JP2012233738A

JP2012233738A - 計器用変成器

Info

Publication number: JP2012233738A
Application number: JP2011101007A
Authority: JP
Inventors: Naoto Yamamoto; 直人山本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-04-28
Filing date: 2011-04-28
Publication date: 2012-11-29
Also published as: CN102759647B; CN102759647A

Abstract

【課題】周囲温度の変化、および、主回路導体への通電に伴う高圧側コンデンサの容量変化の影響を受けることなく、変成比を一定に保つことができる計器用変成器を得ること。
【解決手段】ロゴスキーコイル２の周囲温度と出力電圧との関係を示す演算式あるいは変換テーブル等に基づいて、温度センサ９により検出されたロゴスキーコイル２の周囲温度に応じてロゴスキーコイル２の出力電圧を補正し、二次電流に相当する電圧値を生成して出力する第１の演算回路１２と、二次電流と高圧側コンデンサ２００の容量との関係を示す演算式あるいは変換テーブル等に基づいて、第１の演算回路１２の出力（つまり、二次電流に相当する電圧値）に応じて分圧回路３００の出力電圧を補正し、二次電圧に相当する電圧値を生成して出力する第２の演算回路１３とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、計器用変成器に関する。

計器用変成器は、変電機器の一次電圧あるいは一次電流を上位システムが所望するレベルの二次電圧あるいは二次電流に変成するものであり、変成比が正確であることが重要な性能の一つである。従来、あらかじめ実験等により得た温度と出力との関係式、および、温度センサにより測定された周囲温度に基づいて、ロゴスキーコイルおよび容量分圧器の温度特性を補償し、変成比を一定に保つ技術が開示されている（例えば、特許文献１）。

特開２００１−０１３１７０号公報

上記従来技術では、電子回路基板上に配置された温度センサにより周囲温度を測定し、その周囲温度に基づいて、容量分圧器の温度特性を補償している。容量分圧器は、主回路導体と分圧電極とにより高圧側コンデンサが形成されるが、この高圧側コンデンサは、主回路導体に電流が流れることにより主回路導体の温度が上昇して導体径が変化することにより容量が変化する。しかしながら、上記従来技術では、主回路導体に電流が流れることにより生じる高圧側コンデンサの容量変化を加味した補償演算を実施することができず、変成比を一定に保つことができない、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、周囲温度の変化、および、主回路導体への通電に伴う高圧側コンデンサの容量変化の影響を受けることなく、変成比を一定に保つことができる計器用変成器を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる計器用変成器は、主回路導体の一次電圧あるいは一次電流を上位システムが所望するレベルの二次電圧あるいは二次電流に変成する計器用変成器であって、前記主回路導体の周囲を囲むように設けられ、前記一次電流の時間変化に比例した電圧を出力するロゴスキーコイルと、前記主回路導体の周囲を囲むように分圧電極が設けられ、前記主回路導体を一方の電極とし、前記分圧電極を他方の電極として構成される高圧側コンデンサと、前記高圧側コンデンサに直列に接続される分圧抵抗を有し、前記分圧抵抗に現れる電圧を出力する分圧回路と、前記ロゴスキーコイルの周囲温度を検出する温度センサと、前記周囲温度に応じて、前記ロゴスキーコイルの出力電圧を補正し、前記二次電流に相当する電圧値を生成して出力する第１の演算回路と、前記第１の演算回路の出力に応じて、前記分圧回路の出力電圧を補正し、前記二次電圧に相当する電圧値を生成して出力する第２の演算回路と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、周囲温度の変化、および、主回路導体への通電に伴う高圧側コンデンサの容量変化の影響を受けることなく、変成比を一定に保つことができる、という効果を奏する。

図１は、実施の形態１にかかる計器用変成器の一構成例を示す図である。図２は、実施の形態２にかかる計器用変成器の電子回路部の一構成例を示す図である。

以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態にかかる計器用変成器について説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかる計器用変成器の一構成例を示す図である。実施の形態１にかかる計器用変成器１００は、主回路導体１の一次電圧あるいは一次電流を上位システム（図示せず）が所望するレベルの二次電圧あるいは二次電流に変成するものである。

