JP2004241530A - Zero phase-sequence current transformer - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、送配電線路において地絡事故が生じたり、感電があった場合に流れる地絡電流を検出する零相変流器に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の電流トランス型零相変流器を示す構成図を図6に示す。電流トランス型零相変流器は、パーマロイなどの高透磁率材料により構成される環状鉄芯13の全周にわたって出力巻線14が巻回されており、一次導体6a、6b、6cは環状鉄芯13の中空部を貫通するように配置される。
零相変流器の地絡検出原理は、三相平衡状態(地絡が発生していない状態)ではR相導体6a、S相導体6b、T相導体6cに流れるR相電流Ir、S相電流Is、T相電流Itの総和が常に零であり、環状鉄芯13内に発生する磁束は互いに打ち消し合って出力巻線14には電圧は誘起されないが、地絡が発生した場合には、各相の電流の総和は零ではなくなり、環状鉄芯13内に地絡電流に応じた磁束が発生し出力巻線14に電圧が誘起されることにある。
【0003】
零相変流器にシールドを施し、外部ノイズでの電子回路部品の誤動作を防止した漏電遮断器の漏電電流検出装置がある(例えば、特許文献1参照)。
また、三相交流電路において、零相変流器が不平衡出力を出すような過渡的大電流領域における誤動作防止を有した漏電遮断器の構成が示されている(例えば、特許文献2参照)。
通常、出力巻線14は数千ターン巻き回す必要があるので、小型化に限界があるという問題があった。そこで、従来の電流トランス型に代わるものとして、環状鉄芯中に高感度な磁気インピーダンス素子を配置するものがある(例えば、特許文献3参照)。
【0004】
従来の零相変流器端子構成を図7に示し、(a)は斜視図であり、(b)は正面図、(c)はR相端子のみを上部から見た図である。R相端子10a、100aと、S相端子10b、100bと、T相端子10c、100cは、零相変流器11内部に図7(b)のように配置された、3本の円柱の各一次導体6a、6b、6cにそれぞれ接続され、零相零相変流器11の両側に対して、対象な端子構造を持っていた。
【0005】
【特許文献1】
特開平8−321249号公報 (第5−6頁、第1−5図)
【特許文献2】
特開平9−93790号公報 (第3−4頁、第1−5図)
【特許文献3】
特開平10−232259号公報 (第2−3頁、第1図)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電流トランス型は、出力巻線により環状鉄芯内の磁束を周回積分するので、導体の位置による出力変化が少ないのに対して、特許文献3に開示されている方法は、磁束を周回積分できないので、導体の位置による出力変化が大きく、各導体からのアンペールの法則で発生する磁束の影響を受け易いために残留電流が増大するという問題があった。
また、零相変流器は通常、漏電遮断器に搭載されるが、漏電遮断器に要求される機能としては、地絡検出の他に、各相の過電流検出がある。しかし、従来の零相変流器では前述の原理にて検出を行っているため、過電流検出は不可能であった。そのため、過電流検出のために別途、カレントトランスもしくはバイメタルを用いた機械式の過電流検出機構が必要であった。
【0007】
更に、一次導体6a、6b、6cに接続する端子構造は、その取り出しの容易性から、一次導体6a、6b、6cの長さ方向の中心に対して線対称の位置に端子を設ける図7に示した構成が容易に考えられる。しかし、図7(c)に示すように、零相変流器11の本体内部に位置する、導体6aの内部では、電流密度の高い部分と低い部分とが存在することでの、導体を通過する電流密度の不均一性が著しく起こっていることが、磁場解析で明らかとなっており、3相平衡時の地絡電流が発生しない場合には、理想的には出力は現れないが、電流密度の不均一により、残留電流と呼ばれる出力が発生することで、地絡電流が流れた場合の出力との差を低下させる原因となるという問題があった。
【0008】
本発明の課題は、前記の問題を解決し、小型の過電流検出機能付零相変流器を提供するである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、少なくとも2つの一次導体と、少なくとも2つの磁気センサにより構成される零相変流器において、
少なくとも2つの前記一次導体は径の異なる導体であって、最小径である前記一次導体を除く少なくとも1つの前記一次導体は環状導体であって、すべての前記一次導体は中心位置を同一にして配置し、すべての前記一次導体の外側に1つずつ前記磁気センサを設けることにする。
この際に、少なくとも2つの前記磁気センサのうち、最外郭導体の近傍に配置した前記磁気センサに磁気インピーダンス素子を用いて、他の前記磁気センサにホール素子または磁気抵抗素子を用いることにする。
【0010】
少なくとも2つの一次導体と、少なくとも2つの磁気センサにより構成される零相変流器において、
少なくとも2つの前記一次導体は径の異なる導体であって、最小径である前記一次導体を除く少なくとも1つの前記一次導体は環状導体であって、すべての前記一次導体は中心位置を同一にして配置し、前記一次導体の外側に前記一次導体と中心位置をほぼ同一とする第一環状鉄芯を設け、少なくとも2つ前記一次導体で挟まれる間に1つずつ前記磁気センサを設け、前記第一環状鉄芯の外側に前記磁気センサを設けたことにする。
