JP2002247750A - 過負荷電流保安装置 - Google Patents

過負荷電流保安装置

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JP2002247750A
JP2002247750A JP2001040265A JP2001040265A JP2002247750A JP 2002247750 A JP2002247750 A JP 2002247750A JP 2001040265 A JP2001040265 A JP 2001040265A JP 2001040265 A JP2001040265 A JP 2001040265A JP 2002247750 A JP2002247750 A JP 2002247750A
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JP
Japan
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current
power supply
protection device
magnetic
overload
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JP2001040265A
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English (en)
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Takahiro Kudo
高裕 工藤
Yujiro Kitade
雄二郎 北出
Kimitada Ishikawa
公忠 石川
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 低コストで電流検知範囲の広い過負荷電流保
安装置の提供。 【解決手段】 過負荷時には接触器(切換器)2によ
り、電源から電動機等の負荷3への給電を遮断する過負
荷電流保安装置において、磁気インピーダンス(MI)
効果を持ち電流検出手段4a,4b,4cを構成するM
I素子40を、電流を導く配線を分岐させた後1本にま
とめられるその分岐配線間に配置することにより、従来
のようなカレントトランス(CT)で問題となる鉄心に
よる磁気飽和を無くし、電流検知範囲を拡大化する。

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、導体を流れる電
流を検出し、電流の大きさが与えられたしきい値を越え
たときに電流を遮断する過負荷電流保安装置、例えば電
動機への電力供給を制御できる過負荷電流保安装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】一般に、この種の過負荷電流保安装置
は、例えば3相電動機に接触器を介して流れる電流が安
全なしきい値を越えたことを検出し、その検出結果に応
じて電動機への電流を遮断するものであり、以前は電動
機電流の一部または全部をバイメタル素子に流すことに
よって実現していた。つまり、バイメタル金属で構成し
たスイッチに電流を流し、電流強度に対応してバイメタ
ル金属を加熱し、電動機電流が安全なしきい値を規定時
間だけ超過すると、熱がバイメタル金属を撓ませてスイ
ッチ接点を開放状態とし、接触器の制御入力への電流供
給を停止するようにしている。しかし、このバイメタル
スイッチを用いた方式は、スイッチが開放状態となると
きの電流調整が難しく、長い時間に渡って誤調整状態に
なりがちとなると言う問題がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】これに対し、最近バイ
メタルスイッチで実現していた機能を電子的に行なうこ
とが可能になった。電子機器を使用することによって、
より信頼性が高く調整の容易な装置が提供される。しか
しながら、この電子式の場合は回路が複雑となり、電流
を適切に検出して接触機構を動作させるために、例えば
定電圧電源等の多くの部品を必要とする。さらに、電流
検出手段としては電流検出変圧器(いわゆるCT:カレ
ントトランス)が使用されるが、これには鉄心による磁
気飽和が発生するという問題がある。電流検出手段とし
て磁気抵抗素子を用いる方法もあるが、低感度であるこ
とから鉄心が必要となり、上記CTと同様電流検出範囲
を広く取れない。加えて、磁気抵抗素子は温度による変
動や素子間の器差が大きく、外乱ノイズの影響を受け易
いため、高精度にしようとするとコストアップすると言
