JP2015012224A

JP2015012224A - 零相変流器

Info

Publication number: JP2015012224A
Application number: JP2013137973A
Authority: JP
Inventors: 大野　克巳; Katsumi Ono; 克巳大野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-07-01
Filing date: 2013-07-01
Publication date: 2015-01-19

Abstract

【課題】零相変流器および漏電遮断器の組立を容易にするとともに、熱動引き外し部で発生する熱を、安定かつ、より多く放熱することにより、熱動引き外し特性を向上する。
【解決手段】ループ状部６ａとこのループ状部６ａに連なる一対の脚部とを備えた複数の導体が、互いに隣り合う複数の電路を形成し、ループ状部６ａには、検知コイル２を巻いた棒状コア１と、そのコア１を覆う絶縁離間材４が挿入されるとともに、一対の前記脚部は、電気絶縁層でかつ熱伝導層からなる熱電分離材５を挟んで隔てられ熱電分離部６ｂを形成している。
【選択図】図１

Description

この発明は、零相変流器の構造に関するものである。

従来の零相変流器およびこれを装着した漏電遮断器とその動作は、例えば特許文献１に開示されている。ここに示された零相変流器１０は、環状コアの中心孔に複数の導体９を通して、外部につながる端子９ａと過電流引き外し部６をつないでいる。過電流引き外し部６は、所定の電流が流れると電路が発熱し、その熱でバイメタル１９を曲げることにより、一定の時間後に開閉器を動作させる機構となっている。零相変流器１０は、貫通する導体を通らない地絡電流が流れた際の、電路が誘導する磁界の不平衡を検知する装置で、検知駆動回路を通して、開閉器を動作させる漏電遮断動作を行うための不平衡磁界検知センサである。この種の先行技術文献として下記のものがある。

特許第３３１８５８３号公報特開平６-２１５６８２号公報特許第４０３７０９４号公報特許第３５８５７６９号公報

上述のような従来の零相変流器を組立てる際、環状コアの中心の円孔に電路をすべて挿入する必要があるが、零相変流器は、漏電遮断器の大きさにより制限されること、および、大型化すると材料費が増加し価格が上昇することにより、より小型の零相変流器が選択されるようになったため、環状コアの中心の円孔が小さくなっていく傾向がある。このため、電路の太さが制限されることになり、組立が困難になるばかりか、電路の長さが増加すると、熱抵抗が増加し、遮断器内部で発生する熱が、端子を通して排熱しにくくなり、結果として漏電遮断器の熱動引き外し特性が低下するという問題があった。

また、すべての導体を円孔内に導くことにより、例えば特許文献２のように、各導体の長さが異なってしまう。そのため、熱動引き外し部で発生する熱の排熱特性が均一にならず、導体ごとに熱動引き外し部を設計しなければならない。これは部品数の増加による価格上昇を招く原因となる。また、電路の形状が複雑となるため、電路を円孔に通す際、電路が挿入しにくくなり、組立てに時間がかかるだけでなく、組立が難しくなるばかりか、組立中に不要な力が電路や零相変流器にかかることで、組立中に電路や零相変流器および周辺の部品が破損することがあった。

これを回避するため、例えば特許文献３のように、導体を分割することで組立を容易にする形状とするものもあるが、この場合も部品点数が増加し、導体を接続する加工工程が追加になるなど価格上昇の原因となるという問題があった。また零相変流器には検知コイルをトーラスの小円周方向に巻く必要がある。このため、特殊な巻線器が必要となり価格上昇の原因となるため、たとえば特許文献４のように零相変流器の環状コア部分を着脱する形状にして巻線を簡略化する方法がとられたが、トーラス部品を分割することにより部品数が増加してしまうため、十分安価な構造とすることができなかった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、簡便な組立を行うことができる零相変流器と同時に、各導体間の電路長を合わせることで、電路間の排熱特性の差が発生せず、部品点数を削減できると同時に、漏電遮断器に組込んだとき、内部の排熱を良好とし熱動引き外し特性を向上させることができる零相変流器を得ることを目的としている。

この発明に係る零相変流器は、ループ状部とこのループ状部に連なる一対の脚部とを備えた複数の導体が、互いに隣り合う複数の電路を形成し、前記ループ状部には、検知コイルを巻いた棒状コアと、このコアを覆う絶縁離間材が挿入されるとともに、一対の前記脚部は、電気絶縁層でかつ熱伝導層からなる熱電分離材を挟んで隔てられ熱電分離部を形成している。

