JP2012141301A - 電流測定システム及び電流測定システムを組み立てる方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回路遮断器において、漂遊磁場の影響による偽指標（無用トリップ）を防ぐ。
【解決手段】導体（４６）を流れる電流を測定する電流測定システム（１０）を記載する。このシステムは、第一の磁束を測定して、第一の磁束に比例した第一の信号（２０）を発生するように構成されている第一のセンサ（１６）を含んでいる。このシステムはまた、第二の磁束を測定して、第二の磁束に比例した第二の信号（２２）を与えるように構成されており、漂遊磁場に対して第一のセンサよりも高い感度を有する第二のセンサ（１８）を含んでいる。このシステムはまた、第一のセンサ及び第二のセンサに結合されて、第一の信号及び第二の信号を受け取るように構成されているプロセッサ（１４）を含んでいる。プロセッサはさらに、第一の信号及び第二の信号を比較することにより漂遊磁場の存在を決定するように構成されている。
【選択図】図１

Description

本開示の分野は一般的には、電流測定システム及び電流測定システムを組み立てる方法に関し、さらに具体的には、多数の磁場センサを含む電流測定システムに関する。

例えば住宅環境又は商業環境を保護するために現在用いられている回路遮断器は一般的には、過電流状態の存在を検出して、回路遮断器接点を分離する動作機構を解放する。電流の流れは、電流路に分路（シャント）抵抗器を配置して、分路抵抗器に跨がる電圧降下を測定することにより監視され得る。しかしながら、電流がこの態様で監視されるときに、望ましくない熱が分路抵抗器によって発生される。検知変圧器を用いると、電流路に分路抵抗器を配置せずに導体の内部での交流電流（ＡＣ）のレベルを検出することができる。また、固体磁場センサ、例えばホール素子又は巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）素子を用いると、電流路に分路抵抗器を配置せずに導体を流れるＡＣ又は直流電流（ＤＣ）を測定することができる。ホール素子は磁束を測定して、測定された磁束のレベルに対応する電圧を発生する。しかしながら、かかるセンサは、周囲環境からの漂遊磁場に曝されると誤差を起こし易い。ホール素子は、導体の電流によって発生される磁場と漂遊磁場とを区別することができない。ホール素子は単に磁束のレベルを測定するのみである。

米国特許第７３６９３８９号

隣接する装置からの磁場が雑音を発生して、導体を流れる電流の正確な測定を妨げる。このことは、回路遮断器が、大きい突入（インラッシュ）電流又は短絡電流を蒙り得る多数の装置に近接しているような応用にこれらの回路遮断器が用いられるときに重大な問題となり得る。これらの大電流は典型的には過渡的であるが、大きい磁場を発生する。例えば、多相回路が多数の回路遮断器を含むことができ、各々の回路遮断器が、一つの相における電流が過電流レベルを上回った場合にこの相を切り離すように構成される。この多相回路では、過電流が一つの相の内部で発生すると、直に隣接する相の回路遮断器がこの隣接する相での過電流発生の偽指標を与える程の磁束を発生する場合がある。

典型的には、導体の内部での電流レベルを測定するために配置されるホール素子に対する漂遊磁場の影響を低減するために、距離及び磁気遮蔽が用いられている。遮蔽を行なわなければ、隣接する極における電流のためホール素子の出力が導体の内部の実際の電流よりも大きい電流レベルに対応する場合がある（すなわちホール素子が導体の内部の実際の電流の正確な測定を与えない）。この偽信号が回路遮断器の公称設定値よりも大きくなると、回路遮断器のトリップ（tripping、引き外し）を生じ得る。導体の内部の実際の電流が過電流レベルを下回っているときの回路遮断器のトリップを、本書では無用トリップ（nuisance tripping）と呼ぶ。例えば、磁心を用いて導体の磁場を集中させて、センサを漂遊磁場から遮蔽することができる。磁場遮蔽材料は、磁束を引き入れてセンサから遠ざける。さらに、センサと漂遊磁場発生源との間の距離を増大させて、漂遊磁場がセンサに及ぼす影響を小さくする。

大磁場の可能性のあるシステムについて、良好な信号対雑音比（すなわち隣接する装置からの低雑音）を保証するのに十分な遮蔽又は距離を設けることが可能でない場合がある。幾つかの回路遮断器応用、例えば配線用回路遮断器での寸法制限は、回路遮断器同士の狭い間隔のため遮蔽及び距離の実効性を限定する。寸法が制限要素でないとしても、遮蔽のための材料が回路遮断器の加算費用となる。

一観点では、導体を流れる電流を測定する電流測定システムを提供する。このシステムは、第一の磁束を測定して、第一の磁束に比例した第一の信号を発生するように構成されている第一のセンサを含んでいる。このシステムはまた、第二の磁束を測定して、第二の磁束に比例した第二の信号を与えるように構成されており、漂遊磁場に対して第一のセンサよりも高い感度を有する第二のセンサを含んでいる。このシステムはまた、第一のセンサ及び第二のセンサに結合されて、第一の信号及び第二の信号を受け取るように構成されているプロセッサを含んでいる。プロセッサはさらに、第一の信号及び第二の信号を比較することにより漂遊磁場の存在を決定するように構成されている。

