JP2013029349A - Impulse current detection device - Google Patents
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Description
本発明は、落雷による衝撃電流を検出するのに適した衝撃電流検出装置に関する。 The present invention relates to an impact current detection apparatus suitable for detecting an impact current caused by a lightning strike.
ロゴスキーコイルを用いた衝撃電流検出装置は、ロゴスキーコイルの起電力出力が衝撃電流の微分出力であるため、元の衝撃電流を観測するにはロゴスキーコイルの起電力の積分成分を取り出す必要がある。 Since the electromotive force output of the Rogowski coil is a differential output of the impact current, the impulse current detection device using the Rogowski coil needs to extract the integral component of the electromotive force of the Rogowski coil to observe the original impact current. There is.
このため、ロゴスキーコイルに所定値の抵抗体を直列に接続して、内部積分型ロゴスキーコイルを構成し、抵抗体の起電力を検出信号とすることが行われている。
しかし、内部積分型ロゴスキーコイルの周波数特性は図3に示したように1KHz以下の低い周波数では微分特性の影響を受ける。なお、図3における楕円で示す領域の共振信号はフィルタ等の適宜の回路技術で除去されている。
このため、冬場の雪雲による雷のように波尾部の継続時間が1秒にも及ぶ電流をロゴスキコイルの内部積分機能を利用して取り出すと正確に再現することが困難である。
For this reason, a resistor having a predetermined value is connected in series to the Rogowski coil to form an internal integration type Rogowski coil, and the electromotive force of the resistor is used as a detection signal.
However, the frequency characteristic of the internal integration type Rogowski coil is affected by the differential characteristic at a low frequency of 1 KHz or less as shown in FIG. Note that the resonance signal in the region indicated by the ellipse in FIG. 3 is removed by an appropriate circuit technique such as a filter.
For this reason, it is difficult to accurately reproduce a current having a wave tail duration of as long as 1 second, such as lightning caused by snow clouds in winter, using the internal integration function of the Rogowski coil.
このため、特許文献1にみられるようにロゴスキーコイルの信号の高周波成分の積分に適した特性を有する第一の外部積分回路と低周波成分の積分に適した特性を有する第二の外部積分回路とを最適化して直列接続して組み合わせ、ロゴスキーコイルのからの信号をその周波数成分に応じて一方の外部積分回路で積分することが提案されている。
Therefore, as shown in
これによれば冬場の雷電流のような低い周波数成分の信号であっても電流波形を正確に再現できるものの、一方の積分回路で積分された信号が他方の積分回路で再び積分される不都合を回避する必要上、回路定数の合わせこみのための設定が極めて面倒であるという問題がある。 According to this, even if it is a low frequency component signal such as lightning current in winter, the current waveform can be accurately reproduced, but the signal integrated by one integration circuit is integrated again by the other integration circuit. In order to avoid it, there is a problem that the setting for matching circuit constants is extremely troublesome.
このため、特許文献2に見られるように低域周波ほどゲイン特性が大きくなる外部積分回路により積分して全体として低周波領域から高周波領域までの成分を正確に検出できる衝撃電流検出装置も提案されている。
しかしながら直流に近い0.1Hz程度から数MKHzまでの7桁程度の帯域に平坦な利得を有する積分回路を実現することは、安定性やコストの面から困難である。
For this reason, as shown in
However, it is difficult in terms of stability and cost to realize an integration circuit having a flat gain in a band of about 7 digits from about 0.1 Hz to several MKHz, which is close to direct current.
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは広い帯域幅の積分回路を必要とすることなく、ロゴスキーコイルを用いて衝撃電流を高い精度で観測できる衝撃電流測定装置を提供することである。 The present invention has been made in view of such problems, and the object of the present invention is to observe an impact current with high accuracy using a Rogowski coil without requiring a wide bandwidth integrating circuit. It is an object of the present invention to provide an impact current measuring device that can be used.