う問題がある。したがって、この発明の課題は、定電圧
電源等を必要とせずに低コストで、しかも、電流検出範
囲の拡大が可能で、外乱ノイズなどの環境特性や経時変
化による精度低下のない高精度な過負荷電流保安装置を
提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め、請求項1の発明では、電源から負荷へ多相電流を供
給または遮断する切換器と、この多相電流を各相毎に検
出する電流検出器と、装置の各部に電力を供給する制御
電源とを備え、過電流発生時に負荷に対する電流の供給
を遮断する過負荷電流保安装置において、前記複数の電
流検出器の各々を、磁気インピーダンス効果を有し、分
岐された後再び1本にまとめられる分岐配線間に配置さ
れて配線に流れる電流により生じる磁束を検出する複数
の磁気検出素子から構成し、これらの素子にて電流によ
り生じる磁束を検出することを特徴とする。
【0005】請求項1の発明においては、前記制御電源
を、前記電源から負荷への電流供給経路に各相毎に挿入
された一次巻線およびこれに電気的に結合される二次巻
線をそれぞれ有する電力供給変圧器と、この電力供給変
圧器の二次巻線側の電流を蓄電する蓄電器と、電圧調整
器とから構成することができ(請求項2の発明)、また
は、前記制御電源を、前記電源から負荷への電流供給経
路に各相毎に挿入された一次巻線が鉄心を介して二次巻
線と電気的に結合される電力供給変圧器と、この電力供
給変圧器の二次巻線側の電流を蓄電する蓄電器と、電圧
調整器とから構成するとともに、前記一次巻線の鉄心ま
での距離を各相間で互いに異ならせることができる(請
求項3の発明)。
【0006】上記請求項1ないし3のいずれかの発明に
おいては、前記電流を導く配線と、この配線を固定する
基板とを設け、この基板上の前記配線の近傍に前記磁気
検出素子を配置し、電流により生じる磁束を磁気検出素
子で検出することができる(請求項4の発明)。また、
これら請求項1ないし4のいずれかの発明においては、
前記磁気検出素子を、電流により生じる磁束に対する出
力の絶対値が等しくかつ極性が逆となる位置に2つ配置
し、この2つの磁気検出素子の出力の差の演算結果から
前記電流を検出することができる(請求項5の発明)。
【0007】
【発明の実施の形態】図1はこの発明の実施の形態を示
す全体構成図である。R,S,Tは図示されない3相交
流電源に接続される電源供給線を示し、電動機3に対し
て3相接触器(切換器)2および3つの電力供給変圧器
5a,5b,5cを介して接続されており、3相接触器
2と3つの電力供給変圧器5a,5b,5cとの間に
は、各相毎に電流検出器4a,4b,4cが配置されて
いる。その配置に当たっては、電源供給線R,S,Tを
一旦分岐させ、その分岐させた2本の配線間に電流検出
器4a,4b,4cを配置し、その後、分岐した配線は
1本に結合され、電力供給変圧器5a,5b,5cの一
次巻線に接続される。
【0008】接触器2は3組の接点2a,2b,2cを
有し、各々は異なる電力供給線R,S,Tによりそれぞ
れ個別の電力供給変圧器5a,5b,5cの一次巻線を
介して電動機3に結合している。接点2a,2b,2c
は、電磁コイル2dによって同時に駆動されるよう機械
的に結合されている。電磁コイル2dは、マイクロコン
ピュータ8のディジタル出力端に接続されている。この
マイクロコンピュータ8を含む制御回路と、電流検出器
4a,4b,4cと、電力供給変圧器5a,5b,5c
等により電子式過負荷継電器1を形成している。
【0009】電流検出器4a,4b,4cの出力は、切
換器6を介して、順次切り換えられる。切換器6により
選択された電流検出器4a,4b,4cの出力は、半波
整流器7を介してマイクロコンピュータ8のアナログ入
力に接続されている。制御電源は、電力供給変圧器5
a,5b,5cの二次巻線から整流ダイオードD0,D
1,D2を介して第1蓄電コンデンサC0に接続して構
成される。この第1蓄電コンデンサC0は電圧調整器9
の正入力と接地との間に接続され、電圧調整器9の正出
力と接地との間には第2蓄電(安定化用)コンデンサC
1が接続され、一定レベルの電圧Vccを電圧調整器9
より制御電源として供給するようにしている。なお、D
3,D4,D5は保護用ダイオードを示す。
【0010】電流検出器4a,4b,4cの具体的な構
成について、図2を参照して説明する。なお、電流検出
器4a,4b,4cは構成は同じなので、その1つを代
表として説明する。電流検出器は図2に示すように磁気
インピーダンス効果を持つ磁気インピーダンス(MI)
素子40a,40b、電流を導くための配線200、こ