【0011】
この際に、前記第一環状鉄芯の外側に配置した前記磁気センサに磁気インピーダンス素子を用いて、他の前記磁気センサにホール素子または磁気抵抗素子を用いることにする。
少なくとも2つの一次導体と、少なくとも2つの磁気センサにより構成される零相変流器において、
少なくとも2つの前記一次導体は径の異なる導体であって、最小径である前記一次導体を除く少なくとも1つの前記一次導体は環状導体であって、すべての前記一次導体は中心位置を同一にして配置し、前記一次導体の外側に前記一次導体と中心位置をほぼ同一とする第一環状鉄芯を設け、前記第一環状鉄芯の外側に前記一次導体と中心位置をほぼ同一とする第二環状鉄芯をそれぞれ設け、少なくとも2つ前記一次導体で挟まれる間に1つずつ前記磁気センサを設け、前記第二環状鉄芯に切欠部を設けて前記切欠部に前記磁気センサを配置したことにする。
【0012】
この際に、前記第二環状鉄芯の切欠部に配置した前記磁気センサに磁気インピーダンス素子を用いて、他の前記磁気センサにホール素子または磁気抵抗素子を用いることにする。
また、最小径である前記一次導体が、円柱導体または環状導体であることにする。
さらに、前記一次導体は両端に接続バーを介して端子を有し、前記一次導体両端での前記端子の位置関係は前記一次導体に対して点対称であって、少なくとも2つの各前記一次導体に対する各前記端子間における導体断面と経路長を変更して、それぞれの端子間の電気抵抗を同等とする構成とすることにする。
【0013】
また、前記一次導体両側に対する一方または他方に位置する各前記端子の高さは同一であって、前記一次導体を介して両端に配置された前記端子の高さは異なることにする。
また、前記接続バーは、前記一次導体の両側で長さが異なることにする。
次いで、前記磁気センサとして磁気インピーダンス素子を用いたことにする。
【0014】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の第一の実施例を示す基本配置構成図であり、 (a)は断面図で(b)は側面図、(c)はセンサ配置位置の異なる実施例の断面図である。中央には、円柱状導体である1次(R相)導体1aを配置し、周囲には、同心であり径の異なる環状導体として、1次(S相)導体1bと1次(T相)導体1cをそれぞれ設けた同軸配線方式である。
また、円柱の1次(R相)導体1a外周と、環状の1次(S相)導体1bの内面との間に磁気センサ2aを配置し、環状の1次(S相)導体1bの外周と、環状の1次(T相)導体1cの内面との間には磁気センサ2bを配置し、さらに環状の1次(T相)導体1c外周には磁気センサ2cを配置している。
【0015】
磁気センサ2a(20a)、2b、2cである3つのセンサの配置位置関係は、図1(c)に示すように、中心から円周方向の同軸上にある必要はなく、また一次導体(R相、S相、T相)1aA、1b、1cの各導体間に対する配置位置は、磁気センサ20aのように、一次導体1aAよりも1bの近くに(外側に近く)配置しても、あるいは、磁気センサ20bのように、一次導体1cよりも1bの近く(内側に近く)配置しても良い。
従って、センサの配置位置は、配置すべき範囲内にあれば良く、センサ感度は導体からの距離で決まるため、センサ感度を満足すれば細かな位置関係は限定されるものではない。
【0016】
また、一次導体(R相)1aは、図1(a)に示す円柱でも良く、図1(c)に示す円筒(1aA)でも良い。
さらに、一次導体が、中央の円柱導体または円柱導体と、その外側に配置される同心で径の異なる円筒導体とからなる、2重導体で構成される単相の電気配線にも適用でき、これが交流であっても、直流であっても適用可能である。
図1のように、環状または円柱との組み合わせからなる一次導体1a、1b、1cから成る構成の場合には、各相の一次導体1a、1b、1cは、同心である必要がある。この同心である場合には、各相から発生する磁束の状態が平衡を保つため、ノイズが発生せず、磁気センサ2a、2b、2cの測定感度が良い。しかし、同心条件を0.1mm外れても、ノイズ発生への影響が生ずる。
【0017】
検出原理について以下に説明する。各一次導体(R相、S相、T相)1a、1b、1cの半径距離は、図1に示すようにa〜eとし、一次電流をそれぞれIr,Is,Itとすると、各一次導体に1相づつ電流を印加した場合に、任意の半径rに発生する磁界の強さは以下の通りとなる。
R相導体のみに電流を通電した場合。
r≦aの時、 H=r*Ir/(2*π*a2) ……(1)
r>aの時、 H=Ir/(2*π*r) ……(2)
S相導体のみに電流を通電した場合。
【0018】
r<bの場合、 H=0 ……(3)
b≦r≦cの場合、 H=Is/(2*π*r)*(r2−b2)/(c2−b2) ……(4)
r>cの場合、 H=Is/(2*π*r) ……(5)
T相導体のみに電流を通電
r<dの場合、 H=0 ……(6)
d≦r≦eの場合、 H=It/(2*π*r)*(r2−d2)/(e2−d2) ……(7)
r>eの場合、 H=It/(2*π*r) ……(8)
一次導体に三相交流を通電した場合の磁界の強さは、各相で発生した磁界強度の合成であるため、T相導体の外側に配置した磁気センサ2cの磁界は、前記(1)式、(5)式、(8)式の加算となるので、
センサ2cの磁界の強さ H=(Ir+Is+It) /(2*π*r) ……(9)
地絡電流が流れない場合、3相交流電流の和は零であるので、(9)式つまり、センサ2cの磁界は零となる。一方、任意の相に地絡電流IΔ 30が流れた場合を(10)式に示す。
【0019】