このような課題を達成するために本発明は、ロゴスキーコイルの両端に内部積分用抵抗体を接続して得た起電力信号と、前記起電力信号を前記ロゴスキーコイルの内部積分機能の低域カット周波数f0を高域カット周波数f0とする外部積分回路で積分した信号とを加算手段により加算するとともに、前記周波数f0が600〜700Hzで、また前記外部積分回路の利得が70〜80dbである。 In order to achieve such a problem, the present invention provides an electromotive force signal obtained by connecting an internal integration resistor to both ends of a Rogowski coil, and the electromotive force signal is reduced in the internal integration function of the Rogowski coil. The signal integrated by the external integration circuit having the high frequency cut frequency f0 as the high frequency cut frequency f0 is added by the adding means, the frequency f0 is 600 to 700 Hz, and the gain of the external integration circuit is 70 to 80 db. .
本発明によれば、ロゴスキーコイルの内部積分回路の高域遮断周波数を500〜700Hz程度設定することにより、外部積分回路の垂下特性を積極的に利用して、限りなく直流に近い成分を含むテール部を高い精度で検出できるばかりでなく、外部積分回路はロゴスキーコイルの内部積分機能の0.1Hzから4桁程度の帯域を補正するだけで済むから、広帯域の積分回路が不要となり安価に性能の高い衝撃電流測定装置を提供することができる。 According to the present invention, by setting the high-frequency cutoff frequency of the internal integration circuit of the Rogowski coil to about 500 to 700 Hz, the drooping characteristics of the external integration circuit are positively used, and components that are close to direct current are included. Not only can the tail be detected with high accuracy, but the external integration circuit only needs to correct the band from 0.1 Hz, which is the internal integration function of the Rogowski coil, to a range of about 4 digits. A high performance impact current measuring device can be provided.
図1は、本発明の衝撃電流検出装置の一実施例を示すものであって、ロゴスキーコイル1(図ではインダクタンスL、内部抵抗Rとでシンボリックに表示されている)は、そのインダクタンスL及び内部抵抗Rともに内部積分回路2を形成する抵抗3がその両端に接続に接続されている。
FIG. 1 shows an embodiment of an impact current detection device of the present invention, in which a Rogowski coil 1 (symbolized with an inductance L and an internal resistance R in the figure) has its inductance L and
抵抗3は、ロゴスキーコイル1のインダクタンス分及び内部抵抗分とにより内部積分回路2を構成した場合に図2(a)に示したように低域カット周波数が500〜700Hz(図2(a)の点線a)となる値に選定されている。
As shown in FIG. 2A, the
ロゴスキーコイル1の電気的特性は、この実施例ではインダクタンスLが500μHで、 また抵抗3はロゴスキーコイル1の内部抵抗Rとの合成抵抗値が1Ωとなるように選定されている。これにより、内部積分回路2は、500〜700Hz程度から0.1Hzまでの領域は−20db/ディケードの垂下特性を有している。
The electrical characteristics of the Rogowski
ロゴスキーコイル1と抵抗3との接続点には起電力検出用の抵抗4が接続され、抵抗4を介して内部積分回路2の起電力がバッファ5を介して加算回路6の一方の入力端子に出力している。
A
また抵抗4には外部積分回路7が接続され、その積分出力信号はバッファ8を介して加算回路6の他方の入力端子に出力している。この外部積分回路7は、図2(b)に示したように高域カット周波数が内部積分回路2の低域カット周波数500〜700Hz(図2(b)の点線a)に一致するように調整されている。
An
さらに、外部積分回路7はその利得、つまり積分回路を構成する演算増幅器の利得が70〜80db程度に設定されている。利得がこれよりも大きい、例えば120dbもあると1/f雑音の影響が大きくなり、低周波成分つまり衝撃電流のテール部を高い精度で検出することが困難となり、また利得が70〜80dbよりも低いと十分な積分効果を得ることができない。
Further, the gain of the
以上のようにロゴスキーコイルの内部積分回路の低域カット周波数を500〜700Hzに、また外部積分回路の高域カット周波数を0.1Hzで、かつ利得を70〜80db
に選択することにより、外部積分回路は、0.1Hz乃至の500〜700Hzで利得が周波数に大きく依存するロゴスキーコイルからの信号の利得を安定に補正して出力することになる。
すなわち、加算回路6のゲインー周波数特性は、図3(c)に示したように直流成分をカットしつつ0.1Hz以上が平坦となる。
As described above, the low frequency cut frequency of the internal integration circuit of the Rogowski coil is 500 to 700 Hz, the high frequency cut frequency of the external integration circuit is 0.1 Hz, and the gain is 70 to 80 db.