の配線200およびMI素子40a,40bを固定する
基板300と、検出回路41とから構成される。MI素
子40a,40bは例えば特開平6−281712号公
報に開示されているアモルファスワイヤによるものや、
特開平8−330645号公報に開示されている薄膜状
のもののいずれをも用いることができる。
【0011】図3に、電流I1と隣接する位置に、別の
電流I2が流れている場合の例を示す。同図において、
電流I1,I2により生じる磁束をそれぞれφ1,φ2
とし、これらφ1,φ2により2つのMI素子40a,
40bに現れる出力の大きさをそれぞれS2,N3とす
ると、2つのMI素子40a,40bの差の出力は、 差動出力=40aの出力−40bの出力=S2+N3−(−S2+N3) =2×S2 …(1) となり、隣相配線電流I2の影響を受けずに電流I1の
検知が可能となる。さらに、一様な外部磁界がノイズと
して加わった場合も、2つのMI素子40a,40bに
大きさおよび符号の等しい出力が現れるので、2つのM
I素子40a,40bの出力の差をとることにより、隣
相配線の場合と同様に、外部磁界ノイズの影響をキャン
セルできる。
【0012】図4に検出回路の1例を示す。この検出回
路41は、発振回路411と分圧抵抗R1,R2によ
り、MI素子40a,40bに高周波電流を印加し、M
I素子40a,40bの磁界によるインピーダンスの変
化を検波回路412a,412bで電圧の変化として検
出し、差動回路413でMI素子40a,40bの差に
比例した出力を発生させ、増幅回路414で増幅して取
り出すようにしたものである。
【0013】なお、以上では2つのMI素子の磁界検知
方向を同じにしたが、磁界検知方向を逆にして2つのM
I素子の出力の和をとることで、上記と同様に外乱ノイ
ズの影響を受けずに電流の検知が可能となることは言う
までもない。この場合、図4の上記差動回路413を加
算回路に変更し、MI素子40a,40bの差に比例し
た出力の代わりに、MI素子40a,40bの和に比例
した出力を発生させるようにする。また、上記では3相
交流電源の場合について示したが、単相交流電源の場合
も3相交流電源の1相分のみを考えることで、同様にし
て適用することができるのは勿論である。
【0014】図5はこの発明の第2の実施の形態を示す
構成図である。図1では、電力供給変圧器を各相毎に設
けていたのに対し、ここでは各相の一次巻線51a,5
1b,51cを1つのコア53の近傍に配置し、二次巻
線52からダイオードD6を介して電力を供給するよう
にした点が特徴である。D7は保護ダイオードである。
図6に角型コアを用いた例を示す。この場合、一次巻線
51a,51b,51cの巻数比率は、二次巻線52か
ら適正な電流レベルを供給するように選択される。つま
り、一次巻線の各巻数を互いに等しくするとバランスし
て磁束が発生しなくなるので、各巻数を各相間で異なら
せるようにしている。
【0015】
【発明の効果】この発明によれば、電流により生じる磁
束を、磁気インピーダンス(MI)効果を有する磁気検
出素子で検出するようにしたので、現在広く用いられて
いるカレントトランスの問題である鉄心による磁気飽和
が発生せず、電流検知範囲の広い(ワイドレンジな)過
負荷電流保安装置を提供できる。この発明の電流検出手
段は、電流により生じる磁束に対して、磁気検出素子出
力の絶対値が等しく、かつ磁気検出素子出力の極性が逆
となるような位置に2つ配置し磁気検出素子出力の差を
検出するので、外部磁界および隣接配線電流による磁界
の影響を受けずに、電流の検知が可能となる。従って、
ノイズの影響を受けにくい、耐環境性に優れた過負荷電
流保安装置を提供できる。
【0016】また、この発明の電流検出手段を、分岐さ
せた配線間に設置するようにしたので、高感度な磁気検
出素子を用いても出力感度の調節が可能であり、特に検
知電流が比較的大きな場合に、検知電流による出力飽和
のない電流検知範囲の広い過負荷電流保安装置を提供で
きる。さらに、この発明の制御電源は、外部から定電圧
電源の供給の必要がないので、汎用性に優れたトータル
コストの低減が可能な過負荷電流保安装置を提供でき
る。加えて、この発明の制御電源は、多相の場合に電力
供給変圧器を相毎に設ける必要がないので、部品点数の
少ない低コストな過負荷電流保安装置を提供することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施の形態を示す構成図であ
る。
【図2】図1で用いられる電流検出器の例を示す構成図
である。
【図3】電流検出素子部における隣相配線電流の影響を
説明する説明図である。