センサ2cの磁界の強さ H=(Ir+Is+It+IΔ 30) /(2*π*r) ……(10)
以上より、最外郭導体の外側に磁気センサを配置し、その出力を検出することにより、地絡電流の検出が可能となる。この場合、一次導体1a、1b、1cに3相交流を通電した際の地絡検出および過電流検出を、3つの磁気センサ2a、2b、2cで行なっても良いし、最外郭導体の近傍に配置した磁気センサ2cで地絡検出を行い、残りの2つの磁気センサ2a、2bで過電流検出を行うこともできる。
同軸配線方式における中心からの距離と発生磁界の強さの関係を、図1中記載の各一次導体(R相、S相、T相)1a、1b、1cの半径距離a〜eを以下のように設定した場合の計算結果として図2に示す。
【0020】
a=3.5mm, b=5.5mm, c=6.5mm, d=8.5mm, e=9mm
図2は、R相のみ125Aの電流を通電した場合、T相のみ、またはS相のみマイナス62.5A通電した場合のそれぞれについて、中心からの距離に対する磁界の強さの変化を示した。これらの計算結果の加算が、実際の3相交流電流として平衡の取れた状態であるため、図2中に3相加算出力として併記した。
地絡電流が無い状態では、3相交流電流を通電すると、最外郭導体の外側では図2中のA部に示す通り、磁界は零である。
【0021】
次に各相電流の検知について説明する。
一次S相導体1bと一次T相導体1cの導体内側に磁界は発生しないので、一次R相導体1aと一次S相導体1bの間に配置した磁気センサ2aの磁界を検出することにより、R相電流の検出が可能となる。
磁気センサ2aの磁界の強さ(R相電流に比例した磁界の強さ)は、上記(2)式の通りであり、一次S相導体1bと一次T相導体1cとの間に配置した磁気センサ2bの磁界は、R相とS相との電流の合成となるので、磁気センサ2bの出力から磁気センサ2aの出力を減算することにより、S相電流を算出できる。
【0022】
磁気センサ2bの磁界の強さ((2)式+(5)式)
H=(Ir+Is)/(2*π*r) ……(11)
(11)式−(2)式(S相電流に比例した磁界の強さ)
H=Is/(2*π*r) ……(12)
T相電流は、R相電流とS相電流の和の逆符号であるので、磁気センサ2bの出力に−1をかけることにより、T相電流を算出できる。
T相電流に比例した磁界の強さ
H=−(Ir+Is)/(2*π*r)= It/(2*π*r) ……(13)
以上より、3つの磁気センサにより地絡電流および各相電流の検出が可能となる。
【0023】
第一の実施例に対する零相変流器全体の構成として、図3に同軸配線方式の零相変流器端子構成を示し、(a)は斜視図であり、(b)は正面図、(c)は裏面図である。
同軸配線方式の一次導体1a、1b、1cの両端に配置された各々の端子であるR相端子8a、80aと、S相端子8b、80bと、T相端子8c、80cは、各一次導体1a、1b、1cの一方の端子8a、8b、8cの接続バー9a、9b、9cに対して、一次導体1a、1b、1cと他方の端子80a、80b、80cとの接続バー90a、90b、90cを、一次導体の導体中心に対して点対称の位置に設けている。
【0024】
本構成により、端子接続バー9a、9b、9cと90a、90b、90cとは、各相としての経路長がほぼ同一となったことから、従来図7に示す構成で発生していた残留電流を著しく低減することが可能である。
端子構成は、必要により図3に示すように、一方の端子80a、80b、80cをセットとして、他方の端子8a、8b、8cに対して高さや位置を変えることもできる。
次に、本発明の第二の実施例について図4により説明する。図4の第二の実施例の構成は、図1の第一実施例の構成に対して、最外郭の一次導体1cの外側にシールド用の鉄芯として第一環状鉄芯3を設け、磁気センサ2cの位置を第一環状鉄芯3の外側に移動したことが異なっている。また、一次導体(R相)1aは、円柱でも円筒でも良く、第一環状鉄芯3を配置した以外は第一の実施例と同じであるので、その他の説明は省略する。
【0025】
第一実施例の構成において、図1では三つの一次導体1a、1b、1cが同心の場合は、地絡電流が流れない場合の3相交流電流の和が零になるが、同心でない場合には残留電流と呼ばれる出力が発生し、地絡電流が流れた場合の出力との差を低下させる原因になった。そこで、この対策として第二の実施例の構成では、図4における最外郭に、シールド用の第一環状鉄芯3を設けることで、一次導体1a、1b、1cが同心でない場合に発生する残留電流の低減が可能となるので、第一環状鉄芯3の外側に磁気センサ2cを配置し、その出力を検出することにより、地絡電流を検出することができる。
【0026】
このように、3つの磁気センサ2a、2b、2cのうち、第一環状鉄芯3の外側に配置した磁気センサ2cで地絡検出を、残りの2つの磁気センサ2a、2bで過電流検出を行うことができる。
次に、本発明の第三の実施例について図5により説明する。図5の第三の実施例は、図4の第二実施例の構成に対して、最外郭の第一環状鉄芯3の外側に、集磁鉄芯である第二環状鉄芯4を設け、地絡検出用の磁気センサ2cを、第二環状鉄芯4の中に配置した構成である。その他の構成は第二の実施例と同じであるので、説明は省略する。
【0027】
図5のような第三の実施例に基づく第二環状鉄芯4の内部に磁気センサ2cを配置する構成では、地絡時の感度向上と、センサ位置誤差の影響を低減することができる。その場合、磁気センサ2cの検知磁界は数A/mと微小であり、鉄芯飽和の影響が少ない。
