JP2023176968A - Surge current measuring device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、雷撃等によるサージ電流を計測するサージ電流計測装置に関する。 The present invention relates to a surge current measuring device that measures surge current caused by lightning strikes and the like.
電池や交流電源を必要としない無電源方式で、サージ電流の大きさを判別するサージ電流計測装置が下記の特許文献1に開示されている。特許文献1のサージ電流計測装置は、避雷器等の接地線に流れるサージ電流を検出する変流器と、変流器の二次電流を全波整流する整流回路と、整流回路の出力により充電されるコンデンサと、変流器の二次電流の波高値を検出するレベル検出回路と、コンデンサの出力により駆動されるマイコンとを備えている。二次電流の波高値を検出するレベル検出回路は、複数個のサイリスタやピークホールド回路またはA/D変換回路で構成され、コンデンサの出力により駆動される。レベル検出回路の出力に基づいて、サージ電流の侵入回数および侵入ごとの波高値がマイコンに記録される。特許文献1の実施形態では、レベル検出回路を作動閾値電流が異なる3個のサイリスタで構成し、3個のサイリスタの閾値電流によってサージ電流の大きさを判別している。 2. Description of the Related Art A surge current measuring device that determines the magnitude of a surge current using a power-free method that does not require batteries or an AC power source is disclosed in Patent Document 1 listed below. The surge current measuring device of Patent Document 1 includes a current transformer that detects a surge current flowing through a grounding wire such as a lightning arrester, a rectifier circuit that full-wave rectifies the secondary current of the current transformer, and a device that is charged by the output of the rectifier circuit. A level detection circuit detects the peak value of the secondary current of the current transformer, and a microcomputer driven by the output of the capacitor. A level detection circuit that detects the peak value of the secondary current is composed of a plurality of thyristors, a peak hold circuit, or an A/D conversion circuit, and is driven by the output of a capacitor. Based on the output of the level detection circuit, the number of surge current intrusions and the peak value for each intrusion are recorded in the microcomputer. In the embodiment of Patent Document 1, the level detection circuit is configured with three thyristors having different operating threshold currents, and the magnitude of the surge current is determined based on the threshold currents of the three thyristors.
特許文献1のサージ電流計測装置では、サージ電流の大きさを判別するために、複数個のサイリスタやピークホールド回路またはA/D変換回路で構成されるレベル検出回路により、サージ電流(二次電流)の波高値を検出するため、回路構成が複雑になる傾向がある。 In the surge current measuring device of Patent Document 1, in order to determine the magnitude of the surge current, a level detection circuit composed of a plurality of thyristors, a peak hold circuit, or an A/D conversion circuit measures the surge current (secondary current). ), the circuit configuration tends to be complicated.
本発明の課題は、電池や交流電源を必要としない無電源方式で、かつ、比較的簡素な回路構成でサージ電流の大きさを計測することができるサージ電流計測装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a surge current measuring device that can measure the magnitude of a surge current using a power-free method that does not require batteries or an AC power source, and with a relatively simple circuit configuration.
上記課題を解決するため、本発明は、避雷器等の検出対象線に流れるサージ電流を検出する変流器と、前記変流器の二次電流を全波整流する整流部と、前記整流部により整流された電流により充電されるコンデンサと、前記コンデンサから放電される電流に基づいて出力信号を生成する信号出力部と、前記信号出力部から出力される前記出力信号の出力時間を測定し、該出力時間に基づいて前記サージ電流の大きさを算出するサージ電流算出部とを備えたサージ電流計測装置を提供する。 In order to solve the above problems, the present invention includes a current transformer that detects a surge current flowing in a line to be detected such as a lightning arrester, a rectifier that performs full-wave rectification of the secondary current of the current transformer, and a rectifier that a capacitor that is charged by a rectified current; a signal output section that generates an output signal based on the current discharged from the capacitor; and a signal output section that measures the output time of the output signal output from the signal output section. A surge current measuring device is provided, including a surge current calculation section that calculates the magnitude of the surge current based on output time.
本発明によれば、電池や交流電源を必要としない無電源方式で、かつ、比較的簡素な回路構成でサージ電流の大きさを計測することができるサージ電流計測装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a surge current measuring device that can measure the magnitude of a surge current using a power-free system that does not require batteries or an AC power source, and with a relatively simple circuit configuration.