他の観点では、電源と負荷との間に配置される回路保護装置を提供する。少なくとも一つの導体が電源を負荷に結合する。この装置は、第一の磁束を測定して、第一の磁束に比例した第一の信号を与えるように構成されている第一のセンサを含んでいる。この装置はまた、第二の磁束を測定して、第二の磁束に比例した第二の信号を与えるように構成されている第二のセンサを含んでいる。第二のセンサは、漂遊磁場に対して第一のセンサよりも高い感度を有する。この装置はまた、第一のセンサ及び第二のセンサに結合されて、第一の信号及び第二の信号を受け取るように構成されているプロセッサを含んでいる。プロセッサはさらに、漂遊磁場の存在を決定するために第一の信号及び第二の信号を比較するように構成されている。プロセッサはさらに、トリップ信号を発生するように構成されている。この装置はまた、プロセッサに結合されて、トリップ信号に応答して電源を負荷から切り離すように構成されているトリップ装置を含んでいる。

さらにもう一つの観点では、電源と負荷との間に配置される回路保護装置を組み立てる方法を提供する。少なくとも一つの導体が電源を負荷に結合する。この方法は、第一の磁束を測定する第一の磁場センサを設けるステップと、第二の磁束を測定する第二の磁場センサを設けるステップとを含んでいる。第二の磁場センサは、漂遊磁場に対して第一の磁場センサよりも高い感度を有する。この方法はまた、第一の磁束及び第二の磁束の比較に少なくとも部分的に基づいてトリップ信号を発生するようにプロセッサを構成するステップを含んでいる。

電流測定システムの実施形態の一例のブロック図である。 図１に示す電流測定システムを含む回路保護装置の一例のブロック図である。 図１に示す感知装置の実施形態の一例の遠近図である。 図１に示す感知装置の第一の代替的な実施形態の遠近図である。 図１に示す感知装置の第二の代替的な実施形態の遠近図である。 導体を流れる電流を決定する方法の一例の流れ図である。 図２に示す回路保護装置を組み立てる方法の一例の流れ図である。

本書に記載される方法、システム及び装置は、導体の電流を測定することを容易にし、例えば電流測定を利用して回路保護装置を動作させることを容易にする。回路保護装置の一例は回路遮断器である。回路保護装置に関して本書に記載されるが、本書に記載される方法、システム及び装置はまた、他の形式のシステム、例えば限定しないが電動機及び制御系統、並びに電気車輛等の内部に含まれ、又はかかるシステムと共に用いられ得る。本書に記載される方法、システム及び装置は、複数の磁場センサと、漂遊磁場の存在を識別するように構成されているプロセッサとを含んでいる。さらに、プロセッサは、測定される磁束のうち導体を流れる電流によって発生される部分と、測定される磁束のうち漂遊磁場に関連する部分とを区別することができる。

本書に記載される方法、システム及び装置の技術的効果は、（ａ）第一の磁束を測定すること、（ｂ）第二の磁束を測定すること、並びに（ｃ）第一の磁束及び第二の磁束を比較することにより漂遊磁場の存在を決定することの少なくとも一つを含んでいる。

図１は、電流測定システム１０の実施形態の一例のブロック図である。電流測定システム１０は、導体（図２に示す）を流れる電流のレベルを測定するように構成されている。この実施形態の例では、電流測定システム１０は、磁束感知装置１２及び処理部１４を含んでいる。この実施形態の例では、磁場感知装置１２は、第一のセンサ１６及び第二のセンサ１８を含んでいる。代替的な実施形態では、感知装置１２は、電流測定システム１０が本書に記載されるように作用することを可能にする任意の数のセンサを含んでいる。感知装置１２は、処理部１４に結合されて、処理部１４に少なくとも一つの磁束信号、例えば第一の磁束信号２０及び第二の磁束信号２２を与える。処理部１４は第一の磁束信号２０及び第二の磁束信号２２を処理して、電流レベル信号２４を出力する。電流レベル信号２４は、利用者に導体を流れる電流の指標を与えるように構成されている表示装置２６によって受け取られ得る。例えば、表示装置２６は、電流レベル信号２４を利用者によって読み取られ得る数へ変換するように構成されている表示画面を含み得る。表示装置２６はまた、警報器を含み得る。処理部１４は、対応する電流レベルが予め画定されている閾値を上回ったときにのみ電流レベル信号２４を出力するように構成され得る。電流レベル信号２４を受け取ると、警報器は利用者に対し、測定された電流が予め画定されている閾値を上回ったことを知らせる。電流レベル信号２４はまた、回路保護装置（図２に示す）のトリップ装置（図２に示す）にも与えられ得る。

