrekturwert auslesen, der dem Betrag der harmonischen Komponente entspricht. Alternativ kann die Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15a in Schritt S27 einen Korrekturwert erzeugen, um zu bewirken, dass der Ausgang der Ausgangsschaltung 19a z.B. 0 ist.In step S25, the imbalance determination circuit 15a performs a fast Fourier transform, i.e., FFT, on an output signal of the magnetic sensor 14 corresponding to one cycle of the excitation signal to obtain an integer-order harmonic based on the excitation frequency, and the process proceeds to step S26. In step S26, the imbalance determination circuit 15a determines whether or not the magnitude of a harmonic component of a specific order in the integer-order harmonic obtained in step S25 is equal to or smaller than a threshold value. If the magnitude of the harmonic component of the specific order is equal to or smaller than the threshold value, the process proceeds to step S28. On the other hand, if the magnitude of the harmonic component of the specific order is larger than the threshold value, the process proceeds to step S27. In step S27, the imbalance determination circuit 15a generates a correction value according to which the output of the filter circuit 18 is corrected by the Output circuit 19a is corrected, and the process proceeds to step S28. For step S27, how the output of the output circuit 19a changes depending on the value of the harmonic component of the specific order obtained by performing an FFT on the output of the magnetic sensor 14 may be measured in advance, and correction values for correcting these changes may be stored in the storage device, and in step S27, the imbalance determination circuit 15a may read out from the storage device a correction value corresponding to the magnitude of the harmonic component. Alternatively, the imbalance determination circuit 15a may generate a correction value in step S27 to cause the output of the output circuit 19a to be 0, for example.

In Schritt S28 prüft die Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15a, ob in zumindest einem der Schritte S24 und S27 ein Korrekturwert erzeugt wurde. In Schritt S28 gibt die Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15a, wenn ein Korrekturwert erzeugt wurde, den Korrekturwert als ein Steuersignal an die Ausgangsschaltung 19a aus, und ein Betrieb der Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15a wird beendet. Die Ausgangsschaltung 19a korrigiert, nachdem sie das Steuersignal von der Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15a empfangen hat, den Ausgang der Filterschaltung 18 basierend auf dem Korrekturwert, um einen korrigierten Ausgang zu erhalten, verstärkt den korrigierten Ausgang um den entsprechend dem Sensornennwert eingestellten Multiplikationsfaktor und gibt den verstärkten Ausgang aus. Die Ausgangsschaltung 19a erhält den korrigierten Ausgang, indem sie z. B. den Korrekturwert zum Ausgang der Filterschaltung 18 addiert oder den Ausgang der Filterschaltung 18 mit dem Korrekturwert multipliziert.In step S28, the imbalance determination circuit 15a checks whether a correction value has been generated in at least one of steps S24 and S27. In step S28, if a correction value has been generated, the imbalance determination circuit 15a outputs the correction value as a control signal to the output circuit 19a, and an operation of the imbalance determination circuit 15a is terminated. The output circuit 19a, after receiving the control signal from the imbalance determination circuit 15a, corrects the output of the filter circuit 18 based on the correction value to obtain a corrected output, amplifies the corrected output by the multiplication factor set according to the sensor rating, and outputs the amplified output. The output circuit 19a obtains the corrected output by, for example, adding the correction value to the output of the filter circuit 18 or multiplying the output of the filter circuit 18 by the correction value.