この発明によれば、零相変流器のコアが棒状であるため、検知コイルの巻線が極めて簡単となり、さらに棒状コアと導体とを組合わせる作業も簡単となる。また、導体形状を共通化することができるため、零相変流器および漏電遮断器の組立費用や部品価格を低減することができる。また、導体の形状により排熱が良好になり、漏電遮断器に組込んだとき、熱動引き外し特性を改善することができるといった従来にない顕著な効果を奏するものである。

この発明の実施の形態１に係る零相変流器を示す斜視図である。実施の形態１に係る零相変流器の一部を切欠いて示す斜視図である。実施の形態１の検知コイルの変形例を示す斜視図である。実施の形態１の導体の変形例を示す斜視図である。実施の形態１の導体の別の変形例を示す斜視図である。実施の形態１に係る零相変流器の変形例を示す斜視図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る零相変流器を示す斜視図、図２はその一部を切欠いて示す斜視図である。図において、この発明に係る零相変流器は、例えば、パーマロイで形成されたφ６ｍｍの、棒状、例えば円柱からなる棒状コア１を備えている。棒状コア１には、その長手方向に均一のピッチで、素線径φ２５μｍ程度のマグネットワイヤ（銅線）が巻回された検知コイル２が形成されている。検知コイル２の巻始め端２ａと巻終わり端２ｂ間は、図2に示すように、電圧計１０などにより電圧が検知されるようになされている。棒状コア１および検知コイル２を取巻いて、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）などの絶縁性・耐熱性のあるプラスチックで形成されたφ１０.５ｍｍの絶縁離間材４が設けられる。

棒状コア１、検知コイル２、および絶縁離間材４からなる組立て体の長手方向に沿い、所定の間隔をおいて、３相に対応する同形状の３個の導体６が装着されている。導体６は、例えば厚さ２ｍｍ、幅１２ｍｍの無酸素銅材で形成されていて、その形状は、絶縁離間材４に密着するループ状部６ａと、ループ状部６ａに連なる一対の脚部からなる熱電分離部６ｂと、熱電分離部６ｂの下端に連なる端部６ｃとからなっている。導体６は、端子側の端部６ｃ→一方の熱電分離部６ｂ→ループ状部６ａ→他方の熱電分離部６ｂ→熱動引き外し部側の端部６ｃに至る電路を構成する。

ループ状部６ａに連なる一対の脚部からなる熱電分離部６ｂの間には、電気絶縁層で且つ熱伝導層であるシート状の熱電分離材５が挿入され、熱電分離材５を挟んで対称に熱電分離部６ｂからループ状部に至る電路が形成されており、熱動引き外し部側で発生した熱の一部は、それぞれの電路に密着した熱電分離材５を経由する図中矢印Ｂのように、直接端子側電路に流入する。シート状の熱電分離材５は、良好な熱伝導率を持ちループ状部６ａの電路を経由する電流に比して、きわめて少ない電流しか流さないグラファイトシートなど高抵抗材もしくは絶縁材で形成されている。

以上のように構成された零相変流器によれば、導体６の一方の端部６ｃから他方の端部６ｃに至る矢印Ｃで示す電流が流れる際に発生する矢印Ａで示す磁界は、電路である導体６のループ状部６ａ内に挿入された検知コイル２を貫通し、検知コイル２を貫通する磁界の変化に応じた電圧を発生させるが、検知コイル２は３つの電路にまたがって形成されているので、３つの電路以外に漏洩電流がない場合は、それぞれのループ状部６ａで誘起される電圧は互いに打ち消される。そのため、検知コイル２の巻始め端２ａと巻終わり端２ｂ間の検出電圧は０となる。しかし、漏洩電流が発生すると、誘起される電圧が打ち消されなくなるため、コイル両端に電圧が誘起され、例えば電圧計１０の指示から漏電が発生したことを検知できるので、零相変流器動作が可能となる。

検知コイル２は、棒状コア１と絶縁離間材４により、導体６の端部６ｃから離れたところで、かつループ状部６ａの中心に保持されているため、検知コイル２の偏心による磁界変化や、導体６に通じる電路の接続部の磁界乱れの影響を受けにくい。また、ループ状部６ａに通じる導体は、熱電分離部６ｂを対称面にして互いに逆方向に電流が流れるため、熱電分離部６ｂで発生する磁界は打ち消しあい、検知コイル２に影響を与えることがなく、検知精度が落ちることはない。