零相変流器としての検出は、3つの磁気センサ2a、2b、2cのうち、第二環状鉄芯4中に配置した磁気センサ2cで地絡検出を、残りの2つの磁気センサ2a、2bで過電流検出を行うことができる。
地絡電流用のセンサ2cの検知磁界は数A/mと微小であるので、ホール素子や磁気抵抗素子では検出不可能なため、高感度な磁気センサである磁気インピーダンス素子を使用する必要がある。但し、各相電流用のセンサ2a,2bの検知磁界はホール素子や磁気抵抗素子で検出可能である。
【0028】
従って、3つの磁気センサ2a,2b,2cを磁気インピーダンス素子で構成することもできるし、他のセンサ2a,2bをホール素子または磁気抵抗素子で構成し、センサ2cを磁気インピーダンス素子で構成することもできる。
【0029】
【発明の効果】
この発明の零相変流器では、従来方式のように巻き線を巻回する環状鉄芯を用いないので、磁気飽和を考慮する必要がなく、小型化が可能となる。
また、零相変流器で、地絡検出と過電流検出の両方が可能なことから、漏電遮断器に従来用いられていた過電流検出部を削除することができるので、漏電遮断器の小型化、低コストが容易に達成できる。
一次導体に流れる電流密度を均一にできるので、電流密度の不均一により発生する残留電流の低減が可能となり、地絡検出性能も向上できる。
【0030】
シールド鉄芯を設けることで、一次導体が同心でない場合に発生する残留電流を低減できるので、一般的な導体位置決め精度でも、安定した地絡検出が可能となり、低コストが容易に行える。
地絡検出用センサを集磁鉄芯中に配置することにより、地絡時の感度向上と、センサ位置誤差の影響を低減することができる。この場合、地絡検出用センサの検知磁界は数A/mと微小であり、鉄芯飽和の影響が少ない。低コストな構造で、高精度な地絡検出が可能となる。
3つの磁気センサともに磁気インピーダンス素子を用いることができるので、回路の共通化が図れ、低コスト化が可能となる。
【0031】
さらに、地絡検出用に磁気インピーダンス素子を用い、各相電流検知用にホール素子を用いることができるので、ホール素子用回路部分の簡略化が図れ、低コスト化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一の実施例を示す基本配置構成図
【図2】本発明の実施例の計算結果説明図
【図3】本発明の実施例に係る零相変流器端子構成図
【図4】本発明の第二実施例の構成図
【図5】本発明の第三実施例の構成図
【図6】従来の電流トランス型零相変流器を示す構成図
【図7】従来の零相変流器端子構成図
【符号の説明】
1: 一次導体
2: 磁気センサ
3: 第一環状鉄心
4: 第二環状鉄心
8、80: 端子
9、90: 端子接続バー
10、100:端子
11: 零相変流器[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a zero-phase current transformer that detects a ground fault current that flows when a ground fault occurs in a transmission and distribution line or there is an electric shock.
[0002]
[Prior art]
FIG. 6 is a configuration diagram showing a conventional current transformer type zero-phase current transformer. In a current transformer type zero-phase current transformer, an output winding 14 is wound around the entire circumference of an
The principle of detecting the ground fault of the zero-phase current transformer is that the R-phase current Ir and the S-phase current flowing through the R-
[0003]
There is a leakage current detection device for a leakage breaker in which a zero-phase current transformer is shielded to prevent malfunction of electronic circuit components due to external noise (for example, see Patent Document 1).
Further, in a three-phase AC circuit, there is disclosed a configuration of an earth leakage breaker having malfunction prevention in a transient large current region where a zero-phase current transformer outputs an unbalanced output (for example, see Patent Document 2). .