図２は、回路保護装置３０の実施形態の一例のブロック図である。回路保護装置の非限定的な一例は回路遮断器である。但し、回路保護装置３０は、本書に記載されているような過電流状態から回路を保護するように構成されている任意の装置であってよい。この実施形態の例では、回路保護装置３０は、電流測定システム１０及びトリップ装置３４を含んでいる。この実施形態の例では、処理部１４を電子式トリップ制御部とも呼ぶ。さらに、電流測定システム１０は、回路保護装置３０の内部に含まれるように記載されているが、磁束の測定を用いて導体を流れる電流を測定する任意のシステム及び／又は装置の内部に含まれ得る。かかるシステム及び／又は装置は、限定しないが電動機、電動機制御系統、及び電気車輛を含み得る。回路保護装置３０はまた、電源３６を含み得る。回路保護装置３０は回路４０の内部に含まれ、回路４０はまた、少なくとも一つの導体４６によって結合されている電源４２及び負荷４４を含んでいる。回路保護装置３０は、過電流状態を感知すると開く（すなわち回路４０を途絶する）ことにより回路４０を保護する。過電流状態は本書では、予め画定されている閾値電流レベルを上回る導体の内部での電流レベルの存在として定義される。例えば、処理部１４は、予め画定されている回路遮断器トリップ曲線に依存し得る瞬間過電流、短時間過電流、及び／又は長時間過電流の各状態を決定するように構成され得る。

この実施形態の例では、処理部１４は、信号調整回路５０及びプロセッサ５２を含んでいる。本書で用いられるプロセッサとの用語は、中央処理ユニット、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、縮小命令セット回路（ＲＩＳＣ）、特定応用向け集積回路（ＡＳＩＣ）、論理回路、及び本書に記載される作用を実行することが可能な他の任意の回路又はプロセッサを指す。

この実施形態の例では、感知装置１２は複数の磁束センサ、例えば限定しないがホール効果センサ、巨大磁気抵抗型磁場センサ、異方性磁気抵抗型（ＡＭＲ）センサ、フラックスゲート／マイクロ・フラックスゲート・センサ、巨大磁気インピーダンス（ＧＭＩ）・センサ、及び／又はトンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ）センサを含んでいる。感知装置１２は、磁束を測定して、測定された磁束を示す信号５４を与える。導体４６を流れる電流が、当該導体４６から発散する磁場を発生する。漂遊磁場が存在しない場合には、感知装置１２によって測定される磁束は導体４６を流れる電流の量に比例する。従って、導体４６を包囲する磁場を測定することにより、導体４６を流れる電流の量を決定することができる。例えば、信号５４は、測定された磁束に比例する電圧レベルを有する電圧を含み得る。信号調整回路５０は信号５４を受け取って調整し、信号５６をプロセッサ５２へ出力する。例えば、信号調整回路５０は、アナログ信号５４を受け取ってこのアナログ信号５４をディジタル信号５６へ変換するアナログ−ディジタル変換器を含み得る。プロセッサ５２は、信号５６を受け取って処理して、導体４６を流れる電流のレベルを決定する。この実施形態の例では、導体４６を流れる電流のレベルが予め画定されている閾値電流レベルよりも高いと決定された場合には、プロセッサ５２は電流レベル信号６０を発生して、電流レベル信号６０をトリップ装置３４へ伝達する。本書では、電流レベル信号６０をトリップ信号とも呼ぶ。予め決められた閾値電流は、導体４６の内部での過電流状態に関連する電流のレベルである。

この実施形態の例では、トリップ装置３４は、トリップ・モジュール６４、アクチュエータ６６、及び動作機構６８を含んでいる。この実施形態の例では、電源３６は、動作電圧７８をプロセッサ５２に与え、駆動電圧８０をトリップ・モジュール６４に与える。トリップ・モジュール６４はプロセッサ５２から電流レベル信号６０を受け取り、電流レベル信号６０に応答して駆動電圧８０をアクチュエータ６６に与える。アクチュエータ６６は、駆動信号８２を発生して動作機構６８、例えばソレノイドに与え、動作機構６８をトリップさせる。すると、動作機構６８は回路遮断器接点８８を開く。回路遮断器接点８８を開くと、接点８８が閉じていたときに与えられていた電源４２と負荷４４との間の電気的接続が切り離される。

上述のように、感知装置１２は磁束を測定して、測定された磁束を示す信号５４を発生する。感知装置１２は、当該感知装置１２によって測定される磁束が少なくとも一つの導体４６を流れる電流によって発生されるように、回路４０の内部に配置される。この態様で感知装置１２を配置することにより、感知装置１２によって測定される磁束のレベルは少なくとも一つの導体４６を流れる電流の量に比例する。しかしながら、感知装置１２はまた、周囲環境からの漂遊磁場にも曝され得る。特定的な一例では、ホール効果センサは、導体４６の電流によって発生される磁場と漂遊磁場とを区別しない。従って、漂遊磁場は雑音を生成して、磁場センサを含む電流測定システムが正確な電流測定を与えることを妨げる場合がある。例えば、回路保護装置３０は、この回路保護装置が大きい突入電流及び／又は短絡電流を蒙る多数の装置に近接しているような応用の内部に含まれ得る。これらの大電流は典型的には過渡的であるが、回路保護装置３０の動作に干渉し得る大きい磁場を発生する。

さらに明確に述べると、感知装置１２によって測定される磁束は、他の原因によって発生される磁場（すなわち漂遊磁場）を含み得る。例えば、回路遮断器装置３０は、多相回路の第一の相の内部の過電流状態を検出するように構成され得る。多相回路は多数の回路遮断器装置３０を含んでおり、各々の回路遮断器装置３０が、一つの相の内部で過電流状態が検出されたときに電源４２から負荷を切断するように構成されている。しかしながら、第一の相の内部の過電流状態は、直に隣接する相に実質的な磁束を発生し、この隣接する相での過電流状態の偽指標を生ずる場合がある。従って、感知装置１２によって測定される磁束は、少なくとも一つの導体４６を流れる電流によって発生される磁場と、漂遊磁場とを含み得る。