Wie vorstehend beschrieben, ist der Leckstromsensor 1a gemäß Ausführungsform 2 ein Leckstromsensor 1a, der einen Leckstrom in einer zu messenden Stromleitung 30 detektiert, wobei der Leckstromsensor 1a aufweist: einen Magnetkern 11, der von der zu messenden Stromleitung 30 durchdrungen ist; eine Erregerspule 12, die um den Magnetkern 11 gewickelt ist; eine Detektionsspule 13, die um den Magnetkern 11 gewickelt ist; einen Magnetsensor 14, der ein von der Erregerspule 12 erzeugtes Erregermagnetfeld detektiert; eine Oszillatorschaltung 17, die ein Erregersignal erzeugt, das eine Erregerfrequenz als eine Grundfrequenz aufweist; eine Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15a, die ein Steuersignal basierend auf einem Ausgang des Magnetsensors 14 und einem Ausgang der Oszillatorschaltung 17 erzeugt und das Steuersignal ausgibt; eine Erregerschaltung 16a, die einen Erregerstrom an die Erregerspule 12 basierend auf dem Ausgang der Oszillatorschaltung 17 anlegt; eine Filterschaltung 18, die aus einer Ausgangsspannung der Detektionsspule 13 eine Komponente extrahiert, die eine Frequenz aufweist, die doppelt so hoch ist wie die Erregerfrequenz; und eine Ausgangsschaltung 19a, die einen Ausgang der Filterschaltung verstärkt, wobei die Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15a basierend auf dem Erregersignal und dem Erregermagnetfeld, das von dem Magnetsensor 14 in einem Zustand, in dem Gleichgewichtsstrom durch die zu messende Stromleitung 30 fließt, erfasst wurde, eine Bestimmung bezüglich einer Asymmetrie zwischen einer positiven und einer negativen Seite des Erregermagnetfeldes in dem Zustand, in dem Gleichgewichtsstrom durch die zu messende Stromleitung 30 fließt, durchführt und das Steuersignal erzeugt, und die Ausgangsschaltung 19a den Ausgang der Filterschaltung 18 basierend auf dem Steuersignal korrigiert, um einen korrigierten Ausgang zu erhalten, den korrigierten Ausgang verstärkt und den verstärkten Ausgang ausgibt. Folglich ist es möglich, ein fehlerhaftes Detektieren von Leckstrom zu verhindern, wenn ein großer Strom und eine hohe Frequenz für einen Erregerstrom erforderlich sind und ein Erregermagnetfeld asymmetrisch zwischen seiner positiven und negativen Seite geworden ist.As described above, the leakage current sensor 1a according to Embodiment 2 is a leakage current sensor 1a that detects a leakage current in a power line 30 to be measured, the leakage current sensor 1a comprising: a magnetic core 11 penetrated by the power line 30 to be measured; an excitation coil 12 wound around the magnetic core 11; a detection coil 13 wound around the magnetic core 11; a magnetic sensor 14 that detects an excitation magnetic field generated by the excitation coil 12; an oscillation circuit 17 that generates an excitation signal having an excitation frequency as a fundamental frequency; an imbalance determination circuit 15a that generates a control signal based on an output of the magnetic sensor 14 and an output of the oscillation circuit 17 and outputs the control signal; an excitation circuit 16a that applies an excitation current to the excitation coil 12 based on the output of the oscillation circuit 17; a filter circuit 18 that extracts from an output voltage of the detection coil 13 a component having a frequency twice as high as the excitation frequency; and an output circuit 19a that amplifies an output of the filter circuit, wherein the imbalance determination circuit 15a makes a determination regarding an asymmetry between a positive and a negative side of the excitation magnetic field in the state where equilibrium current flows through the power line 30 to be measured based on the excitation signal and the excitation magnetic field detected by the magnetic sensor 14 in a state where equilibrium current flows through the power line 30 to be measured and generates the control signal, and the output circuit 19a corrects the output of the filter circuit 18 based on the control signal to obtain a corrected output, amplifies the corrected output, and outputs the amplified output. Consequently, it is possible to prevent erroneous detection of leakage current when a large current and a high frequency are required for an excitation current and an excitation magnetic field has become asymmetrical between its positive and negative sides.

15 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel für eine Hardware der Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15 in Ausführungsform 1 und der Unwuchtbestimmungsschaltung 15a in Ausführungsform 2 zeigt. Die Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung 15, 15a ist durch einen Prozessor 40, z. B. eine zentrale Prozessoreinheit (CPU), implementiert, der ein in einem Speicher 50 gespeichertes Programm ausführt. Der Speicher 50 wird auch als vorübergehender Speicher für jede Art von durch den Prozessor 40 auszuführender Verarbeitung verwendet. Auch eine Mehrzahl von Prozessorschaltungen kann die oben genannten Funktionen in Kooperation ausführen. Des Weiteren können die oben genannten Funktionen durch dedizierte Hardware realisiert werden. 15 is a schematic diagram showing an example of hardware of the imbalance determination circuit 15 in Embodiment 1 and the imbalance determination circuit 15a in Embodiment 2. The imbalance determination circuit 15, 15a is implemented by a processor 40, e.g., a central processing unit (CPU), which executes a program stored in a memory 50. The memory 50 is also used as a temporary storage for each kind of processing to be executed by the processor 40. Also, a plurality of processor circuits can perform the above functions in cooperation. Furthermore, the above functions can be realized by dedicated hardware.