Usually, it is necessary to wind the output winding 14 several thousand turns, so that there is a problem in that the size reduction is limited. Then, as an alternative to the conventional current transformer type, there is one in which a highly sensitive magnetic impedance element is arranged in a ring-shaped iron core (for example, see Patent Document 3).
[0004]
FIG. 7 shows a conventional zero-phase current transformer terminal configuration, in which (a) is a perspective view, (b) is a front view, and (c) is a view of only the R-phase terminal viewed from above. The R-
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-322249 (pages 5-6, FIG. 1-5)
[Patent Document 2]
JP-A-9-93790 (page 3-4, FIG. 1-5)
[Patent Document 3]
JP-A-10-232259 (page 2-3, FIG. 1)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional current transformer type uses the output winding to orbitally integrate the magnetic flux in the annular iron core, so that the output change due to the position of the conductor is small. However, there is a problem that the output changes depending on the position of the conductor is large and the residual current increases due to the susceptibility to the magnetic flux generated by Ampere's law from each conductor.
In addition, the zero-phase current transformer is usually mounted on the earth leakage breaker. The functions required for the earth leakage breaker include overcurrent detection of each phase in addition to ground fault detection. However, in the conventional zero-phase current transformer, since the detection is performed based on the above-described principle, overcurrent cannot be detected. Therefore, a separate mechanical overcurrent detection mechanism using a current transformer or bimetal is required for overcurrent detection.
[0007]
Further, the terminal structure connected to the
[0008]
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problem and to provide a compact zero-phase current transformer with an overcurrent detection function.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, in a zero-phase current transformer composed of at least two primary conductors and at least two magnetic sensors,
At least two of the primary conductors are conductors having different diameters, and at least one of the primary conductors except for the primary conductor having the smallest diameter is an annular conductor, and all the primary conductors are arranged with the same center position. Then, one magnetic sensor is provided outside each of the primary conductors.