図１に示すように、実施の形態１にかかる計器用変成器１００は、タンク３内部に敷設された主回路導体１の周囲を囲むように設置され、一次電流の時間変化に比例した電圧を出力するロゴスキーコイル２と、同様に主回路導体１の周囲を囲むように分圧電極４が設けられ、主回路導体１を一方の電極とし、分圧電極４を他方の電極として構成される高圧側コンデンサ２００と、高圧側コンデンサ２００に直列に接続される分圧抵抗５を有し、分圧抵抗５に現れる電圧を出力する分圧回路３００と、ロゴスキーコイル２の出力電圧と分圧回路３００の出力電圧とが入力され、二次電圧あるいは二次電流に相当する電圧値を出力する電子回路部８とを備えている。

電子回路部８は、ロゴスキーコイル２および高圧側コンデンサ２００の周囲温度を測定する温度センサ９と、ロゴスキーコイル２の出力電圧を積分する積分器１０ａと、分圧回路３００の出力電圧を積分する積分器１０ｂと、積分器１０ａの出力をデジタル信号に変換するＡＤ変換器１１ａと、積分器１０ｂの出力をデジタル信号に変換するＡＤ変換器１１ｂと、温度センサ９の出力をデジタル信号に変換するＡＤ変換器１１ｃと、ＡＤ変換器１１ｃによりデジタル信号に変換された温度センサ９の出力に基づいて、ＡＤ変換器１１ａによりロゴスキーコイル２の出力電圧を補正する第１の演算回路１２と、第１の演算回路１２の出力に基づいて、ＡＤ変換器１１ｂによりデジタル信号に変換された分圧回路３００の出力電圧を補正する第２の演算回路１３とを備えている。なお、この電子回路部８の各構成要素を電子回路基板上に配置し、この電子回路基板をロゴスキーコイル２および高圧側コンデンサ２００近傍に配置することにより、温度センサ９により測定された温度を、ロゴスキーコイル２および高圧側コンデンサ２００の周囲温度とみなすことができる。

つぎに、実施の形態１にかかる計器用変成器１００の動作について、図１を参照して説明する。

ロゴスキーコイル２は、周囲温度の変化により、巻線や巻枠の熱伸縮によるコイル断面積の変化、巻線抵抗の変化等によって出力が変化する。したがって、本実施の形態では、ロゴスキーコイル２の周囲温度と出力電圧との関係をあらかじめ実験等により求め、第１の演算回路１２において、ロゴスキーコイル２の周囲温度に応じてロゴスキーコイル２の出力電圧を補正することにより、周囲温度の変化に伴うロゴスキーコイル２の出力電圧変化を温度補償し、主回路導体１に流れる一次電流と二次電流との間の変成比を一定に保つ。

第１の演算回路１２には、あらかじめ実験等により求めておいたロゴスキーコイル２の周囲温度と出力電圧との関係が演算式あるいは変換テーブル等により保持されている。第１の演算回路１２は、ロゴスキーコイル２の周囲温度と出力電圧との関係に基づいて、温度センサ９により検出されたロゴスキーコイル２の周囲温度に応じてロゴスキーコイル２の出力電圧を補正し、二次電流に相当する電圧値を出力する。これにより、ロゴスキーコイル２の温度特性が補償され、一次電流と二次電流との間の変成比が一定に保たれる。

また、高圧側コンデンサ２００も、周囲温度の変化により、熱伸縮による分圧電極４の寸法の変化、温度による誘電体の誘電率の変化等が生じ、容量が変化する。さらに、周囲温度の変化による容量変化に加えて、主回路導体１に電流が流れることにより主回路導体１の温度が上昇して導体径が変化するため、高圧側コンデンサ２００の容量変化がより大きくなり、分圧回路３００の出力に与える影響が大きくなる。したがって、本実施の形態では、二次電流と高圧側コンデンサ２００の容量との関係をあらかじめ実験等により求め、第２の演算回路１３において、第１の演算回路１２の出力（つまり、二次電流に相当する第１の演算回路１２により補正された電圧値）に応じて分圧回路３００の出力電圧を補正することにより、周囲温度の変化、および、主回路導体１への通電に伴う高圧側コンデンサ２００の容量変化を温度補償し、一次電圧と二次電圧との間の変成比を一定に保つ。