In einem Fall, in dem die oben genannten Funktionen durch dedizierte Hardware realisiert werden, ist die dedizierte Hardware beispielsweise eine einzelne Schaltung, eine komplexe Schaltung, ein programmierter Prozessor, ein parallel programmierter Prozessor, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), ein Field Programmable Gate Array (FPGA) oder eine Kombination davon. In einem Fall, in dem die oben genannten Funktionen durch den Prozessor 40 und den Speicher 50 realisiert werden, ist der Prozessor 40 eine CPU, d. h. eine zentrale Prozessorvorrichtung, eine Prozessorvorrichtung, eine Rechenvorrichtung, ein Mikroprozessor, ein Mikrocomputer, ein digitaler Signalprozessor (DSP) oder dergleichen, oder eine Kombination davon. Der Speicher 50 ist beispielsweise ein nichtflüchtiger oder flüchtiger Halbleiterspeicher wie ein Direktzugriffsspeicher (RAM), ein Festwertspeicher (ROM), ein Flash-Speicher oder ein löschbares programmierbares ROM (EPROM), ein Magnetspeicher, ein optischer Speicher oder eine Kombination davon. Der Prozessor 40 und der Speicher 50 sind über einen Bus miteinander verbunden.In a case where the above functions are realized by dedicated hardware, the dedicated hardware is, for example, a single circuit, a complex circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an application specific integrated circuit (ASIC), a field programmable gate array (FPGA), or a combination thereof. In a case where the above functions are realized by the processor 40 and the memory 50, the processor 40 is a CPU, that is, a central processing device, a processor device, a computing device, a microprocessor, a microcomputer, a digital signal processor (DSP), or the like, or a combination thereof. The memory 50 is, for example, e.g., a non-volatile or volatile semiconductor memory such as a random access memory (RAM), a read only memory (ROM), a flash memory or an erasable programmable ROM (EPROM), a magnetic memory, an optical memory, or a combination thereof. The processor 40 and the memory 50 are connected to one another via a bus.

Obwohl die Offenbarung vorstehend in Bezug auf verschiedene beispielhafte Ausführungsformen beschrieben ist, versteht es sich, dass die verschiedenen Merkmale, Aspekte und Funktionen, die in einer oder mehreren der einzelnen Ausführungsformen beschrieben sind, in ihrer Anwendbarkeit nicht auf die spezielle Ausführungsform, in der sie beschrieben sind, beschränkt sind, sondern stattdessen allein oder in verschiedenen Kombinationen auf eine oder mehrere der Ausführungsformen der Offenbarung angewendet werden können.Although the disclosure is described above with respect to various example embodiments, it is to be understood that the various features, aspects, and functions described in one or more of the individual embodiments are not limited in their applicability to the particular embodiment in which they are described, but instead may be applied alone or in various combinations to one or more of the embodiments of the disclosure.

Es versteht sich daher, dass zahlreicheIt is therefore understandable that numerous

Modifikationen, die nicht beispielhaft dargestellt wurden, denkbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Offenbarung zu verlassen. Beispielsweise kann zumindest einer der Bestandteile modifiziert, hinzugefügt oder weggelassen werden. Zumindest einer der in mindestens einer der bevorzugten Ausführungsformen genannten Bestandteile kann ausgewählt und mit den in einer anderen bevorzugten Ausführungsform genannten Bestandteilen kombiniert werden.Modifications that have not been exemplified are conceivable without departing from the scope of the present disclosure. For example, at least one of the components may be modified, added or omitted. At least one of the components mentioned in at least one of the preferred embodiments may be selected and combined with the components mentioned in another preferred embodiment.

