JP2001343401A - 電流検出装置 - Google Patents

電流検出装置

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JP2001343401A
JP2001343401A JP2000161497A JP2000161497A JP2001343401A JP 2001343401 A JP2001343401 A JP 2001343401A JP 2000161497 A JP2000161497 A JP 2000161497A JP 2000161497 A JP2000161497 A JP 2000161497A JP 2001343401 A JP2001343401 A JP 2001343401A
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JP
Japan
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rogowski coil
current
temperature coefficient
resistance
voltage
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JP2000161497A
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English (en)
Inventor
Kazuo Kishimoto
一雄 岸本
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロゴスキーコイルを用いた電流検出装置にお
いて、温度上昇に伴う電流検出誤差を低減する。 【解決手段】 負担抵抗値を整定し、温度上昇によるロ
ゴスキーコイルの内部抵抗の増加に伴う出力電圧の低下
分を、温度上昇によるロゴスキーコイル起電圧の増加分
で相殺することにより、電流検出誤差を低減した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、例えば、GIS
(gas insulated switchgear)の中心導体に流れる電流
を検出・測定する装置に関し、特にその高精度化に係わ
るものである。
【0002】
【従来の技術】大型の構造物全体に流れる雷電流やGI
Sの中心導体に流れる電流を検出する電流検出装置とし
てロゴスキーコイルを用いた電流検出装置が知られてい
る。図3は、例えば特開昭63−201569号公報に
示されたロゴスキーコイルを用いた従来の電流検出装置
の構成図である。
【0003】図において、1は電流検出対象である導
体、2はこの導体1の周りに取り付けられたロゴスキー
コイル、3はロゴスキーコイル2の出力をその後の電子
回路処理に適するレベルの適正な電圧に変換するアナロ
グ回路、4はアナログ回路3のアナログ出力をディジタ
ル出力に変換するA/D変換器、5はA/D変換器の出
力を演算して検出結果を得るマイクロコンピュータ(以
下CPU)である。
【0004】次に動作について説明する。導体1に時間
的に変化する電流(被検出電流)が流れると、ロゴスキ
ーコイル2には、この電流を微分した波形の起電圧Eが
発生し、 E/(R+rI ) ------------- (1) の電流が流れる。ここでRはロゴスキーコイル2の内部
インピーダンス(以下内部抵抗という)、rI はアナロ
グ回路3の入力インピーダンス(以下入力抵抗という)
であるが、検出する対象電流が商用周波数である場合
は、これらは殆ど直流抵抗である。
【0005】そして、ロゴスキーコイル2の端子には、 e=E―〔E/(R+rI )〕R =E〔1−R/(R+rI )〕 ------------- (2) の電圧が出力される。この電圧はアナログ回路3で適正
なレベルの電圧に調整されて、A/D変換器4に入力さ
れる。CPU5はA/D変換器4のディジタルデータを
積分するなどの演算を行い、導体1に流れる電流を算出
する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、電力系統の
制御、管理のために、GISの中心導体に流れる電流を
検出する場合、電流検出精度は一般に0. 5%より良い
精度が要求される。アナログ回路3の入力抵抗、即ち、
式(2) のrI は電子回路部品で構成されるので、高精度
で温度変動の少ないものとすることが比較的容易である
のに対して、ロゴスキーコイル2の内部抵抗、即ち、式
(2) のRは、ロゴスキーコイル2が極めて大きいという
こともあり、経済性などの面から温度による変動を受け
ないものとすることは困難である。