第２の演算回路１３には、あらかじめ実験等により求めておいた二次電流と高圧側コンデンサ２００の容量との関係が演算式あるいは変換テーブル等により保持されている。第２の演算回路１３は、二次電流と高圧側コンデンサ２００の容量との関係に基づいて、第１の演算回路１２の出力（つまり、二次電流に相当する電圧値）に応じて分圧回路３００の出力電圧を補正し、二次電圧に相当する電圧値を出力する。これにより、高圧側コンデンサ２００の温度特性が補償され、一次電圧と二次電圧との間の変成比が一定に保たれる。

以上のように、実施の形態１にかかる計器用変成器によれば、ロゴスキーコイル２の周囲温度と出力電圧との関係を示す演算式あるいは変換テーブル等に基づいて、温度センサ９により検出されたロゴスキーコイル２の周囲温度に応じてロゴスキーコイル２の出力電圧を補正し、二次電流に相当する電圧値を出力する第１の演算回路１２と、二次電流と高圧側コンデンサ２００の容量との関係を示す演算式あるいは変換テーブル等に基づいて、第１の演算回路１２の出力（つまり、二次電流に相当する電圧値）に応じて分圧回路３００の出力電圧を補正し、二次電圧に相当する電圧値を出力する第２の演算回路１３を備えたので、周囲温度の変化に伴うロゴスキーコイル２の出力電圧変化の影響を受けることなく、一次電流と二次電流との間の変成比を一定に保つことができ、また、周囲温度の変化、および、主回路導体１への通電に伴う高圧側コンデンサ２００の容量変化の影響を受けることなく、一次電圧と二次電圧との間の変成比を一定に保つことができる。

実施の形態２．
図２は、実施の形態２にかかる計器用変成器の電子回路部の一構成例を示す図である。図２に示すように、実施の形態２にかかる電子回路部８ａでは、実施の形態１において説明した電子回路部８の温度センサ９、ＡＤ変換器１１ｃ、および第１の演算回路１２に代えて、ロゴスキーコイル２に並列に温度補償抵抗１４を備えている。また、実施の形態１において説明した第２の演算回路１３と同一の構成部として、演算回路１３を備えている。なお、実施の形態１と同一または同等の構成部には同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。

ロゴスキーコイル２の起電圧は、温度上昇に伴い増加する傾向を有している。一方、ロゴスキーコイル２の内部抵抗も、温度上昇に伴い増加する傾向を有しているため、ロゴスキーコイル２の出力電圧は、温度上昇に伴い減少する傾向を有している。したがって、本実施の形態では、ロゴスキーコイル２に並列に温度補償抵抗１４を接続し、温度上昇によるロゴスキーコイル２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２の起電圧の増加分で相殺されるように、温度補償抵抗１４の抵抗値を整定することにより、ロゴスキーコイル２の温度特性を補償して、主回路導体１に流れる一次電流と二次電流との間の変成比を一定に保つ。

つぎに、温度補償抵抗１４の整定値の算出手法の一例について説明する。ロゴスキーコイル２の０℃における起電圧をＥ_０、ロゴスキーコイル２の起電圧の温度係数をｋ_１、ロゴスキーコイル２の周囲温度をｔとすると、ロゴスキーコイル２の起電圧Ｅは、下記の（１）式で表すことができる。

Ｅ＝Ｅ_０（１＋ｋ_１ｔ） …（１）

一方、ロゴスキーコイル２の０℃における内部抵抗値をＲ_０、温度補償抵抗１４の抵抗値をｒ、ロゴスキーコイル２の内部抵抗の温度係数をｋ_２とすると、ロゴスキーコイル２の内部抵抗Ｒは、下記の（２）式で表すことができる。

Ｒ＝Ｒ_０（１＋ｋ_２ｔ） …（２）

また、ロゴスキーコイル２および温度補償抵抗１４により構成される並列回路の出力電圧ｅは、ロゴスキーコイル２の起電圧Ｅがロゴスキーコイル２の内部抵抗Ｒと温度補償抵抗１４の抵抗値ｒとにより分圧されるため、下記の（３）式で表すことができる。