In this case, of the at least two magnetic sensors, a magnetic impedance element is used for the magnetic sensor arranged near the outermost conductor, and a Hall element or a magnetoresistive element is used for the other magnetic sensors.
[0010]
In a zero-phase current transformer composed of at least two primary conductors and at least two magnetic sensors,
At least two of the primary conductors are conductors having different diameters, and at least one of the primary conductors except for the primary conductor having the smallest diameter is an annular conductor, and all the primary conductors are arranged with the same center position. A first annular iron core having a center position substantially the same as the primary conductor is provided outside the primary conductor, and the magnetic sensors are provided one by one while being sandwiched between at least two primary conductors. It is assumed that the magnetic sensor is provided outside the annular iron core.
[0011]
At this time, a magnetic impedance element is used for the magnetic sensor disposed outside the first annular iron core, and a Hall element or a magnetoresistive element is used for the other magnetic sensors.
In a zero-phase current transformer composed of at least two primary conductors and at least two magnetic sensors,
At least two of the primary conductors are conductors having different diameters, and at least one of the primary conductors except for the primary conductor having the smallest diameter is an annular conductor, and all the primary conductors are arranged with the same center position. A first annular iron core having substantially the same center position as the primary conductor is provided outside the primary conductor, and a second annular core having substantially the same center position as the primary conductor outside the first annular iron core is provided. Iron cores are provided, and the magnetic sensors are provided one by one while being sandwiched by at least two primary conductors; a notch is provided in the second annular iron core; and the magnetic sensor is arranged in the notch. I do.
[0012]
At this time, a magnetic impedance element is used for the magnetic sensor disposed in the cutout of the second annular iron core, and a Hall element or a magnetoresistive element is used for the other magnetic sensors.
The primary conductor having the minimum diameter is a cylindrical conductor or an annular conductor.
Further, the primary conductor has terminals at both ends via connection bars, and the positional relationship of the terminals at both ends of the primary conductor is point-symmetric with respect to the primary conductor, and at least two positions relative to each of the primary conductors are provided. The conductor cross section and the path length between the terminals are changed to make the electric resistance between the terminals equal.
[0013]
Also, the height of each terminal located at one or the other with respect to both sides of the primary conductor is the same, and the height of the terminals disposed at both ends via the primary conductor is different.
Further, the connection bar has a different length on both sides of the primary conductor.
Next, a magnetic impedance element is used as the magnetic sensor.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIGS. 1A and 1B are basic arrangement configuration diagrams showing a first embodiment of the present invention. FIG. 1A is a cross-sectional view, FIG. 1B is a side view, and FIG. 1C is a cross-sectional view of an embodiment having different sensor arrangement positions. is there. A primary (R-phase)
Further, the magnetic sensor 2a is arranged between the outer periphery of the cylindrical primary (R-phase)
[0015]
As shown in FIG. 1C, the positional relationship between the three sensors, ie, the magnetic sensors 2a (20a), 2b, and 2c, does not need to be coaxial in the circumferential direction from the center, and the primary conductor (R (Phase, S phase, T phase) 1aA, 1b, 1c may be arranged closer to (closer to the outside of) the primary conductor 1aA than the primary conductor 1aA, as in the magnetic sensor 20a. Like the magnetic sensor 20b, it may be arranged closer to (closer to) the inside of the
Therefore, it is sufficient that the sensor is disposed within a range in which the sensor is to be disposed, and the sensor sensitivity is determined by the distance from the conductor. Therefore, if the sensor sensitivity is satisfied, the detailed positional relationship is not limited.
[0016]
Further, the primary conductor (R phase) 1a may be a cylinder shown in FIG. 1A or a cylinder (1aA) shown in FIG. 1C.
Furthermore, the primary conductor can also be applied to a single-phase electrical wiring composed of a double conductor consisting of a central cylindrical conductor or a cylindrical conductor and concentric cylindrical conductors having different diameters arranged outside the central conductor. It can be applied to both AC and DC.
As shown in FIG. 1, in the case of a configuration including the
[0017]
The detection principle will be described below. As shown in FIG. 1, the radius distances of the primary conductors (R phase, S phase, T phase) 1a, 1b, and 1c are a to e, and the primary currents are Ir, Is, and It, respectively. When a current is applied one phase at a time, the intensity of the magnetic field generated at an arbitrary radius r is as follows.
When current is applied only to the R-phase conductor.