BESCHREIBUNG DER BEZUGSSZEICHENDESCRIPTION OF REFERENCE SIGNS

1, 1a1, 1a
LeckstromsensorLeakage current sensor
1010
Leckstrom-DetektionseinheitLeakage current detection unit
1111
MagnetkernMagnetic core
1212
ErregerspuleExcitation coil
1313
DetektionsspuleDetection coil
1414
MagnetsensorMagnetic sensor
15, 15a15, 15a
UngleichgewichtsbestimmungsschaltungImbalance determination circuit
16, 16a16, 16a
ErregerschaltungExcitation circuit
1717
OszillatorschaltungOscillator circuit
1818
FilterschaltungFilter circuit
19, 19a19, 19a
AusgangsschaltungOutput circuit
2020
Relais-EinheitRelay unit
2121
SchutzschaltungProtection circuit
3030
zu messende Stromleitungpower line to be measured
4040
Prozessorprocessor
5050
SpeicherStorage

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • JP 5992532 [0003]JP5992532 [0003]

Claims (6)

Leckstromsensor, der einen Leckstrom in einer zu messenden Stromleitung detektiert, wobei der Leckstromsensor aufweist: einen Magnetkern, der von der zu messenden Stromleitung durchdrungen ist; eine Erregerspule, die um den Magnetkern gewickelt ist; eine Detektionsspule, die um den Magnetkern gewickelt ist; einen Magnetsensor, der ein von der Erregerspule erzeugtes Erregermagnetfeld detektiert; eine Oszillatorschaltung, die ein Erregersignal erzeugt, das eine Erregerfrequenz als eine Grundfrequenz aufweist; eine Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung, die ein Steuersignal basierend auf einem Ausgang des Magnetsensors und einem Ausgang der Oszillatorschaltung erzeugt und das Steuersignal ausgibt; eine Erregerschaltung, die basierend auf dem Ausgang der Oszillatorschaltung und einem Ausgang der Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung einen Erregerstrom an die Erregerspule anlegt; eine Filterschaltung, die aus einer Ausgangsspannung der Detektionsspule eine Komponente extrahiert, die eine Frequenz aufweist, die doppelt so hoch ist wie die Erregerfrequenz; und eine Ausgangsschaltung, die einen Ausgang der Filterschaltung verstärkt, wobei die Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung basierend auf dem Erregersignal und dem Erregermagnetfeld, das von dem Magnetsensor in einem Zustand erfasst worden ist, in dem Gleichgewichtsstrom durch die zu messende Stromleitung fließt, eine Bestimmung bezüglich einer Asymmetrie zwischen einer positiven und einer negativen Seite des Erregermagnetfeldes in dem Zustand, in dem Gleichgewichtsstrom durch die zu messende Stromleitung fließt, durchführt und das Steuersignal erzeugt, und die Erregerschaltung basierend auf dem Steuersignal bewirkt, dass eine positive oder negative Amplitude des Erregerstroms kleiner als ein ursprünglicher Betrag ist oder dem Erregerstrom einen positiven oder negativen Offset-Strom überlagert.A leakage current sensor that detects a leakage current in a power line to be measured, the leakage current sensor comprising: a magnetic core penetrated by the power line to be measured; 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 by the excitation coil; an oscillator circuit that generates an excitation signal having an excitation frequency as a fundamental frequency; an imbalance determination circuit that generates a control signal based on an output of the magnetic sensor and an output of the oscillator circuit and outputs the control signal; an excitation circuit that applies an excitation current to the excitation coil based on the output of the oscillator circuit and an output of the imbalance determination circuit; a filter circuit that extracts a component having a frequency twice as high as the excitation frequency from an output voltage of the detection coil; and an output circuit that amplifies an output of the filter circuit, wherein the imbalance determination circuit makes a determination regarding an asymmetry between a positive and a negative side of the excitation magnetic field in the state in which equilibrium current flows through the power line to be measured based on the excitation signal and the excitation magnetic field detected by the magnetic sensor in a state in which equilibrium current flows through the power line to be measured and generates the control signal, and the excitation circuit causes a positive or negative amplitude of the excitation current to be smaller than an original amount or superimposes a positive or negative offset current on the excitation current based on the control signal. Leckstromsensor nach Anspruch 1, wobei der Magnetsensor zwischen dem Magnetkern und der Erregerspule vorgesehen ist.Leakage current sensor according to Claim 1 , wherein the magnetic sensor is provided between the magnetic core and the excitation coil. Leckstromsensor nach Anspruch 1, wobei der Magnetsensor in einer Öffnung vorgesehen ist, an der die Erregerspule nicht um den Magnetkern gewickelt ist und