JP3441984B2 - 漏洩電流測定用クランプテスタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回路を遮断するこ
となく活線の状態で回路の漏洩電流を測定するリークク
ランプテスタに関し、特に残留電流の影響と外部電流に
よる磁界の影響を低減するためのコイルの巻線方式およ
び電流検出回路の改善に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】まず図４を参照してクランプテスタの原
理について説明する。コイル２をＮ₂回巻回した円環状
のコア内に被測定電流Ｉの流れる電線を配置したとき、
電流Ｉによってコイル２にφの磁束が鎖交したとする。

【０００３】電流Ｉとコイル２との相互インダクタンス
Ｍは、 Ｍ＝Ｎ₂（φ／Ｉ） で定義される。コイル２に誘導される起電力ｅは、 ｅ＝−ＭｄＩ／ｄｔ である。電流ｉは次の通りである。 ｉ＝ｅ／Ｚ＝−（Ｍ／Ｚ）ｄＩ／ｄｔ ここに、Ｚはコイル２のインピーダンス

【０００４】ここで、コイル２の直流抵抗をＲ、インダ
クタンスをＬ、電流ＩはＩ＝Ａｓｉｎωｔであるとす
る。Ｚ＝Ｒ＋ｊωＬであるが、ωＬ≫ＲであればＲは無
視できるので電流ｉは、次式のようになる。 ｉ≒−（Ｍ／ｊωＬ）ｄＩ／ｄｔ＝−（Ｍ／ｊωＬ）Ａωｃｏｓωｔ ＝−（Ｍ／ｊＬ）Ａｃｏｓωｔ

【０００５】Ｍ，Ｌはどちらもμ₀μ_sに比例するので、
ｉはコア１のμ₀μ_sにはよらずＩに比例した量となり、
これにより被測定電流Ｉを測定することができる。これ
がクランプテスタで電流を検出できる原理である。

【０００６】図５はリーククランプテスタの原理図であ
る。電流が逆方向に流れる一対の電線（他端に負荷ＬＤ
が接続されている）Ｌ₁，Ｌ₂をクランプテスタで同時に
クランプし、上記原理でコア１と鎖交する電流量を測定
する。一対の電線Ｌ₁，Ｌ₂に流れる電流（Ｉ₁,Ｉ₂）の
量が同じであれば、コア１と鎖交する電流は０になる
が、線路のどこかに漏れ電流があった場合にはその漏れ
電流量ｉｒが検出できる。

【０００７】このようなクランプテスタでは以下のよう
な特性が要求される。 (1) クランプテスタで電線をクランプした際にその一対
の電線が、常にクランプに対して同一の位置にくるとは
限らない。クランプのコア内の電流の位置が異なると、
本来なら打ち消しあって検出されないはずの電流が検出
されてしまうことがある。これを残留電流と呼ぶが、リ
ーククランプテスタではこのような残留電流が少ないこ
とが重要である。

【０００８】(2) 外部磁界の影響 リーククランプテスタの高性能機種では検出しなければ
ならない電流量が１ｍＡ程度と非常に小さいため、外部
に大きな電流（例えば１００Ａ程度の大電流）が流れて
いる場合にはその電流の影響を受けて、クランプのコア
と鎖交する電流がゼロであるにも関わらず電流値が検出
されることがある。このため、徴小電流を検出するリー
ククランプにおいては外部電流の影響を除去することが
重要である。

【０００９】 上記(1) ，(2) はどちらもクランプの磁
気回路の非対称性に関連するので、非対称性を何らかの
形で補正する必要がある。例えば、特開平９−２６９３
３７号「分割型漏れ電流測定器」には上記(1) に着目し
て残留電流の誤差を改善する技術が開示されている。

【００１０】この電流測定器は、図６に示すように、一
対のコア２０Ａ，２０Ｂの端面を対向させて円環状と
し、その端面近傍にそれぞれコイル（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）
を配設し、端面近傍の各コイル対の直列接続出力をそれ
ぞれアンプ２１，２３で増幅すると共に位相調整手段２
２，２４により位相調整し、その２つの位相調整出力を
加算器２５で加算する。加算器２５の出力は計器２６で
表示される。

【００１１】なお、各位相調整手段とアンプはそれぞれ
位相、ゲインが調整可能になっており、この調整により
コア分割面の磁気的結合バランスがとれた状態と同様の
状態を得ることができ、残留電流を小さくすることがで
きる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな電流測定器においては次のような課題があった。

【００１３】２組のコイルから電流を検出し、その電流
に対して１対の利得調整手段と１対の位相調整手段およ
び加算回路を必要としている。また、リーククランプテ
スタでは、実際に線路に流れている電流を検出するため
に、微少電流のみならず、大電流を測定するレンジを持
つことが多いので、ダイナミックレンジを確保するため
には上記の各回路のほかに別の大電流用の回路も必要に
なり、回路規模が大きくなるという間題点がある。この
ような回路規模の大きさがリーククランプテスタの小型
化と低価格化の障害になっていた。

【００１４】本発明の目的は、上記の課題を解決するも
ので、回路規模を大きくすることなく、容易にクランプ
の磁気回路の非対称性を補正することができ、また測定
電流のダイナミックレンジも大きく確保できるようにし
た漏洩電流測定用クランプテスタを実現することにあ
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、請求項１の発明では、コイルを巻回した分離
可能な環状のコアを有し、活線の状態で回路の漏洩電流
を測定することができるように構成された漏洩電流測定
用クランプテスタであって、前記環状のコアのそれぞれ
に巻回した実質上２個ずつのコイルを直列または並列に
接続した２組のコイルと、前記コアの磁気回路の非対称
性を補正するために抵抗を用いた回路により前記２組の
コイルの出力電流のアンバランスを調整すると共に、被
測定電流の電流測定レンジに応じて前記２組のコイルの
各出力電流の信号振幅をそれぞれ制限する回路およびこ
の回路の２つの出力電流を加算しその加算値に対応する
電圧を出力する加算回路を備え、この加算回路より被測
定電流に対応した電圧が得られるように構成したことを
特徴とする。