熱動引き外し部側で発生した熱は、大部分が導体６に沿って伝導し、ループ状部６ａを経由して端部６ｃから放熱されるが、６％程度の熱は熱電分離部６ｂを通して矢印Ｂのように直接端子側に放熱されるため、熱動引き外し部から見た放熱性が向上する。このため、この発明の零相変流器を漏電遮断器に組込んだ場合、熱動引き外し動作が向上する。また、導体６の電路は、３つとも同じ形状となるため、それぞれの熱動引き外し部からみた熱特性は同じとなり、熱動引き外し部の形状も同一にすることができ、部品の種類を削減することができるので、製造コストを低減できる。また、各導体６間は、絶縁離間材４上において一定距離離れており、沿面距離を長くとることができるため相間絶縁も向上する。

零相変流器を組み立てる際、検知コイル２は、棒状コア１の周方向にボビン巻様に巻くため、一般的に使用されている安価な巻線装置を利用でき、かつトーラスに巻く場合に必要な予備的な逆巻動作が不要となるので、より高速に製造が可能となる。また、この零相変流器の組立ての際には、３つの導体６について、ループ状部６ａを整列させるように配置した後、ループ状部６ａに、一方向から棒状コア１、検知コイル２、および絶縁離間材４からなる組立て体を挿入することで組立が可能であるから、零相変流器と漏電遮断器の組立が極めて簡便かつ速くなり、組立性が向上する。このことで、無理な力が各部品にかからなくなるため、部品の破損も減少する。

また、棒状コア１に巻かれた検知コイル２は、図２に示すように均一のピッチで棒状コア１に巻き付ける形状だけではなく、例えば図３のように、ループ状部６ａ直下の巻線ピッチを他の部分の巻線ピッチより小さく、集中して巻くようにしてもよく、これにより、ループ状部６ａで発生する磁界の強い部分のみ測定することができるようになるため、コイル使用量を低減することができる。また、検知以外の用途、例えば動作確認用コイル１１なども設置してよい。

また、導体６の形状は、必ずしもループ状部６ａの幅と熱電分離部６ｂの幅が同じである必要はなく、図５のようにループ状部６ａの幅を狭くすると同時に、熱電分離部６ｂの幅を大きくすることで、隣り合う導体６間の絶縁離間材４上の沿面距離を十分に取ることができ、相間耐圧を向上させることができるとともに、熱電分離部６ｂ経由の放熱量と、ループ状部６ａを経由する放熱量の比を調整し、より放熱性を上げることもできる。

また、導体６のループ状部６ａは、隣合う導体６との間で同じである必要はなく、３つの導体６の内、両側に位置する導体のループ状部６ａを、例えば図６のように、熱電分離部の幅方向中心から片側に偏奇させた形状とすることで、部品種類は増加するものの、零相変流器の長さを減少させることができ、使用材料を低減し価格を低減することが可能となる。

さらにまた、図３のように、パーマロイなど磁性材料で形成された外部シールド１２を３個のループ状部６ａ全体を覆うように取り付けることで、外部磁界の影響を軽減することができ、零相変流器の動作精度を向上させることができる。外部シールド１２の形状は、図示のような箱状に限らず、また、望ましくは、密閉型のものとする。なお、外部シールド１２の取付け構造は図示していないが、例えば、導体６の取付け面に支持材により取付ける。

以上、この発明を実施の形態により説明したが、この発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形または省略することが可能である。

１棒状コア、２検知コイル、２ａ検知コイルの巻始め端、
２ｂ検知コイルの巻終わり端、４絶縁離間材、
５熱電分離材、６導体、６ａループ状部、
６ｂ熱電分離部、６ｃ端部、１０電圧計、
１１動作確認用コイル、１２外部シールド。

Claims

ループ状部とこのループ状部に連なる一対の脚部とを備えた複数の導体が、互いに隣り合う複数の電路を形成し、前記ループ状部には、検知コイルを巻いた棒状コアと、そのコアを覆う絶縁離間材が挿入されるとともに、一対の前記脚部は、電気絶縁層でかつ熱伝導層からなる熱電分離材を挟んで隔てられ熱電分離部を形成していることを特徴とする零相変流器。
前記検知コイルは、前記ループ状部に対応する箇所の巻線ピッチを、前記ループ状部間の巻線ピッチより小さくしたことを特徴とする請求項１に記載の零相変流器。
前記導体は、前記熱電分離部の幅を前記ループ状部の幅より広くしたことを特徴とする請求項１または２に記載の零相変流器。
前記ループ状部は、前記熱電分離部の幅方向中心から偏奇した位置に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の零相変流器。
請求項１〜４のいずれか一項に記載の零相変流器の少なくともループ状部を含む部位を磁性体でシールドしたことを特徴とする零相変流器。