図３は、感知装置１２（図１に示す）の実施形態の一例９８の遠近図である。この実施形態の例では、感知装置９８は、第一の磁場センサ１６及び第二の磁場センサ１８を含んでいる。ここでは２個の磁場センサを含むものとして記載されているが、感知装置９８は、当該感知装置９８が本書に記載されるように作用することを可能にする任意の数のセンサを含み得る。この実施形態の例では、感知装置９８はまた、磁気遮蔽１０４を含んでいる。

この実施形態の例では、磁気遮蔽１０４は、第一のセンサ１６の周囲に少なくとも部分的に配置されている。さらに明確に述べると、磁気遮蔽１０４は、第一のセンサ１６と漂遊磁場発生源との間に配置され、従って第一のセンサ１６を漂遊磁場から少なくとも部分的に遮蔽する。この実施形態の例では、第二のセンサ１８は漂遊磁場から遮蔽されず、従って漂遊磁場に対して第一のセンサ１６よりも高感度である。代替的には、第一のセンサ１６及び／又は第二のセンサ１８を遮蔽する異なる強さの磁気遮蔽を設けてもよい。選択される遮蔽強さは、所望のセンサ感度を生成することを容易にするものとする。磁気遮蔽１０４は、厚み、配置、及び／又は材料の形式について様々であってよい。この実施形態の例では、信号５４（図２に示す）は、第一のセンサ１６からの第一の出力信号２０と、第二のセンサ１８からの第二の出力信号２２とを含んでいる。例えば、第一の出力信号２０は、第一のセンサ１６によって検出される磁束に比例した電圧レベルであり、第二の出力信号２２は、第二のセンサ１８によって検出される磁束に比例した電圧レベルである。さらに、磁気遮蔽１０４は、少なくとも一つの導体４６を流れる電流によって発生される磁場を第一のセンサ１６に集中させることができる。

この実施形態の例では、第一のセンサ１６は、導体４６を流れる電流によって発生される磁場に対して第一の感度を有するように構成され、第二のセンサ１８は、導体４６を流れる電流によって発生される磁場に対して第二の感度を有するように構成される。この実施形態の例では、第一の感度は第二の感度に対してより高い又は等しい。例えば、第一のセンサ１６は、導体４６から半径方向外向きに第一の距離１３０に配置され、第二のセンサ１８は、導体４６から半径方向外向きに第二の距離１３２に配置される。この実施形態の例では、第一の距離１３０は第二の距離１３２に対してより小さい又は等しい。磁束は導体４６からの距離が増大すると共に散逸するので、第一のセンサ１６は、導体４６を流れる電流によって発生される磁束に対して第二のセンサ１８と少なくとも同程度の感度を有する。このように、導体４６を流れる電流によって発生される磁束について、第一のセンサ１６の第一の出力信号２０は、第二のセンサ１８の第二の出力信号２２に対して等しい又はより大きい。

プロセッサ５２は、第一の出力信号２０及び第二の出力信号２２を比較することにより漂遊磁場が存在するときを決定するように構成されている。典型的な動作条件時（例えば漂遊磁場が存在しない又は低レベルであるとき）には、第一のセンサ１６は導体４６を流れる電流によって発生される磁場に対して第二のセンサ１８と少なくとも同程度の感度を有するため、第一の出力信号２０は第二の出力信号２２に対して等しい又はより大きい。従って、第一の出力信号２０が第二の出力信号２２に対してより大きい又は等しいときには、第一のセンサ１６及び第二のセンサ１８が漂遊磁場に曝されていないとの指標になる。第一の出力信号２０が第二の出力信号２２に等しい又はより大きく、且つ第一の出力信号２０が過電流状態の存在を示している場合には、プロセッサ５２は、電流レベル信号６０をトリップ装置３４に出力するように構成されている。例えば、第一の出力信号２０が第二の出力信号２２に対してより大きい若しくは等しい、又は第一のセンサ１６が飽和している場合には、第一の出力信号２０は実際の値であると決定されて累算され、第一の出力信号２０が予め画定されている過電流閾値よりも大きい電流レベルに対応している場合には、プロセッサ５２は電流レベル信号６０を発生して、トリップ装置３４がトリップされる。

しかしながら、第二の出力信号２２が第一の出力信号２０よりも大きいときには、第一のセンサ１６及び第二のセンサ１８が漂遊磁場に曝されているとの指標になる。このことは、第二のセンサ１８が、漂遊磁場に対して第一のセンサ１６よりも高い感度を有することによる。この実施形態の例では、プロセッサ５２は、第二の出力信号２２が第一の出力信号２０よりも大きい場合には漂遊磁場が存在していると決定する。この実施形態の例では、プロセッサ５２は、漂遊磁場が存在しているときには第一の出力信号２０を無視するように構成されている。例えば、第二の出力信号２２が第一の出力信号２０よりも大きい場合には、第一の出力信号２０が過電流状態を示していても、プロセッサ５２は第一の出力信号２０を無視して、電流レベル信号６０をトリップ装置３４に与えない。漂遊磁場が存在していると決定されたときには、第一の出力信号２０は導体４６の内部の過電流状態ではなく漂遊磁場によって高くなっているため、第一の出力信号２０を無視することによりトリップ装置３４の無用トリップが回避される。