以下、本発明の実施形態に係るサージ電流計測装置について図面を参照しながら説明する。尚、以下で説明する実施形態において、雷撃等によるサージ電流を検出する検出対象線は、例えば避雷器の接地線である。 Hereinafter, a surge current measuring device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the embodiment described below, the detection target line for detecting a surge current due to a lightning strike or the like is, for example, a grounding line of a lightning arrester.
図1は、第1の実施形態に係るサージ電流計測装置を示す回路図である。この実施形態のサージ電流計測装置は、接地線に流れるサージ電流を検出する変流器1と、変流器1の二次電流を全波整流する整流部2と、整流部2により整流された電流により充電されるコンデンサ3と、コンデンサ3から放電される電流に基づいて出力信号を生成する信号出力部4と、信号出力部4から出力される出力信号の出力時間を測定し、出力信号の出力時間に基づいてサージ電流の大きさを算出するサージ電流算出部5とを主要な要素として構成される。この実施形態において、整流部2、コンデンサ3および信号出力部4を含む構成回路は配線基板に実装され、同図に2点鎖線で示す筐体Cの内部に内蔵される。筐体Cには入力端子6、7と出力端子8、9が設けられ、整流部2は入力端子6、7の側、信号出力部4は出力端子8、9の側に配置される。変流器1とサージ電流算出部5は筐体Cの外部に在り、変流器1の鉄心(図示省略)に巻き回された二次コイルは入力端子6、7に接続され、サージ電流算出部5は出力端子8、9に接続される。また、上記の構成回路等をサージ電流から保護するために、入力端子6、7と整流部2との間にバリスタ10が介装されている。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a surge current measuring device according to a first embodiment. The surge current measuring device of this embodiment includes a current transformer 1 that detects surge current flowing through a grounding wire, a
整流部2は、例えばブリッジ回路で構成され、バリスタ10と並列で入力端子6、7に接続される。雷撃等により接地線にサージ電流が流れると、変流器1の二次コイルにサージ電流に応じた二次電流が誘起される。この二次電流は、入力端子6、7から整流部2に流れ、整流部2で全波整流される。
The
整流部2で全波整流された二次電流は、整流部2の出力側に接続されたコンデンサ3に流れる。コンデンサ3は、整流部2から流れる二次電流によって充電されて、電気エネルギーを蓄積する。
The secondary current that has been full-wave rectified by the
信号出力部4は、コンデンサ3に接続され、コンデンサ3に蓄積された電気エネルギーによって駆動される(無電源方式)。この実施形態において、信号出力部4は、コンデンサ3に接続されたサイリスタ4aと、サイリスタ4aのカソード側に接続されたトランジスタ4b(例えばNPN型トランジスタ)とを主要な構成要素とする。
The
サイリスタ4aは可変抵抗4cと並列でコンデンサ3に接続され、サイリスタ4aのゲートに可動抵抗4cの可動接点が接続される。サイリスタ4aのゲート電流は可変抵抗4cによって調整され、これにより、サイリスタ4aのアノードとカソードとの間の導通(ゲートON電圧)が可変で調整される。また、サイリスタ4aのカソード側には抵抗R1が設けられており、サイリスタ4aのアノードからカソードに流れる電流がトランジスタ4bの側に流れるようになっている。
The
トランジスタ4bのベースは、サイリスタ4aのカソードと抵抗R1との間に、抵抗R2を介して接続される。例えば、信号出力部4から出力される出力信号の出力時間(例えば数秒~数十秒)を長くするために、抵抗値の大きな抵抗R2(例えば十kΩ~数MΩ)を用いることができる。コンデンサ3の充電電圧がサイリスタ4aのゲートON電圧に達すると、可変抵抗4cを介してサイリスタ4aのゲートにゲート電流が流れてサイリスタ4aが導通する。そして、サイリスタ4aを導通した電流が抵抗R2を介してトランジスタ4bのベースに流れると、トランジスタ4bのコレクタからエミッタにコレクタ電流が流れる。このトランジスタ4bのコレクタ電流によって出力信号が生成され、この出力信号が出力端子8、9からサージ電流算出部5に出力される。
The base of
サージ電流算出部5は、信号出力部4から出力される出力信号の出力時間を測定するタイマー機能と、出力信号の出力時間に基づいてサージ電流の大きさを算出する算出機能とを備えている。信号出力部4から出力される出力信号の出力時間はコンデンサ3に蓄積される電気エネルギーに応じて変化し、また、コンデンサ3に蓄積される電気エネルギーは変流器1で検出されるサージ電流の大きさに応じて変化する。すなわち、信号出力部4から出力される出力信号の出力時間は変流器1で検出されるサージ電流の大きさに応じて変化するので、出力信号の出力時間からサージ電流の大きさを計測することができる。例えば、変流器1で検出されるサージ電流の大きさと信号出力部4から出力される出力信号の出力時間との相関関係(比例関係)を予め実験より求めて、サージ電流算出部5の算出機能に記憶させておく。そして、算出機能において、上記のタイマー機能により測定された出力信号の出力時間と上記の相関関係(比例関係)に基づいてサージ電流の大きさを算出する。
The surge
図2は、第2の実施形態に係るサージ電流計測装置を示す回路図である。この第2の実施形態のサージ電流計測装置が第1の実施形態のサージ電流計測装置と異なる点は、サイリスタ4aのゲート側に第2のコンデンサ4dを追加した点である。コンデンサ4dを追加したことにより、コンデンサ4dの充電電圧がサイリスタ4aのゲートON電圧に達した時点で、信号出力部4の動作が開始されるので、コンデンサ3により大きな電気エネルギーを蓄積させて、信号出力部4の駆動力を高めることができる。また、コンデンサ4dを追加することにより、ノイズ防止の効果も得られる。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a surge current measuring device according to a second embodiment. The surge current measuring device of the second embodiment differs from the surge current measuring device of the first embodiment in that a