In this case, the external integration circuit stably corrects and outputs the gain of the signal from the Rogowski coil whose gain greatly depends on the frequency from 0.1 Hz to 500 to 700 Hz.
That is, the gain-frequency characteristic of the adder circuit 6 is flat at 0.1 Hz or more while cutting the DC component as shown in FIG.
この実施例においてロゴスキーコイル1を雷電流を監視すべき構築物に装着した状態で落雷などにより衝撃電流が発生すると、ロゴスキーコイル1の起電力として検出される。
この起電力は、ロゴスキーコイル1のインダクタンスL及びコイルの抵抗Rと抵抗体3との合成抵抗により形成される内部積分回路2により積分されて衝撃電流値に比例した信号として抵抗4に出力される。
この信号は、バッファ5を経由して加算回路6に一方の入力端子に入力するとともに、外部積分回路7で積分されてバッファ10を経由して加算回路6の他方の入力端子に入力する。
In this embodiment, when an impact current is generated by a lightning strike while the Rogowski
This electromotive force is integrated by the
This signal is input to one input terminal of the adder circuit 6 via the buffer 5, integrated by the
雷電流の低周波成分では、ロゴスキーコイル1のリアクタンスがあまり大きく作用しないので、電流は内部抵抗Rと抵抗3とで決まるのでインダクタンスLの両端電圧が、雷電流を微分した電圧となる。
Since the reactance of the Rogowski
衝撃電流のテール部は、ロゴスキーコイル1のインダクタンスL及びコイルの抵抗Rと抵抗体3との合成抵抗により形成される内部積分回路2の高域カット周波数500〜700Hz周波数よりも低い周波数の成分を多く含むため、内部積分回路2での積分利得は非常に小さく、実質的にはロゴスキーコイル1で検出した衝撃電流による起電力、つまり抵抗体3に印加した信号だけが外部積分回路7に入力することになる。
The tail portion of the impact current is a component having a frequency lower than the high frequency cut frequency 500 to 700 Hz of the
そして、外部積分回路7は、0.1Hzを低域カット周波数、500〜700Hzを高域カット周波数とし、−20db/ディケードの垂下特性を有するから、ロゴスキーコイル1のインダクタンスL及びコイルの抵抗Rと抵抗体3との合成抵抗により形成される内部積分回路2の垂下特性とは相反することになり、0.1Hz乃至500〜700Hzでは平坦化した信号を出力することになる。
Since the
他方、雷電流の高周波成分では電流値は、インダクタンスLが大きく作用するため、インダクタンスの両端電圧は電流微分に比例したものが誘起してほぼ入力とつりあっているから直列につないだ抵抗の両端電圧が積分値となる。 On the other hand, in the high frequency component of lightning current, since the inductance L acts greatly on the current value, the voltage across the inductance is induced proportionally to the current differentiation and is almost balanced with the input, so the voltage across the resistor connected in series Is the integral value.
したがって、高い周波数成分の電流はロゴスキーコイルの内部積分機能により電圧信号に変換され、また継続時間が長く低い周波数成分の電流は外部積分回路2により電圧信号に変換され、これら両信号成分は加算器9で合成されて衝撃電流全体の波形パターンを正確に再現した電圧信号を得ることができる。
Therefore, the high frequency component current is converted into a voltage signal by the internal integration function of the Rogowski coil, and the low frequency component current having a long duration is converted into a voltage signal by the
さらに、雷電流の周波数0.1Hz乃至500〜700Hzのせいぜい4桁程度の領域だけを高利得な外部積分回路2で積分し、また周波数500〜700Hzよりも高い周波数領域の成分はロゴスキコイル自体の利得が周波数特性に依存しない領域の内部積分機能を利用するため、安定な外部積分回路を容易に構成することができ、測定結果に対するトレイサビリティを確保できる測定装置を実現できる。
Further, only the region of about 4 digits of the lightning current frequency of 0.1 Hz to 500 to 700 Hz is integrated by the high gain
1 ロゴスキーコイル 2 内部積分回路 4 検出用回路 6 加算器 7 外部積分回路 5、8 バッファ
1 Rogowski
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2011
- 2011-07-27 JP JP2011164091A patent/JP2013029349A/en active Pending
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