【0007】加えて、ロゴスキーコイルの出力電圧Eが
温度上昇に伴い増加する傾向を有している。そのため、
ロゴスキーコイル2の内部抵抗の温度変化および、出力
電圧の温度変化の影響を受けない電流検出装置を得る事
が望まれる。ロゴスキーコイルを用いた従来の電流検出
装置は、以上のように構成されているので、ロゴスキー
コイルの抵抗値の温度変化と出力電圧の温度変化によ
り、電流検出精度を高めることができないという問題点
があった。
【0008】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、温度上昇時のロゴスキーコイル
の内部抵抗の増加による出力電圧の低下と、温度上昇時
のロゴスキーコイルの起電圧の上昇とを相殺して、電流
検出誤差を低減した電流検出装置を得る事を目的とす
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】この発明に係わる電流検
出装置においては、被検出電流が流れる導体の周囲を取
り囲むように配置したロゴスキーコイル、このロゴスキ
ーコイルの温度特性を補償するように抵抗値が整定さ
れ、上記ロゴスキーコイルの出力信号が印加される負担
抵抗、この負担抵抗両端の電圧を積分して上記導体に流
れる電流値を求める積分回路とを備えたもので、負担抵
抗値を整定し、温度上昇によるロゴスキーコイルの内部
抵抗の増加に伴う出力電圧の低下分を、温度上昇による
ロゴスキーコイル起電圧の増加分で相殺することにより
電流検出誤差を低減するものである。
【0010】また、負担抵抗の抵抗値rは次式を満足す
るように整定されているものである。 k1 =R0 ×k2 /(r+R0 ) 但し、k1 :ロゴスキーコイルが発生する起電圧の温度
係数(%/℃) k2 :ロゴスキーコイルの内部抵抗の温度係数(%/
℃) R0 :ロゴスキーコイルの内部抵抗の0℃の時の抵抗値
(Ω)
【0011】また、ロゴスキーコイルは、銅線の正の温
度係数より大きい正の温度係数を有する材料で製作され
ている。
【0012】
【発明の実施の形態】実施の形態1.図1はこの発明の
実施の形態1による電流検出装置を示す構成図である。
第3図の従来例と同一又は相当部分には同一符号を用い
て示している。図において、1は電流検出対象である導
体、2はこの導体1の周囲を取り囲むように取り付けら
れたロゴスキーコイル、6はロゴスキーコイルの出力信
号が印加される負担抵抗、7はロゴスキーコイルで微分
されて得た電圧信号を1次電流(導体に流れる電流)相
当の信号に戻す為の積分回路である。3はロゴスキーコ
イル2の出力をその後の電子回路処理に適するレベルの
適正な電圧に変換するアナログ回路、4はアナログ回路
3のアナログ出力をディジタル出力に変換するA/D変
換器、5はA/D変換器の出力を演算して検出結果を得
るマイクロコンピュータ(以下CPU)である。
【0013】図2は実施の形態1のロゴスキーコイル1
まわりの等価回路図である。Eはロゴスキーコイルの起
電圧、Rはロゴスキーコイルの内部インピーダンス、r
は負担抵抗6の抵抗値、Erは負担抵抗両端の電圧であ
る。
【0014】次にこの電流検出装置の動作を説明する。
導体1に時間的に変化する電流が流れると、ロゴスキー
コイル2には、この電流を微分した波形の起電圧Eが発
生する。この起電圧Eには温度係数がかかっており、次
式で表される。なお、起電力Eの上昇は、温度上昇時の
ロゴスキーコイルの断面積の増加等による。 E=E0 (1+k1 ×t/100) ---------- (3) 但し、E0 :0℃の時の起電圧(V)、k1 :温度係数
(%/℃) t :ロゴスキーコイルの温度(℃) ここでは、温度係数を簡略化するため1次式で表してい
る。
【0015】ロゴスキーコイル2の起電圧Eは、ロゴス
キーコイル2の内部インピーダンス(内部抵抗)Rと負
担抵抗6の抵抗値rで分圧され、負担抵抗両端の出力電
圧Erは次式で表される。 Er=E×r/(r+R) ----------------- (4) ここでロゴスキーコイル2のインピーダンスは商用周波
数では抵抗分が支配的なので、単なる抵抗として扱う。
【0016】又、ロゴスキーコイル2は通常銅線なの
で、その抵抗値は温度係数を持っており、簡易的に次式
で表される。 R=R0 (1+k2 *t/100) ---------- (5) 但し、 R0 :0℃の時の抵抗値(Ω)、k2 :温度係
数(%/℃) t :ロゴスキーコイルの温度(℃) ここで、式(4) に式(3),(5) を代入すると
【0017】
【数1】
【0018】温度係数の項を相殺するためには、
【数2】 とすればよい但し、この式からも解る通り、k2 >k1