von der aus der Magnetkern freiliegt.Leakage current sensor according to Claim 1 , wherein the magnetic sensor is provided in an opening where the excitation coil is not wound around the magnetic core and from which the magnetic core is exposed. Leckstromsensor nach Anspruch 1, wobei der Magnetkern eine Aussparung aufweist, und der Magnetsensor in der Aussparung vorgesehen ist.Leakage current sensor according to Claim 1 , wherein the magnetic core has a recess, and the magnetic sensor is provided in the recess. Schutzsystem für einen elektrischen Pfad, aufweisend: den Leckstromsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4; eine Relais-Einheit, die basierend auf einem Ausgang der Ausgangsschaltung bestimmt, ob ein Leckstrom aufgetreten ist oder nicht; und eine Schutzschaltung, die die zu messende Stromleitung unterbricht, wenn die Relais-Einheit bestimmt, dass ein Leckstrom aufgetreten ist.Protection system for an electrical path, comprising: the leakage current sensor according to one of the Claims 1 until 4 ; a relay unit that determines whether or not a leakage current has occurred based on an output of the output circuit; and a protection circuit that interrupts the current line to be measured when the relay unit determines that a leakage current has occurred. Leckstromsensor, der einen Leckstrom in einer zu messenden Stromleitung detektiert, wobei der Leckstromsensor aufweist: einen Magnetkern, der von der zu messenden Stromleitung durchdrungen ist; eine Erregerspule, die um den Magnetkern gewickelt ist; eine Detektionsspule, die um den Magnetkern gewickelt ist; einen Magnetsensor, der ein von der Erregerspule erzeugtes Erregermagnetfeld detektiert; eine Oszillatorschaltung, die ein Erregersignal erzeugt, das eine Erregerfrequenz als eine Grundfrequenz aufweist; eine Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung, die ein Steuersignal basierend auf einem Ausgang des Magnetsensors und einem Ausgang der Oszillatorschaltung erzeugt und das Steuersignal ausgibt; eine Erregerschaltung, die basierend auf dem Ausgang der Oszillatorschaltung einen Erregerstrom an die Erregerspule anlegt; eine Filterschaltung, die aus einer Ausgangsspannung der Detektionsspule eine Komponente extrahiert, die eine Frequenz aufweist, die doppelt so hoch ist wie die Erregerfrequenz; und eine Ausgangsschaltung, die einen Ausgang der Filterschaltung verstärkt, wobei die Ungleichgewichtsbestimmungsschaltung basierend auf dem Erregersignal und dem Erregermagnetfeld, das von dem Magnetsensor in einem Zustand erfasst worden ist, in dem Gleichgewichtsstrom durch die zu messende Stromleitung fließt, eine Bestimmung bezüglich einer Asymmetrie zwischen einer positiven und einer negativen Seite des Erregermagnetfeldes in dem Zustand, in dem Gleichgewichtsstrom durch die zu messende Stromleitung fließt, durchführt und das Steuersignal erzeugt, und die Ausgangsschaltung den Ausgang der Filterschaltung basierend auf dem Steuersignal korrigiert, um einen korrigierten Ausgang zu erhalten, den korrigierten Ausgang verstärkt und den verstärkten Ausgang ausgibt.A leakage current sensor that detects a leakage current in a power line to be measured, the leakage current sensor comprising: a magnetic core penetrated by the power line to be measured; 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 by the excitation coil; an oscillator circuit that generates an excitation signal having an excitation frequency as a fundamental frequency; an imbalance determination circuit that generates a control signal based on an output of the magnetic sensor and an output of the oscillator circuit and outputs the control signal; an excitation circuit that applies an excitation current to the excitation coil based on the output of the oscillator circuit; a filter circuit that extracts a component having a frequency twice as high as the excitation frequency from an output voltage of the detection coil; and an output circuit that amplifies an output of the filter circuit, wherein the imbalance determination circuit makes a determination regarding an asymmetry between a positive and a negative side of the excitation magnetic field in the state in which equilibrium current flows through the power line to be measured based on the excitation signal and the excitation magnetic field detected by the magnetic sensor in a state in which equilibrium current flows through the power line to be measured and generates the control signal, and the output circuit corrects the output of the filter circuit based on the control signal to obtain a corrected output, amplifies the corrected output, and outputs the amplified output.
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JPS5992532U (en) 1982-12-10 1984-06-23 東北金属工業株式会社 earth leakage detector

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