ｅ＝Ｅ×ｒ／（ｒ＋Ｒ） …（３）

ここで、上式（３）に（１）、（２）式を代入すると、下記の（４）式が得られる。

ｅ＝Ｅ_０（１＋ｋ_１ｔ）×ｒ／（ｒ＋Ｒ_０（１＋ｋ_２ｔ））
＝ｒ×Ｅ_０（１＋ｋ_１ｔ）／（ｒ＋Ｒ_０（１＋ｋ_２ｔ））
＝ｒ×Ｅ_０（１＋ｋ_１ｔ）
／（（ｒ＋Ｒ_０）×（１＋Ｒ_０ｋ_２ｔ／（ｒ＋Ｒ_０））） …（４）

上式（４）において、温度係数の項を相殺し、ロゴスキーコイル２および温度補償抵抗１４により構成される並列回路の出力電圧ｅが温度特性の影響を受けないようにするためには、下記（５）式を満たすようにすればよい。

ｋ_１＝Ｒ_０ｋ_２／（ｒ＋Ｒ_０） …（５）

上式（５）を変形すると、温度補償抵抗１４の抵抗値ｒは、下記の（６）式で表すことができる。

ｒ＝Ｒ_０（ｋ_２／ｋ_１−１） …（６）

したがって、この（６）式を満たすように温度補償抵抗１４の抵抗値を整定すれば、ロゴスキーコイル２の温度特性が補償され、ロゴスキーコイル２および温度補償抵抗１４により構成される並列回路の出力電圧ｅを二次電流に相当する電圧値とすると、一次電流と二次電流との間の変成比が一定に保たれる。

また、演算回路１３は、実施の形態１において説明した第２の演算回路と同一の構成部であり、あらかじめ実験等により求めておいた二次電流と高圧側コンデンサ２００の容量との関係が演算式あるいは変換テーブル等により保持され、ロゴスキーコイル２および温度補償抵抗１４からなる並列回路の出力（つまり、二次電流に相当する電圧値）に応じて、二次電流と高圧側コンデンサ２００の容量との関係に基づいて、分圧回路３００の出力電圧を補正し、二次電圧に相当する電圧値を出力する。これにより、高圧側コンデンサ２００の温度特性が補償され、一次電圧と二次電圧との間の変成比が一定に保たれる。

以上のように、実施の形態２にかかる計器用変成器によれば、ロゴスキーコイル２に並列に接続した温度補償抵抗１４により、ロゴスキーコイル２の温度特性を補償するようにしたので、実施の形態１において説明した温度センサ９、ＡＤ変換器１１ｃ、および第１の演算回路１２が不要となる。したがって、実施の形態１よりも部品点数およびコストを低減させつつ、実施の形態１と同様に、周囲温度の変化に伴うロゴスキーコイル２の出力電圧変化の影響を受けることなく、一次電流と二次電流との間の変成比を一定に保つことができ、また、周囲温度の変化、および、主回路導体１への通電に伴う高圧側コンデンサ２００の容量変化の影響を受けることなく、一次電圧と二次電圧との間の変成比を一定に保つことができる。

なお、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは言うまでもない。

１主回路導体
２ロゴスキーコイル
３タンク
４分圧電極
５分圧抵抗
８，８ａ電子回路部
９温度センサ
１０ａ，１０ｂ積分器
１１ａ，１１ｂ，１１ｃＡＤ変換器
１２第１の演算回路
１３第２の演算回路（演算回路）
１４温度補償抵抗
１００計器用変成器
２００高圧側コンデンサ
３００分圧回路