図3は、第3の実施形態に係るサージ電流計測装置を示す回路図である。この第3の実施形態のサージ電流計測装置が第1の実施形態のサージ電流計測装置と異なる点は、信号出力部4に第2のトランジスタ4eを追加した点である。第2のトランジスタ4eは、第1のトランジスタ4bにダーリントン接続される。このように、信号出力部4に2段又はそれ以上のダーリントン回路を設けることにより、信号出力部4の駆動力を高める(大きな負荷電流を流す)ことができる。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a surge current measuring device according to a third embodiment. The surge current measuring device of the third embodiment differs from the surge current measuring device of the first embodiment in that a
図4は、第4の実施形態に係るサージ電流計測装置を示す回路図である。この第4の実施形態のサージ電流計測装置は、第1の実施形態のサージ電流計測装置の構成回路Xに極性別計測回路(正極性電流計測回路Yと負極性電流計測回路Z)を追加したものである。正極性電流計測回路Yと負極性電流計測回路Zは、それぞれ、整流部2の入力側(整流部2とバリスタ―10との間)に分岐接続され、正極性電流計測回路Yには、変流器1から正極性の二次電流が流れるようにダイオード11が接続され、負極性電流計測回路Zには、変流器1から負極性の二次電流が流れるようにダイオード12が接続されている。正極性電流計測回路Yと負極性電流計測回路Zにおける、ダイオード11、12より下流側の構成回路は、第1の実施形態の構成回路Xにおける、整流部2より下流側の構成回路と同じであるが、第2又は第3の実施形態の構成回路と同じにしてもよい。
FIG. 4 is a circuit diagram showing a surge current measuring device according to a fourth embodiment. The surge current measuring device of the fourth embodiment has polarity-specific measuring circuits (positive polarity current measuring circuit Y and negative polarity current measuring circuit Z) added to the component circuit X of the surge current measuring device of the first embodiment. It is something. The positive current measurement circuit Y and the negative current measurement circuit Z are each branch-connected to the input side of the rectifier 2 (between the
正極性電流計測回路Yは、変流器1の正極性の二次電流により充電されるコンデンサ3と、コンデンサ3から放電される電流に基づいて出力信号を生成する信号出力部4と、信号出力部4から出力される出力信号の出力時間を測定し、出力時間に基づいて正極性のサージ電流の大きさを算出するサージ電流算出部5とを備えている。また、負極性電流計測回路Zは、変流器1の負極性の二次電流により充電されるコンデンサ3と、コンデンサ3から放電される電流に基づいて出力信号を生成する信号出力部4と、信号出力部4から出力される出力信号の出力時間を測定し、出力時間に基づいて負極性のサージ電流の大きさを算出するサージ電流算出部5とを備えている。
The positive polarity current measurement circuit Y includes a
正極性電流計測回路Yにより、正極性の電荷をもったサージ電流の大きさを計測することができ、負極性電流計測回路Zにより、負極性の電荷をもったサージ電流の大きさを計測することができる。また、構成回路Xにより、正負両極性の電荷をもったサージ電流の大きさ(絶対値)を計測することができる。このように、第4の実施形態に係るサージ電流計測装置では、サージ電流の大きさをその極性(両極性、正極性、負極性)に応じて計測することができるので、サージ電流の流れの向きと大きさが分かり、サージ電流の流れの向きと大きさからサージの侵入ルートを特定して、雷対策等の強化が必要な箇所を明確にすることができる。 The positive polarity current measuring circuit Y can measure the magnitude of a surge current having a positive polarity charge, and the negative polarity current measuring circuit Z can measure the magnitude of a surge current having a negative polarity charge. be able to. Moreover, the component circuit X can measure the magnitude (absolute value) of a surge current having charges of both positive and negative polarities. In this way, the surge current measuring device according to the fourth embodiment can measure the magnitude of the surge current according to its polarity (bipolarity, positive polarity, negative polarity), so that the flow of the surge current can be measured. By knowing the direction and size of the surge current, it is possible to identify the route of surge entry based on the direction and size of the surge current flow, and to clarify areas where lightning countermeasures, etc., need to be strengthened.