When r ≦ a, H = r * Ir / (2 * π * a 2 ) (1)
When r> a, H = Ir / (2 * π * r) (2)
When current is applied only to the S-phase conductor.
[0018]
In the case of r <b, H = 0 (3)
When b ≦ r ≦ c, H = Is / (2 * π * r) * (r 2 −b 2 ) / (c 2 −b 2 ) (4)
When r> c, H = Is / (2 * π * r) (5)
When a current is applied only to the T-phase conductor and r <d, H = 0 (6)
In the case of d ≦ r ≦ e, H = It / (2 * π * r) * (r 2 −d 2 ) / (e 2 −d 2 ) (7)
When r> e, H = It / (2 * π * r) (8)
Since the strength of the magnetic field when a three-phase alternating current is applied to the primary conductor is a composite of the strength of the magnetic field generated in each phase, the magnetic field of the
Magnetic field strength of
When the ground fault current does not flow, the sum of the three-phase AC currents is zero, and therefore the expression (9), that is, the magnetic field of the
[0019]
The strength of the magnetic field of the
As described above, by arranging the magnetic sensor outside the outermost conductor and detecting its output, the ground fault current can be detected. In this case, the ground fault detection and the overcurrent detection when the three-phase alternating current is applied to the
The relationship between the distance from the center and the strength of the generated magnetic field in the coaxial wiring method is shown in FIG. 1 by using the radial distances a to e of the primary conductors (R, S, and T phases) 1a, 1b, and 1c as follows. FIG. 2 shows the calculation results when the settings are made as described above.
[0020]
a = 3.5 mm, b = 5.5 mm, c = 6.5 mm, d = 8.5 mm, e = 9 mm
FIG. 2 shows a change in the magnetic field strength with respect to the distance from the center when a current of 125 A is applied only to the R phase, when only the T phase is applied, or when only the S phase is applied to minus 62.5 A. Since the addition of these calculation results is in a balanced state as an actual three-phase alternating current, it is also shown as a three-phase addition output in FIG.
In the state where there is no ground fault current, when a three-phase AC current is applied, the magnetic field is zero outside the outermost conductor as shown in the portion A in FIG.
[0021]
Next, detection of each phase current will be described.
Since no magnetic field is generated inside the conductors of the primary S-
The strength of the magnetic field of the magnetic sensor 2a (the strength of the magnetic field in proportion to the R-phase current) is as shown in the above equation (2), and the magnetic field disposed between the primary S-
[0022]
Magnetic field strength of magnetic sensor 2b (Formula (2) + Formula (5))
H = (Ir + Is) / (2 * π * r) (11)
Equation (11)-Equation (2) (magnetic field strength proportional to S-phase current)
H = Is / (2 * π * r) (12)
Since the T-phase current has the opposite sign of the sum of the R-phase current and the S-phase current, the T-phase current can be calculated by multiplying the output of the magnetic sensor 2b by -1.
Magnetic field strength H = − (Ir + Is) / (2 * π * r) = It / (2 * π * r) proportional to T-phase current (13)
As described above, the ground fault current and each phase current can be detected by the three magnetic sensors.
[0023]
As a configuration of the entire zero-phase current transformer for the first embodiment, FIG. 3 shows a terminal configuration of a zero-phase current transformer of a coaxial wiring system, (a) is a perspective view, (b) is a front view, and (b) is a front view. (c) is a back view.
The R-
[0024]
With this configuration, the
As shown in FIG. 3, if necessary, one
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The configuration of the second embodiment of FIG. 4 is different from the configuration of the first embodiment of FIG. 1 in that a first
[0025]
In the configuration of the first embodiment, in FIG. 1, when the three
[0026]
As described above, of the three
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The third embodiment shown in FIG. 5 is different from the second embodiment shown in FIG. 4 in that a second
[0027]
In the configuration in which the
The detection as a zero-phase current transformer detects the ground fault with the
Since the detection magnetic field of the ground fault
[0028]
Therefore, the three
[0029]
【The invention's effect】
The zero-phase current transformer of the present invention does not use a ring-shaped iron core for winding a winding as in the conventional method, so that it is not necessary to consider magnetic saturation and the size can be reduced.
In addition, since the zero-phase current transformer can perform both ground fault detection and overcurrent detection, the overcurrent detection unit conventionally used for an earth leakage breaker can be eliminated. And cost reduction can be easily achieved.
Since the current density flowing through the primary conductor can be made uniform, the residual current generated due to the uneven current density can be reduced, and the ground fault detection performance can be improved.