Claims

主回路導体の一次電圧あるいは一次電流を上位システムが所望するレベルの二次電圧あるいは二次電流に変成する計器用変成器であって、
前記主回路導体の周囲を囲むように設けられ、前記一次電流の時間変化に比例した電圧を出力するロゴスキーコイルと、
前記主回路導体の周囲を囲むように分圧電極が設けられ、前記主回路導体を一方の電極とし、前記分圧電極を他方の電極として構成される高圧側コンデンサと、
前記高圧側コンデンサに直列に接続される分圧抵抗を有し、前記分圧抵抗に現れる電圧を出力する分圧回路と、
前記ロゴスキーコイルの周囲温度を検出する温度センサと、
前記周囲温度に応じて、前記ロゴスキーコイルの出力電圧を補正し、前記二次電流に相当する電圧値を生成して出力する第１の演算回路と、
前記第１の演算回路の出力に応じて、前記分圧回路の出力電圧を補正し、前記二次電圧に相当する電圧値を生成して出力する第２の演算回路と、
を備える
ことを特徴とする計器用変成器。
主回路導体の一次電圧を上位システムが所望するレベルの二次電圧に変成する計器用変成器であって、
前記主回路導体の周囲を囲むように設けられ、前記一次電流の時間変化に比例した電圧を出力するロゴスキーコイルと、
前記主回路導体の周囲を囲むように分圧電極が設けられ、前記主回路導体を一方の電極とし、前記分圧電極を他方の電極として構成される高圧側コンデンサと、
前記高圧側コンデンサに直列に接続される分圧抵抗を有し、前記分圧抵抗に現れる電圧を出力する分圧回路と、
前記ロゴスキーコイルの周囲温度を検出する温度センサと、
前記周囲温度に応じて、前記ロゴスキーコイルの出力電圧を補正し、前記二次電流に相当する電圧値を生成する第１の演算回路と、
前記第１の演算回路が生成した電圧値に応じて、前記分圧回路の出力電圧を補正し、前記二次電圧に相当する電圧値を生成して出力する第２の演算回路と、
を備える
ことを特徴とする計器用変成器。
前記第１の演算回路は、前記周囲温度と前記ロゴスキーコイルの出力電圧との関係を示す演算式あるいは変換テーブルに基づいて、前記ロゴスキーコイルの出力電圧を補正することを特徴とする請求項１または２に記載の計器用変成器。
前記第２の演算回路は、前記二次電流と前記高圧側コンデンサの容量との関係を示す演算式あるいは変換テーブルに基づいて、前記分圧回路の出力電圧を補正することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の計器用変成器。
主回路導体の一次電圧あるいは一次電流を上位システムが所望するレベルの二次電圧あるいは二次電流に変成する計器用変成器であって、
前記主回路導体の周囲を囲むように設けられ、前記一次電流の時間変化に比例した電圧を出力するロゴスキーコイルと、
前記主回路導体の周囲を囲むように分圧電極が設けられ、前記主回路導体を一方の電極とし、前記分圧電極を他方の電極として構成される高圧側コンデンサと、
前記高圧側コンデンサに直列に接続される分圧抵抗を有し、前記分圧抵抗に現れる電圧を出力する分圧回路を構成する分圧抵抗と、
前記ロゴスキーコイルに並列に接続され、前記ロゴスキーコイルの出力電圧を温度補償する温度補償抵抗と、
前記ロゴスキーコイルと前記温度補償抵抗とにより構成される並列回路の出力電圧に応じて、前記分圧回路の出力電圧を補正し、前記二次電圧に相当する電圧値を出力する演算回路と、
を備える
ことを特徴とする計器用変成器。
主回路導体の一次電圧を上位システムが所望するレベルの二次電圧に変成する計器用変成器であって、
前記主回路導体の周囲を囲むように設けられ、前記一次電流の時間変化に比例した電圧を出力するロゴスキーコイルと、
前記主回路導体の周囲を囲むように分圧電極が設けられ、前記主回路導体を一方の電極とし、前記分圧電極を他方の電極として構成される高圧側コンデンサと、
前記高圧側コンデンサに直列に接続される分圧抵抗を有し、前記分圧抵抗に現れる電圧を出力する分圧回路を構成する分圧抵抗と、
前記ロゴスキーコイルに並列に接続され、前記ロゴスキーコイルの出力電圧を温度補償する温度補償抵抗と、
前記ロゴスキーコイルと前記温度補償抵抗とにより構成される並列回路の出力電圧に応じて、前記分圧回路の出力電圧を補正し、前記二次電圧に相当する電圧値を出力する演算回路と、
を備える
ことを特徴とする計器用変成器。
前記演算回路は、前記二次電流と前記高圧側コンデンサの容量との関係を示す演算式あるいは変換テーブルに基づいて、前記分圧回路の出力電圧を補正することを特徴とする請求項５または６に記載の計器用変成器。