JP3221128B2

JP3221128B2 - 電流検出装置

Info

Publication number: JP3221128B2
Application number: JP01507693A
Authority: JP
Inventors: 惇西台; 和弘樋口
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1993-02-02
Filing date: 1993-02-02
Publication date: 2001-10-22
Anticipated expiration: 2016-10-22
Also published as: JPH06230042A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、１台で、例えば１０
００Ａから１０Ａまで、１００倍もの広い電流範囲の電
流を精度よく検出することができる広電流域の電流検出
装置に関するもので、例えば２２〜６．６ｋＶのコンパ
クトガスキュービクル等に使用されるものである。

【０００２】

【従来の技術】大電流域から小電流域まで、一様な特性
を示す電流変成方式に、リニアカプラがあるが、このリ
ニアカプラは、透磁率μ_s＝１であるため、磁束発生量
が少なく、したがって２次回路へ誘導する電圧が小さ
く、１００ＡＴ（アンペアターン）前後の小電流ではき
わめて感度が悪かった。

【０００３】一方、鉄心型の変流器を用いた電流検出装
置は、低負荷では１００ＡＴで使用可能であるが、１０
ＡＴまで低下すると、鉄心透磁率が小さくなって励磁電
流の相対値が大きくなり、励磁電流による誤差が増大し
て使用が困難になる。したがって、精度よく電流検出を
行うには、各定格電流に応じて、１０００Ａ用は１次側
を１Ｔ（ターン）、６００Ａ用は１次側を２Ｔ、３００
Ａ用は１次側を３Ｔというように、１次側のターン数の
異なる各種定格の変流器を準備する必要がある。

【０００４】したがって、変流器を用いた電流検出装置
を配電盤等に組み込む場合、現状では、定格電流の大き
さに応じて何種類もの外形，仕様の異なる電流検出装置
を手配・製作し、配電盤に適宜選択して取り付けるとい
う構成を採用しなければならなかった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように、定格電流
の大きさに応じて何種類もの外形，仕様の異なる電流検
出装置を手配・製作し、配電盤に適宜選択して取り付け
るという構成では、手配する電流検出装置の種類が多
く、また外形が異なるため、手配ミス，設計ミス等が多
く発生し、配電盤の標準化にとっても妨げとなってい
た。

【０００６】このような問題は、鉄心型の変流器を用い
た一つの電流検出装置で、例えば１０００ＡＴから１０
ＡＴまで、というように１００倍もの広い電流範囲をカ
バーできるように、電流検出装置を構成すれば解消でき
ると考えられ、このようにすると、電流検出装置の外
形，仕様の数を削減して、手配ミス，設計ミス等を減少
をさせることができ、また配電盤の標準化にとって好ま
しいものとなる。

【０００７】したがって、この発明の目的は、広い電流
範囲にわたって精度よく電流検出を行うことができる電
流検出装置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明の電流検出装置
は、鉄心付の変流器の１次巻線に検出対象の電路電流を
供給し、この変流器の２次巻線に負荷抵抗を接続し、負
荷抵抗により変流器の２次電流を電圧に変換して取り出
すようにしている。また、変流器の２次巻線から負荷抵
抗への通電路中に補助抵抗を直列に挿入接続している。
さらに、負荷抵抗の両端間に生じる電圧を検出する増幅
器を設け、負荷抵抗の両端間の電圧と絶対値が同じでか
つ逆極性の電圧を補助抵抗の両端間に加えるようにして
いる。

【０００９】

【作用】この発明の構成によれば、増幅器により負荷抵
抗の両端間に生じる電圧を検出し、負荷抵抗と直列に設
けた補助抵抗の両端間に、負荷抵抗の両端間の電圧と絶
対値が同じでかつ逆極性の電圧を加えるようにしたこと
により、変流器の２次巻線の両端間の電圧が零となり、
結果的に小電流域における変流器の誤差の元となる励磁
電流が１次電流からではなく増幅器から供給されること
になり、変流器の誤差が補正されることになる。したが
って、負荷抵抗には、小電流域においても変流器の１次
２次の巻数比の通りの誤差のない電流が流れることにな
る。この結果、鉄心型の変流器を用いた電流検出装置に
おいて、誤差が増加する小電流域における誤差を補正す
ることができ、広い電流範囲にわたって精度よく電流検
出を行うことができる。

【００１０】一方、増幅器を用いて変流器の誤差補償を
行う方式の共通的な欠点として、小電流域においては増
幅器に求められる容量は小であっても、大電流域、過電
流域において必要となる増幅器容量が大なるものとな
り、コスト面から実用的でなくなることである。本発明
は、誤差補償を必要とする小電流域の範囲を超過する電
流領域においては、増幅器の入力電圧をリミットして、
したがって出力電圧、電流が増加するのを抑制し、増幅
器容量の増大を防止する。