第一の代替的な実施形態では、第二の出力信号２２が第一の出力信号２０よりも大きい（すなわち漂遊磁場が存在する）場合には、プロセッサ５２は、第一のセンサ１６によって測定される磁束のうち漂遊磁場が原因と考えられる部分を決定する。次いで、プロセッサ５２は、導体４６を流れる実際の電流を決定して、導体４６を流れる実際の電流が予め画定されている過電流閾値よりも高い場合には電流レベル信号６０を出力する。プロセッサ５２は、磁束のうち漂遊磁場を原因とする部分に基づいて第一の出力信号２０を調節することができる。第一の出力信号２０は、例えば第二の出力信号２２と第一の出力信号２０との間の差、距離１３０と距離１３２との間の差、及び／又は磁気遮蔽１０４によって与えられる遮蔽レベルに基づいて決定される量だけ低下させられ得る。

第二のセンサ１８の理想的な出力は、第一の出力信号２０に基づいて、例えば記憶されているルックアップ・テーブル又は記憶されている計算式を用いることにより決定され得る。特定的な一実施形態では、調節後の第一の出力信号は、調節後の一次センサ値＝第一の出力信号２０−（第二のセンサ１８の理想的な出力−第二の出力信号２２）＊（スケーリング・ファクタ）によって決定されることができ、スケーリング・ファクタは、第一のセンサ１６及び第二のセンサ１８の異なる配向を調節するのに用いられ得る。漂遊磁場を補償するように第一の出力信号２０を調節すると、過渡的な漂遊磁場のみならず非過渡的な漂遊磁場を補償することも容易になる。もう一つの例では、第一の出力信号２０及び第二の出力信号２２を平均して、平均出力信号を用いて過電流状態を識別する。持続型の漂遊磁場によって生ずる長時間過電流状態及び短時間過電流状態の計算における誤差は、第一の出力信号を連続的に調節することにより回避される。

第二の代替的な実施形態では、第二の出力信号２２が第一の出力信号２０よりも大きい場合には、プロセッサ５２は、第一のセンサ１６によって測定される磁束のうち漂遊磁場が原因と考えられる部分を決定して予め画定されている過電流閾値を調節し、磁束のうち漂遊磁場が原因と考えられる部分を補償する。例えば、プロセッサ５２は、漂遊磁場が検出されたときに過電流閾値を増加させることができる。

第三の代替的な実施形態では、第二の出力信号２２が第一の出力信号２０よりも大きい場合には、プロセッサ５２は、第二の出力信号２２が強い漂遊磁場を識別したときに回路保護装置３０がトリップを生じないように、第一のセンサ１６の累算を制限する。例えば、プロセッサ５２は、第一のセンサ１６からのデータを受け取って処理することを許されるが、累算器（アキュムレータ）はトリップ閾値を超えることを許されない。さらに明確に述べると、累算器は、第二の出力信号２２が漂遊磁場の存在に対応しているときに例えばトリップ閾値の８０％から９０％までに制限され得る。累算器を制限することにより、回路保護装置３０はトリップを生じなくなるが、累算器の上昇が完全に無視される訳ではない。一旦、漂遊磁場が散逸すると、事故電流が電流閾値を上回れば、累算器はトリップ閾値に近付いているので状態に対する応答がさらに迅速になる。一旦、漂遊磁場が散逸すると、事故電流が電流閾値未満であれば、累算器は低電流レベルのため減少する。

累算器を制限するためのトリップ閾値の百分率は、予め決められた固定値であってよい。百分率はまた、第二のセンサ１８によって測定される相対的に強い磁場が相対的に弱い磁場よりも大きい影響を累算器に与えるように、第二のセンサ１８によって測定される磁場の強さに反比例し得る。さらに、累算器を制限するためのトリップ閾値の百分率は、最適限度の特性を決定する実験から導かれる百分率を含むテーブルに記憶されてもよい。また、トリップ装置３４が本書に記載されるように作用することを可能にする累算器制限百分率を算出する任意の適当な方法を用いることができる。

図４は、感知装置１２（図１に示す）の代替的な実施形態１５０の遠近図である。感知装置１５０も第一のセンサ１６及び第二のセンサ１８を含んでいる。この代替的な実施形態では、第一のセンサ１６は、漂遊磁場発生源から第二のセンサ１８よりも離隔して配置されているので漂遊磁場に対して第二のセンサ１８よりも低感度である。第一のセンサ１６は導体４６から第一の半径方向距離１６０に配置され、第二のセンサ１８は、導体４６から第二のさらに大きい半径方向距離１６２に配置されている。従って、第二のセンサ１８は、漂遊磁場発生源に対して第一のセンサ１６よりも近接して配置されているので漂遊磁場に対して第一のセンサ１６よりも高感度である。感知装置９８に関して上で述べたように、プロセッサ５２は、感知装置１５０によって測定される磁束のうち漂遊磁場によって発生されている部分、及び感知装置１５０によって測定される磁束のうち導体４６を流れる電流によって発生されている部分を決定する。