[0030]
By providing the shield iron core, the residual current generated when the primary conductor is not concentric can be reduced, so that stable ground fault detection is possible even with general conductor positioning accuracy, and low cost can be easily achieved.
By arranging the ground fault detection sensor in the magnetism collecting iron core, it is possible to improve the sensitivity at the time of ground fault and reduce the influence of the sensor position error. In this case, the detection magnetic field of the ground fault detection sensor is as small as several A / m, and the influence of iron core saturation is small. With a low cost structure, highly accurate ground fault detection becomes possible.
Since a magnetic impedance element can be used for each of the three magnetic sensors, the circuit can be shared, and the cost can be reduced.
[0031]
Further, since a magnetic impedance element is used for detecting a ground fault, and a Hall element can be used for detecting each phase current, the circuit for the Hall element can be simplified and the cost can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a basic arrangement diagram showing a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram illustrating calculation results of an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a terminal configuration of a zero-phase current transformer according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a block diagram of a second embodiment of the present invention. FIG. 5 is a block diagram of a third embodiment of the present invention. FIG. 6 is a block diagram showing a conventional current transformer type zero-phase current transformer. ] Conventional zero-phase current transformer terminal configuration diagram [Description of symbols]
1: Primary conductor 2: Magnetic sensor 3: First annular core 4: Second
Claims (11)
少なくとも2つの前記一次導体は径の異なる導体であって、最小径である前記一次導体を除く少なくとも1つの前記一次導体は環状導体であって、すべての前記一次導体は中心位置を同一にして配置し、すべての前記一次導体の外側に1つずつ前記磁気センサを設けたことを特徴とする零相変流器。In a zero-phase current transformer composed of at least two primary conductors and at least two magnetic sensors,
At least two of the primary conductors are conductors having different diameters, and at least one of the primary conductors except for the primary conductor having the smallest diameter is an annular conductor, and all the primary conductors are arranged with the same center position. A zero-phase current transformer, wherein one magnetic sensor is provided outside each of the primary conductors.
少なくとも2つの前記一次導体は径の異なる導体であって、最小径である前記一次導体を除く少なくとも1つの前記一次導体は環状導体であって、すべての前記一次導体は中心位置を同一にして配置し、前記一次導体の外側に前記一次導体と中心位置をほぼ同一とする第一環状鉄芯を設け、少なくとも2つ前記一次導体で挟まれる間に1つずつ前記磁気センサを設け、前記第一環状鉄芯の外側に前記磁気センサを設けたことを特徴とする零相変流器。In a zero-phase current transformer composed of at least two primary conductors and at least two magnetic sensors,
At least two of the primary conductors are conductors having different diameters, and at least one of the primary conductors except for the primary conductor having the smallest diameter is an annular conductor, and all the primary conductors are arranged with the same center position. A first annular iron core having a center position substantially the same as the primary conductor is provided outside the primary conductor, and the magnetic sensors are provided one by one while being sandwiched between at least two primary conductors. A zero-phase current transformer, wherein the magnetic sensor is provided outside a ring-shaped iron core.
少なくとも2つの前記一次導体は径の異なる導体であって、最小径である前記一次導体を除く少なくとも1つの前記一次導体は環状導体であって、すべての前記一次導体は中心位置を同一にして配置し、前記一次導体の外側に前記一次導体と中心位置をほぼ同一とする第一環状鉄芯を設け、前記第一環状鉄芯の外側に前記一次導体と中心位置をほぼ同一とする第二環状鉄芯をそれぞれ設け、少なくとも2つ前記一次導体で挟まれる間に1つずつ前記磁気センサを設け、前記第二環状鉄芯に切欠部を設けて前記切欠部に前記磁気センサを配置したことを特徴とする零相変流器。In a zero-phase current transformer composed of at least two primary conductors and at least two magnetic sensors,
At least two of the primary conductors are conductors having different diameters, and at least one of the primary conductors except for the primary conductor having the smallest diameter is an annular conductor, and all the primary conductors are arranged with the same center position. A first annular iron core having substantially the same center position as the primary conductor is provided outside the primary conductor, and a second annular core having substantially the same center position as the primary conductor outside the first annular iron core is provided. Iron cores are respectively provided, the magnetic sensors are provided one by one while being sandwiched by at least two primary conductors, a notch is provided in the second annular iron core, and the magnetic sensor is arranged in the notch. Characterized zero-phase current transformer.
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