【図4】検出回路の具体例を示すブロック図である。
【図5】第2の実施の形態を示す構成図である。
【図6】図5の電力供給変圧器として角型コアを用いた
例を示す構成図である。
【符号の説明】
1…電子式過負荷継電器、2…接触器(切換器)、2
a,2b,2c…接点、2d…電磁コイル、3…電動
機、4a,4b,4c…電流検出器、5a,5b,5c
…電力供給変圧器、6…切換器、7…半波整流器、8…
マイクロコンピュータ、40a,40b…磁気検出素
子、200,210…配線、300…基板、41…検出
回路、411…発振回路、412a,412b…検波回
路、413…差動回路、414…増幅回路、R1,R2
…抵抗、D0〜D7…ダイオード。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) // G05F 1/10 304 G01R 15/02 Z (72)発明者 石川 公忠 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 Fターム(参考) 2G017 AA10 AB07 AD51 AD69 BA05 2G025 AA07 AB01 5G004 AA02 AB02 BA03 BA04 CA04 DA05 DB01 DC04 DC14 FA01 5G044 AA01 AC01 AD01 AE01 CA01 5H410 CC04 DD04 DD06 EA18 EA28 EB01 EB25 EB38 FF05 HH05 LL06 LL13 LL15 LL20

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電源から負荷へ多相電流を供給または遮
    断する切換器と、この多相電流を各相毎に検出する電流
    検出器と、装置の各部に電力を供給する制御電源とを備
    え、過電流発生時に負荷に対する電流の供給を遮断する
    過負荷電流保安装置において、 前記複数の電流検出器の各々を、磁気インピーダンス効
    果を有し、分岐された後再び1本にまとめられる分岐配
    線間に配置されて配線に流れる電流により生じる磁束を
    検出する複数の磁気検出素子から構成し、これらの素子
    にて電流により生じる磁束を検出することを特徴とする
    過負荷電流保安装置。
  2. 【請求項2】 前記制御電源を、前記電源から負荷への
    電流供給経路に各相毎に挿入された一次巻線およびこれ
    に電気的に結合される二次巻線をそれぞれ有する電力供
    給変圧器と、この電力供給変圧器の二次巻線側の電流を
    蓄電する蓄電器と、電圧調整器とから構成することを特
    徴とする請求項1に記載の過負荷電流保安装置。
  3. 【請求項3】 前記制御電源を、前記電源から負荷への
    電流供給経路に各相毎に挿入された一次巻線が鉄心を介
    して二次巻線と電気的に結合される電力供給変圧器と、
    この電力供給変圧器の二次巻線側の電流を蓄電する蓄電
    器と、電圧調整器とから構成するとともに、前記一次巻
    線の鉄心までの距離を各相間で互いに異ならせることを
    特徴とする請求項1に記載の過負荷電流保安装置。
  4. 【請求項4】 前記電流を導く配線と、この配線を固定
    する基板とを設け、この基板上の前記配線の近傍に前記
    磁気検出素子を配置し、電流により生じる磁束を磁気検
    出素子で検出することを特徴とする請求項1ないし3の
    いずれかに記載の過負荷電流保安装置。
  5. 【請求項5】 前記磁気検出素子を、電流により生じる
    磁束に対する出力の絶対値が等しくかつ極性が逆となる
    位置に2つ配置し、この2つの磁気検出素子の出力の差
    の演算結果から前記電流を検出することを特徴とする請
    求項1ないし4のいずれかに記載の過負荷電流保安装
    置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003032461A1 (fr) * 2001-10-09 2003-04-17 Fuji Electric Holdings Co., Ltd. Dispositif de protection contre le courant de surcharge
KR101849727B1 (ko) 2010-11-03 2018-05-31 지멘스 악티엔게젤샤프트 시스템의 적어도 하나의 상을 모니터링하는 측정 시스템

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