図５は、感知装置１２（図１に示す）の第二の代替的な実施形態１６４の遠近図である。感知装置１２の第一の代替的な実施形態１５０と第二の代替的な実施形態１６４との間で共有されている構成要素は同じ参照番号によって識別されている。第一のセンサ１６は導体４６から第一の半径方向距離１６０に配置され、第二のセンサ１８は導体４６から第二の半径方向距離１６２に配置されている。この第二の代替的な実施形態では、感知装置１６４は、第一のセンサ１６の周囲に少なくとも部分的に配置されている磁気遮蔽１０４を含んでいる。さらに明確に述べると、磁気遮蔽１０４は第一のセンサ１６と漂遊磁場発生源との間に配置され、従って第一のセンサ１６を漂遊磁場から少なくとも部分的に遮蔽する。第二のセンサ１８は漂遊磁場から遮蔽されていないので、漂遊磁場に対して第一のセンサ１６よりも高感度である。さらに、第二のセンサ１８は、導体４６から遠距離で且つ漂遊磁場発生源に近接して位置しているので、やはり漂遊磁場に対して第一のセンサ１６よりも高感度である。

図６は、回路保護装置、例えば、回路保護装置３０（図２に示す）を動作させる方法の一例１８２の流れ図１８０である。この実施形態の例では、方法１８２は、第一のセンサ、例えば第一のセンサ１６（図３に示す）を用いて第一の磁束を測定するステップ１９０を含んでいる。方法１８２はまた、第二のセンサ、例えば第二のセンサ１８（図３に示す）を用いて第二の磁束を測定するステップ１９２を含んでいる。上述のように、第二のセンサ１８は、漂遊磁場に対して第一のセンサ１６よりも高感度である。方法１８２はまた、第一の磁束及び第二の磁束を比較するステップ１９４と、第一の磁束及び第二の磁束の比較に少なくとも部分的に基づいてトリップ信号を与えるステップ１９６とを含んでいる。例えば、プロセッサ５２（図２に示す）は、第一のセンサ１６によって測定される第一の磁束を第二のセンサ１８によって測定される第二の磁束に対して比較する１９４ように構成されている。

さらに明確に述べると、比較するステップ１９４は、第一の磁束が第二の磁束に対してより大きい又は等しいか否かを決定するステップ２００を含んでいる。さらに、第一の磁束が第二の磁束に対してより大きい又は等しいと決定された２００場合には、比較するステップ１９４はまた、第一の磁束が予め画定されている電流レベル閾値よりも大きいか否かを決定するステップ２０２を含んでいる。予め画定されている電流レベル閾値は、導体４６における過電流状態に対応する磁束である。第一の磁束が予め画定されている電流レベル閾値よりも大きいと決定された２０２場合には、プロセッサ５２はトリップ信号６０を発生してトリップ装置３４に与える１９６。トリップ装置３４は、トリップ信号６０に応答して動作機構６８（図２に示す）をトリップさせるように構成されている。

第一の磁束が第二の磁束に対して大きくない又は等しくないと決定された２００場合には、方法１８２はまた、漂遊磁場を補償するステップ２０４を含んでいる。上述のように、第二のセンサ１８は漂遊磁場に対して第一のセンサ１６と比較すると高感度であるため、第二の磁束が第一の磁束よりも大きい場合には漂遊磁場が存在している。例えば、短絡が回路保護装置３０の近くで生ずると漂遊磁場が生成されて、第一のセンサ１６よりも第二のセンサ１８によって強く感知される。このことは、第一のセンサ１６が漂遊磁場（図３に示す）から遮蔽されていること、及び／又は第一のセンサ１６が漂遊磁場発生源から、第二のセンサ１８（図４に示す）が位置しているよりも遠くに位置していることによる。

この情報を用いて、プロセッサ５２は漂遊磁場を補償して２０４、これにより回路遮断器の無用トリップを減少させる。補償するステップ２０４は、過渡事象時に第一の磁束を無視し、過渡事象時にトリップ回路３４がトリップを生じないように第一のセンサ１６の累算を制限し、且つ／又は第一のセンサ１６によって測定される磁束のうち漂遊磁場が原因と考えられる部分を決定して、第一のセンサ１６によって測定される合計磁束から漂遊磁場の影響を減算することにより導体４６を流れる実際の電流を決定することを含み得る。プロセッサ５２は、導体を流れる実際の電流を決定するために伝達関数を適用し、且つ／又は第一のセンサ１６からの第一の信号２０及び第二のセンサ１８からの第二の信号２２に基づいて漂遊磁場からの寄与を解消するように第一の磁束を補正するように構成され得る。

図７は、回路保護装置３０（図２に示す）を組み立てる方法の一例２３２の流れ図２３０である。この実施形態の例では、方法２３２は、第一の磁束を測定する第一の磁場センサ、例えば第一の磁場センサ１６（図３に示す）を設けるステップ２４０を含んでいる。方法２３２はまた、第二の磁束を測定する第二の磁場センサ、例えば第二の磁場センサ１８（図３に示す）を設けるステップ２４２を含んでいる。第二の磁場センサ１８は、漂遊磁場に対して第一の磁場センサ１６よりも高い感度を有する。この実施形態の例では、方法２３２はまた、第一の磁場センサ１６の周囲に少なくとも部分的に磁気遮蔽、例えば磁気遮蔽１０４（図３に示す）を配置するステップを含んでいる。磁気遮蔽１０４は、第一の磁場センサ１６によって測定される漂遊磁場を減少させる。磁気遮蔽１０４を第二の磁場センサ１８と漂遊磁場発生源との間ではなく第一の磁場センサ１６と漂遊磁場発生源との間に配置することにより、第一の磁場センサ１６の漂遊磁場に対する感度が第二の磁場センサ１８の漂遊磁場に対する感度に比較すると低くなる。