【００１１】また、系統故障時の電流のような過電流が
流れた時にも、上記作用による増幅器入力電圧の抑制と
ともに、変流器２次回路に流れる過電流によって増幅器
の出力端子につながる補助抵抗の端子電圧が高騰し増幅
器の出力に過電圧がかかる責務を補助抵抗に並列に設け
た電圧制限素子の効果によって制限する。

【００１２】

【実施例】この発明の一実施例の電流検出装置を図１を
参照しながら説明する。この電流検出装置は、図１に示
すように、鉄心１ａを有する変流器１の１次巻線１ｂに
１次電流Ｉ₁として検出対象の電路の電流を供給するよ
うにしている。また、変流器１の２次巻線１ｃの両端子
７ａ，７ｂ間に負荷抵抗２（抵抗値Ｒ_L）と補助抵抗３
（抵抗値Ｒ_C）との直列回路を接続し、負荷抵抗２によ
り変流器１の２次巻線１ｃに流れる２次電流Ｉ₂を電圧
Ｖ_Lに変換して取り出すようにしている。

【００１３】さらに、負荷抵抗２の両端間に生じる電圧
Ｖ_Lを検出する増幅器４を設け、負荷抵抗２の両端間の
電圧Ｖ_Lと絶対値が同じでかつ逆極性の電圧Ｖ_C（＝−
Ｖ_L）を補助抵抗３の両端間に加えるようにしている。
言い換えると、増幅器４の出力電圧Ｖ_Cが−Ｖ_Lとなる
ように、増幅器４を調整している。この結果、変流器１
の２次巻線１ｃの両端子７ａ，７ｂ間の電圧が０とな
る。

【００１４】このことは、変流器１の誤差の元となる励
磁電流が１次電流から供給されずに、増幅器４から供給
されることになる。負荷抵抗２の両端間の電圧Ｖ_Lは、
増幅器５で適宜増幅された後、計測出力として出力端子
６から取り出される。増幅器５の一対の入力端子間に設
けた可変抵抗１０はレンジ切換用であり、これを切り換
えることにより、電流検出装置の動作レンジが切り換え
られることになる。

【００１５】なお、負荷抵抗２，補助抵抗３，増幅器
４，５，可変抵抗６，可変抵抗１０は、１枚の小さいプ
リント配線板８に搭載されている。また、増幅器４の入
力電圧を制限する入力電圧制限素子１１と入力電流制限
用の抵抗１２とが負荷抵抗２から増幅器４への通電路に
挿入されている。また、増幅器４から補助抵抗３への通
電路に電流制限用の抵抗１４が挿入され、補助抵抗３と
並列に、順方向電圧を利用して過電圧保護（電圧制限）
を行うダイオード群１３が接続されている。これらの部
品も、プリント配線板８に合わせて搭載されている。

【００１６】この電流検出装置によると、増幅器４によ
り負荷抵抗２の両端間に生じる電圧Ｖ_Lを検出し、負荷
抵抗２と直列に設けた補助抵抗３の両端間に、負荷抵抗
２の両端間の電圧Ｖ_Lと絶対値が同じでかつ逆極性の電
圧Ｖ_Cを加えるようにしたことにより、変流器１の２次
巻線１ｃの両端間の電圧が零となり、結果的に小電流域
における変流器１の誤差の元となる励磁電流が１次電流
からではなく増幅器４から供給されることになり、励磁
電流に伴う誤差をなくすことができ、結果として変流器
１の誤差が補正されることになる。したがって、負荷抵
抗２には、小電流域においても変流器１の１次２次の巻
数比の通りの誤差のない電流が流れることになる。この
結果、鉄心型の変流器１を用いた電流検出装置におい
て、誤差が増加する小電流域における誤差を補正するこ
とができ、広い電流範囲にわたって精度よく電流検出を
行うことができる。

【００１７】ここで、この実施例による効果について具
体的に説明する。電流検出装置に用いる変流器１とし
て、例えば、１０００Ａの１次電流貫通により、負荷抵
抗２の抵抗値が１００Ω（１ＶＡ）で、負荷抵抗２の両
端電圧Ｖ_Lが１０Ｖとなる変流器を考える。この変流器
の１次２次の電流比は、１０００Ａ：０．１Ａである。
このような変流器において、１次電流が１００Ａに低下
すると位相誤差が０．０３ラジアン位に増大し、１０Ａ
ではきわめて大きな誤差となる。