の関係でなければ補償はできない。ちなみに、ロゴスキ
ーコイルが銅線で作成されているときの具体例をあげる
と、 k1 =0.0125%/℃ k2 =0.4%/℃ R0 =250Ω のとき、式(7) が成立するため
には、r=7750Ωと整定するとよい。
【0019】この様に設定するなら式(7) を式(6) に代
入して
【数3】 となり、温度に関する項目を相殺できる。
【0020】従って、k1 , k2 , R0 は既知なので、
式(7) を満足するような抵抗値rの負担抵抗値6を使用
すれば、負担抵抗6両端の電圧Erは温度に関係しない
電圧となる。実際には、ロゴスキーコイル2の起電圧の
温度係数は温度の1次関数ではないため、完全に相殺す
ることはできないが、傾向として温度特性を大幅に改善
できる。ここで得られた負担抵抗6の両端の電圧Erを
積分回路7を通して、導体1に流れる電流に比例した電
圧に変換し、A/D変換器4でディジタル化し、CPU
5における演算処理により温度の影響を受けない導体1
の電流を求めることができる。
【0021】実施形態2.実施形態2は、図1のロゴス
キーコイル2のコイル材料を銅線ではなく、銅線の正の
温度係数(k2 =0.4%/℃)より大きい正の温度係
数の例えばニッケル銅合金(k2 =0.6%/℃)を用
いるものである。構成図は実施の形態1と同様であるた
め省略する。
【0022】動作に関しても、実施の形態1と同じであ
るが、実施の形態1の動作説明で用いた式(7) の関係に
おいて、実施の形態2ではk2 を大きくとれるため、よ
りk 1 の大きいロゴスキーコイルにも適用でき、適用範
囲を広げることができる。
【0023】
【発明の効果】この発明の電流検出装置よれば、被検出
電流が流れる導体の周囲を取り囲むように配置したロゴ
スキーコイル、このロゴスキーコイルの温度特性を補償
するように抵抗値が整定され、上記ロゴスキーコイルの
出力信号が印加される負担抵抗、この負担抵抗両端の電
圧を積分して上記導体に流れる電流値を求める積分回路
とを備えたので、負担抵抗値を整定し、温度上昇による
ロゴスキーコイルの内部抵抗の増加に伴う出力電圧の低
下分を、温度上昇によるロゴスキーコイル起電圧の増加
分で相殺することにより電流検出誤差を低減し、より精
度の高い計測を実現できる。
【0024】負担抵抗の抵抗値rは次式を満足するよう
に整定されているので、負担抵抗値を整定し、電流検出
誤差を低減し、より精度の高い計測を実現できる。 k1 =R0 ×k2 /(r+R0 ) 但し、k1 :ロゴスキーコイルが発生する起電圧の温度
係数(%/℃) k2 :ロゴスキーコイルの内部抵抗の温度係数(%/
℃) R0 :ロゴスキーコイルの内部抵抗の0℃の時の抵抗値
(Ω)
【0025】また、ロゴスキーコイルは、銅線の正の温
度係数より大きい正の温度係数を有する材料で製作され
ているので、それだけ、起電圧の正の温度特性の大きい
ロゴスキーコイルにも適用できる
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1による電流検出装置
を示す構成図である。
【図2】 この実施の形態1のロゴスキーコイルまわり
の等価回路図である。
【図3】 従来におけるロゴスキーコイルを用いた電流
検出装置の構成図である。
【符号の説明】
1 導体 2 ロゴスキー
コイル 3 アナログ回路 4 A/D変換
器 5 CPU 6 負担抵抗 7 積分回路。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被検出電流が流れる導体の周囲を取り囲
    むように配置したロゴスキーコイル、このロゴスキーコ
    イルの温度特性を補償するように抵抗値が整定され、上
    記ロゴスキーコイルの出力信号が印加される負担抵抗、
    この負担抵抗両端の電圧を積分して上記導体に流れる電
    流値を求める積分回路とを備えたことを特徴とする電流
    検出装置。
  2. 【請求項2】 負担抵抗の抵抗値rは次式を満足するよ
    うに整定されている請求項1記載の電流検出装置。 k1 =R0 ×k2 /(r+R0 ) 但し、k1 :ロゴスキーコイルが発生する起電圧の温度
    係数(%/℃) k2 :ロゴスキーコイルの内部抵抗の温度係数(%/
    ℃) R0 :ロゴスキーコイルの内部抵抗の0℃の時の抵抗値
    (Ω)
  3. 【請求項3】 ロゴスキーコイルは、銅線の正の温度係
    数より大きい正の温度係数を有する材料で製作されてい
    る請求項1または請求項2記載の電流検出回路。
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