代替的な実施形態では、第一の磁場センサ１６を設けるステップ２４０及び第二の磁場センサ１８を設けるステップ２４２は、第一の磁場センサ１６を導体４６から第一の距離、例えば第一の距離１６０（図４に示す）に配置し、第二の磁場センサ１８を導体４６から第二の距離、例えば第一の距離１６０よりも大きい第二の距離１６２（図４に示す）に配置することを含んでいる。第二の磁場センサ１８を導体４６から遠く且つ漂遊磁場発生源に近接して配置することにより、漂遊磁場は第一の磁場センサ１６に対して有するよりも大きい影響を第二の磁場センサ１８に対して有する。

この実施形態の例では、方法２３２はまた、トリップ信号、例えば電流レベル信号６０（図２に示す）を発生するように処理装置、例えばプロセッサ５２（図２に示す）を構成するステップ２４４を含んでいる。トリップ信号６０は、第一の磁束及び第二の磁束の比較に少なくとも部分的に基づく。トリップ信号６０はまた、第一の磁束及び第二の磁束の少なくとも一方に基づいていてよい。

方法２３２はまた、トリップ装置、例えばトリップ装置３４（図２に示す）にトリップ信号６０を与えるようにプロセッサ５２を構成するステップを含んでいてよく、トリップ装置３４は、トリップ信号６０に応答して電源、例えば電源４２（図２に示す）から負荷、例えば負荷４４（図２に示す）を切り離すように構成されている。例えば、プロセッサ５２は、第一の磁束が第二の磁束に対してより大きく又は等しく、且つ予め画定されている過電流閾値に対してより大きい又は等しいときにトリップ信号６０を与える。トリップ装置３４にトリップ信号６０を与えるようにプロセッサ５２を構成するステップはさらに、導体４６の内部での実際の電流レベルを決定するようにプロセッサ５２を構成することを含んでいる。実際の電流レベルは、第二の磁場センサ１８によって測定される漂遊磁束に関連する量だけ第一の磁束を減少させることにより決定される。

電流を測定する例示的な方法、システム及び装置が本書に記載されている。さらに明確に述べると、本書に記載される方法、システム及び装置は、測定された磁束のうち漂遊磁場に起因する部分及び測定された磁束のうち導体を流れる電流によって発生される部分を決定することを容易にする。例えば、多数の回路遮断器が近接して配置されると、これらの回路遮断機は十分に広い空間によって離隔されない場合があるため、全ての漂遊磁場が磁場センサに達するのを阻止し得る磁気遮蔽を含めることができない場合がある。代わりに、測定された磁束のうち漂遊磁場に起因する部分について補償を施して、回路保護装置の無用トリップを低減させる。本書に記載される方法、システム及び装置は、多数の回路保護装置の間の近接した間隔に配慮しており、小型の回路遮断器ボックスの製造及び動作を容易にする。さらに、本書に記載される方法、システム及び装置は、ホール効果センサの雑音不感問題を克服する。雑音不感の解決策を施さなければ、隣接する装置が突入電流又は短絡電流を蒙ると回路遮断器が無用トリップを生ずる可能性が高いため、ホール効果センサを電子式トリップに用いることができない。

本書に記載される方法、システム及び装置は、２以上のホール効果センサを用いて漂遊磁場の存在を決定して、回路保護装置が漂遊磁場に応答しないようにする。一次センサは漂遊磁場に対して二次センサよりも低感度である。従って、一次センサが導体を流れる電流を監視しているような正常動作時には、一次センサ出力は二次センサ出力に対してより大きい又は等しい。漂遊磁場は、二次センサ出力が一次センサ出力よりも大きいときに存在すると決定される。

本書に記載される方法、システム及び装置は、効率がよく無駄のない電流の測定を容易にする。本書では方法、システム及び装置の実施形態の例を詳細に説明し且つ／又は図示している。これらの方法及びシステムは、本書に記載される特定の実施形態に限定されている訳ではなく、各々のシステムの構成要素は各々の方法のステップと共に、本書に記載されるような他の構成要素及びステップとは別個に独立に用いられ得る。各々の構成要素、及び各々の方法ステップはまた、他の構成要素及び／又は方法ステップと共に用いられてもよい。

本書に記載され且つ／又は図示される方法、システム及び装置の要素及び構成部品等を提示するときに、単数不定冠詞、定冠詞、「該」、「前記」等の用語は、要素（１又は複数）及び構成部品（１又は複数）等の１又は複数が存在することを意味するものとする。また「備えている」、「含んでいる」及び「有している」等の用語は内包的であるものとし、また所載の要素（１又は複数）及び構成部品（１又は複数）等以外に付加的な要素（１又は複数）及び構成部品（１又は複数）等が存在し得ることを意味するものとする。