以上の実施形態において、サージ電流算出部5は、サージ電流計測装置の付属機器として構成したり、遠隔監視装置、PC端末やスマートホン端末のソフトフェアに組み入れたりすることができる。あるいは、サージ電流算出部5は、サージ電流計測装置の筐体Cに内蔵することもできる。
In the embodiments described above, the surge
1 変流器
2 整流部
3 コンデンサ
4 信号出力部
4a サイリスタ
4b トランジスタ
4d 第2のコンデンサ
4e 第2のトランジスタ
X 両極性の構成回路
Y 正極性電流計測回路
Z 負極性電流計測回路
1
Claims (5)
前記変流器の二次電流を全波整流する整流部と、
前記整流部により整流された電流により充電されるコンデンサと、
前記コンデンサから放電される電流に基づいて出力信号を生成する信号出力部と、
前記信号出力部から出力される前記出力信号の出力時間を測定し、該出力時間に基づいて前記サージ電流の大きさを算出するサージ電流算出部とを備えたサージ電流計測装置。 A current transformer that detects surge current flowing in the detection target line,
a rectifier that full-wave rectifies the secondary current of the current transformer;
a capacitor charged by the current rectified by the rectifier;
a signal output unit that generates an output signal based on the current discharged from the capacitor;
A surge current measuring device comprising: a surge current calculation section that measures an output time of the output signal output from the signal output section and calculates a magnitude of the surge current based on the output time.
前記極性別計測回路は、前記整流部の入力側にそれぞれ分岐接続された正極性電流計測回路と負極性電流計測回路とを備え、
前記正極性電流計測回路は、前記変流器の正極性の二次電流により充電されるコンデンサと、前記コンデンサから放電される電流に基づいて出力信号を生成する信号出力部と、前記信号出力部から出力される前記出力信号の出力時間を測定し、該出力時間に基づいて正極性の前記サージ電流の大きさを算出するサージ電流算出部とを備え、
前記負極性電流計測回路は、前記変流器の負極性の二次電流により充電されるコンデンサと、前記コンデンサから放電される電流に基づいて出力信号を生成する信号出力部と、前記信号出力部から出力される前記出力信号の出力時間を測定し、該出力時間に基づいて負極性の前記サージ電流の大きさを算出するサージ電流算出部とを備えている請求項1に記載のサージ電流計測装置。
further comprising a polarity measurement circuit that measures the surge current according to its polarity,
The polarity measurement circuit includes a positive polarity current measurement circuit and a negative polarity current measurement circuit that are branch-connected to the input side of the rectifier,
The positive current measurement circuit includes a capacitor charged by a positive secondary current of the current transformer, a signal output section that generates an output signal based on a current discharged from the capacitor, and the signal output section. and a surge current calculation unit that measures the output time of the output signal output from and calculates the magnitude of the positive surge current based on the output time,
The negative polarity current measurement circuit includes a capacitor charged by a negative secondary current of the current transformer, a signal output section that generates an output signal based on a current discharged from the capacitor, and the signal output section. 2. The surge current measurement unit according to claim 1, further comprising a surge current calculation unit that measures the output time of the output signal output from and calculates the magnitude of the negative polarity surge current based on the output time. Device.
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