【００１８】普通、変流器は、１．０級の誤差階級のも
のが用いられている。この誤差階級が１．０級とは、簡
単に言えば、これは、定格電流で１％の比誤差、０．０
１ラジアンの位相角誤差以下が求められ、定格電流の１
／１０の低レベルではこれが定格時の２倍（２％と０．
０２ラジアン）まで許容される。１００Ａで０．０３ラ
ジアンであれば、１０Ａでは０．１ラジアン程度にな
る。また、比誤差は、この例のような抵抗負荷のときに
は、０．０３ラジアンにおいて、１．０％程度の値にな
る。

【００１９】増幅器４は、補助抵抗３の抵抗値Ｒ_Cを１
００Ωとしたとき（特に、負荷抵抗３の抵抗値と等しく
する必要はない）、１次電流が１００Ａの場合に、補助
抵抗３の両端に電圧Ｖ_Cとして１Ｖの電圧を与える。と
ころが、増幅器４の出力は、０．０１Ａの変流器電流に
逆らったものであるので、増幅器４から出力される電流
は０．０２Ａで、この電流は補助抵抗３と負荷抵抗２と
に分流し、増幅器４の出力電力は、１Ｖ×０．０２Ａ＝
０．０２Ｗとなる。

【００２０】一方、１次電流が１０Ａに低下したとき、
増幅器４は、電圧Ｖ_Cとして０．１Ｖの電圧を補助抵抗
３に加えて、励磁電流補正をするので、負荷抵抗３の両
端間の電圧Ｖ_Lは巻数比の通りの０．１Ｖが出力され
る。また、１次電流が３００Ａ〜１０００Ａのときは、
負荷抵抗２の両端間の電圧Ｖ_Lが３Ｖ〜１０Ｖとなる。
このとき、変流器１の鉄心透磁率が大となり、励磁電流
の相対値は低下し、誤差補正の必要がなくなり、もはや
この電圧Ｖ_Lに対応する増幅器４の出力電圧は不要とな
る。したがって、入力制限素子１１によって増幅器４の
入力電圧にリミットをかけ、増幅器４の出力を３００Ａ
の電流に対応するレベルに抑制する。

【００２１】また、故障電流のような過電流により、補
助抵抗３の端子電圧が異常に増大するのを、例えばダイ
オード群１３の順方向特性にて保護する。また、この電
流検出装置は、全ての電流範囲で増幅器４による補償動
作を行うのではなく、小電流域のみ補償動作を行うよう
にすることもできる。つまり、変流器１次電流が１００
００Ａ〜３００Ａの過電流あるいは大電流域では増幅器
４による補償に制限をかけ、変流器１次電流が３００Ａ
〜１０Ａの小電流域では増幅器４による補償を行うとい
うように、動作モードを自動的に切り換えるようにする
ことができるので、増幅器容量が大なるものを必要とし
ない。

【００２２】このようにすると、３００Ａレベルでの増
幅器４の出力が約０．２Ｗ（３Ｖ×０．０６Ａ＝０．１
８Ｗ≒０．２Ｗ）に過ぎず、補償動作に伴う電力損失を
少なく抑えることができる。また、この増幅器は、出力
信号を供給する増幅器ではなく、変流の励磁電流を供給
する増幅器である。したがって、増幅器の誤差の約１／
１０が出力誤差に影響するにすぎないから、高い精度は
必要としない簡易な増幅器ですむことも本発明の利点で
ある。

【００２３】

【発明の効果】この発明の電流検出装置によれば、増幅
器により負荷抵抗の両端間に生じる電圧を検出し、負荷
抵抗と直列に設けた補助抵抗の両端間に、負荷抵抗の両
端間の電圧と絶対値が同じでかつ逆極性の電圧を加える
ことにより、変流器の２次巻線の両端間の電圧を零とし
て、小電流域における変流器の誤差の元となる励磁電流
を１次電流からではなく増幅器から供給し、これによっ
て変流器の誤差を補正する。この結果、負荷抵抗に小電
流域においても変流器の１次２次の巻数比の通りの誤差
のない電流を流すことができ、鉄心型の変流器を用いた
電流検出装置において、誤差が増加する小電流域におけ
る誤差を補正することができ、広い電流範囲にわたって
精度よく電流検出を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の電流検出装置の構成を示
す概略図である。

【符号の説明】

１変流器１ａ鉄心１ｂ１次巻線１ｃ２次巻線２負荷抵抗３補助抵抗４増幅器

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】検出対象の電路電流が１次巻線に供給さ
れる鉄心付の変流器と、この変流器の２次巻線に接続し
て前記変流器の２次電流を電圧に変換して取り出す負荷
抵抗と、前記変流器の２次巻線から前記負荷抵抗への通
電路中に直列に挿入接続した補助抵抗と、前記負荷抵抗
の両端間に生じる電圧を検出し前記負荷抵抗の両端間の
電圧と絶対値が同じでかつ逆極性の電圧を前記補助抵抗
の両端間に加える増幅器とを備えた電流検出装置。