この書面の記載は、最適な態様を含めて発明を開示し、また任意の装置又はシステムを製造して利用すること及び任意の組み込まれた方法を実行することを含めてあらゆる当業者が本発明を実施することを可能にするように実例を用いている。特許付与可能な発明の範囲は特許請求の範囲によって画定されており、当業者に想到される他の実例を含み得る。かかる他の実例は、特許請求の範囲の書字言語に相違しない構造要素を有する場合、又は特許請求の範囲の書字言語と非実質的な相違を有する等価な構造要素を含む場合には、特許請求の範囲内にあるものとする。

１０：電流測定システム
１２：磁束感知装置
１４：処理部
１６：第一の磁場センサ
１８：第二の磁場センサ
２０：第一の出力信号
２２：第二の出力信号
２４：電流レベル信号
２６：表示装置
３０：回路保護装置
３４：トリップ装置
３６：電源
４０：回路
４２：電源
４４：負荷
４６：導体
５０：信号調整回路
５２：プロセッサ
５４：アナログ信号
５６：ディジタル信号
６０：電流レベル信号
６４：トリップ・モジュール
６６：アクチュエータ
６８：動作機構
７８：動作電圧
８０：駆動電圧
８２：駆動信号
８８：回路遮断器接点
９８：感知装置
１０４：磁気遮蔽
１３０：第一の距離
１３２：第二の距離
１５０：感知装置
１６０：第一の半径方向距離
１６２：第二の半径方向距離
１６４：感知装置
１８０：流れ図
１８２：回路保護装置を動作させる方法
２３０：流れ図
２３２：回路保護装置を組み立てる方法

Claims (10)

1. 導体（４６）を流れる電流を測定する電流測定システム（１０）であって、
   第一の磁束を測定して、該第一の磁束に比例した第一の信号（２０）を発生するように構成されている第一のセンサ（１６）と、
   第二の磁束を測定して、該第二の磁束に比例した第二の信号（２２）を与えるように構成されており、漂遊磁場に対して前記第一のセンサよりも高い感度を有する第二のセンサ（１８）と、
   前記第一のセンサ及び前記第二のセンサに結合されて、前記第一の信号及び前記第二の信号を受け取るように構成されており、前記第一の信号及び前記第二の信号を比較することにより漂遊磁場の存在を決定するようにさらに構成されているプロセッサ（１４）と
   を備えた電流測定システム（１０）。
2. 前記第一のセンサ（１６）は、ホール効果センサ及び巨大磁気抵抗磁場センサの少なくとも一方を含んでいる、請求項１に記載のシステム（１０）。
3. 前記第一のセンサ（１６）は前記導体（４６）から第一の距離（１３０）に配置され、前記第二のセンサ（１８）は前記導体から、前記第一の距離よりも大きい第二の距離（１３２）に配置されている、請求項１に記載のシステム（１０）。
4. 前記第一のセンサ（１６）の周囲に少なくとも部分的に配置されて、前記第一のセンサを漂遊磁場から保護するように構成されている磁気遮蔽（１０４）をさらに含んでいる請求項１に記載のシステム（１０）。
5. 前記プロセッサ（１４）は、電流レベル信号（６０）を出力するようにさらに構成されている、請求項１に記載のシステム（１０）。
6. 前記電流レベル信号（６０）は、前記第一の信号（２０）及び前記第二の信号（２２）の加重平均に基づいている、請求項５に記載のシステム（１０）。
7. 前記電流レベル信号（６０）はトリップ信号、実際の電流レベル信号、及び漂遊磁場レベル信号の少なくとも一つを含んでいる、請求項５に記載のシステム（１０）。
8. 前記プロセッサ（１４）は、前記第一の信号（２０）が前記第二の信号（２２）及び予め画定されている過電流レベルの何れよりも大きいときに前記トリップ信号を出力するようにさらに構成されている、請求項７に記載のシステム（１０）。
9. 少なくとも一つの導体（４６）が当該電源を当該負荷に結合しているような電源（４２）と負荷（４４）との間に配置される回路保護装置（３０）であって、
   第一の磁束を測定して、該第一の磁束に比例した第一の信号（２０）を与えるように構成されている第一のセンサ（１６）と、
   第二の磁束を測定して、該第二の磁束に比例した第二の信号（２２）を与えるように構成されており、漂遊磁場に対して前記第一のセンサよりも高い感度を有する第二のセンサ（１８）と、
   前記第一のセンサ及び前記第二のセンサに結合されて、前記第一の信号及び前記第二の信号を受け取るように構成されており、漂遊磁場の存在を決定するために前記第一の信号及び前記第二の信号を比較するようにさらに構成されており、トリップ信号（６０）を発生するようにさらに構成されているプロセッサ（１４）と、
   該プロセッサに結合されて、前記トリップ信号に応答して前記電源を前記負荷から切り離すように構成されているトリップ装置（３４）と
   を備えた回路保護装置（３０）。
10. 前記プロセッサ（１４）は、前記第二の信号（２２）が前記第一の信号（２０）よりも小さく、且つ前記第一の信号が過電流閾値に対してより大きい又は等しい磁場レベルに対応しているときに、前記トリップ信号（６０）を前記トリップ装置（３４）に出力するように構成されている、請求項９に記載の装置（３０）。