【００１６】このような構成により、回路規模を大きく
することなく、容易にコアの磁気回路の非対称性を補正
でき、また測定電流のダイナミックレンジも大きく確保
できる。

【００１７】この場合、直列または並列に接続する２組
の各コイルは、請求項２のように、各コアごとに巻回さ
れた２個のコイルを直列接続するか、またはコアの分割
面を挟んで対向して巻回された２個のコイルを直列接続
するか、またはコアの分割面を挟んで対向して巻回され
たコイルを並列接続するかのいずれかである。また、請
求項３のように、信号振幅をそれぞれ制限する回路は、
抵抗の切替えにより信号振幅を制限すると共に抵抗の切
替えを被測定電流のレンジの切替えと連動させる構成と
することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下図面を用いて本発明を詳しく
説明する。図１は本発明に係るクランプテスタの一実施
例を示す構成図である。コア１ａ、ｌｂにはそれぞれ２
組の巻線（以下巻線をコイルという）２ａ，２ｂと２
ｃ、２ｄが施されている。コイル２ａ、２ｂの端子は間
に半固定抵抗３ａを挟んでこの２つのコイルによる検出
電流が加算されるように直列に接続されている。

【００１９】他方のコア１ｂにあるコイル２ｃ，２ｄと
半固定抵抗３ｂも同様に接続されている。コイル２ｂと
コイル２ｄの半固定抵抗に接続されていない方の端子は
それぞれ半固定抵抗７ｂと固定抵抗７ａを介して加算器
８の構成要素である演算増幅器８ａの反転入力に接続さ
れている。

【００２０】また、該コイルの出力は半固定抵抗４ｂ、
４ａを介して、また固定抵抗５ｂ，５ａとスイッチ６
ａ，６ｂとを介して、それぞれ図示のようにゼロ電位に
接続されている。半固定抵抗９は加算器８の全体のゲイ
ンを決めるための帰還抵抗である。加算器８の出力は出
力端子１０に導かれている。

【００２１】このような構成における動作を次に説明す
る。漏洩電流等の微小電流を測定する際にはスイッチ６
ａ，６ｂを開いておき、加算器８の入力が短絡しないよ
うにする。

【００２２】以下、外部電流による影響を低滅する方式
について述べる。被測定電流がコア１ａ，１ｂの内部
（空間部分）にあれば、コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ
にはすべて同相の電流が流れるので、それらの加算出力
が出力端子１０に現れる。規定の被測定電流に対して出
力が規定の値になるように半固定抵抗９を調整する。

【００２３】外部に電流があった場合、理想的には４つ
のコイルには同一振幅の電流出力が現れ、コイル２ａと
２ｄは同相、コイル２ｂ，２ｃも同相、コイル２ａと２
ｂは逆相、コイル２ｃと２ｄにも逆相の電流が流れるの
で、加算器出力はゼロになるはずである。

【００２４】しかし、一般的には分割端面１１ａ，１１
ｂの非対称などによりそれぞれの出力の振幅は異なる。
そこで、半固定抵抗３ａ，３ｂを用いてそれぞれの出力
のアンバランスを調整して、出力がゼロになるように調
整する。さらにここで調整しきれないアンバランスは半
固定抵抗４ａ，４ｂおよび加算器の入力抵抗７ｂで調整
する。一般的に、上記のようにして外部電流による影響
を低滅すれば、残留電流誤差も少なくなる。

【００２５】また、大電流を測定する場合には短絡抵抗
５ａ，５ｂに接続されたスイッチ６ａ，６ｂを閉じるこ
とにより、加算器８に入力される信号振幅が制限され同
一回路で大電流の測定も可能となる。なお、ここでは短
絡抵抗５ａ，５ｂと６ａ，６ｂはそれぞ１回路しか図示
していないが必要な電流レンジに応じて複数の組合わせ
を持つように構成してもよい。そして、電流測定レンジ
の切替えに連動して抵抗値が切替えられるようにすると
便利である。

【００２６】図２は本発明の他の実施例を示す構成図で
ある。図１と異なるところは、コイルの接続方式にあ
る。本実施例では、コイル２ａと２ｂを抵抗３を介して
直列接続し、コイル２ａと２ｂの他端から電流が出力さ
れるようにしている。なお、半固定抵抗３の摺動接点は
接地され、コイル出力のアンバランスが調整できるよう
になっている。このような構成によっても、図１の場合
と同様に外部電流の影響を防ぎ、残留電流を除去でき
る。

【００２７】図３は他の接続方式の実施例図である。コ
イル２ａ，２ｄを半固定抵抗３ａを介して接続し、他方
のコイル２ｂ，２ｃも同様に半固定抵抗３ｂを介してそ
れぞれ接続する。半固定抵抗３ａ，３ｂの摺動接点は半
固定抵抗３ｃを介して接続されている。なお、半固定抵
抗３ｃの摺動接点は接地されている。そして、コイル２
ａ，２ｄの共通接続点と、コイル２ｂ，２ｃの共通接続
点からの各出力電流が加算器側に入力される。

【００２８】このような構成によっても図１の場合と同
様に外部電流の影響を防ぐと共に残留電流を除去するこ
とができる。

【００２９】なお、以上の説明は、本発明の説明および
例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎな
い。したがって本発明は、上記実施例に限定されること
なく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、
変形をも含むものである。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば次の
ような効果がある。 (1) 従来例において用いたような振幅調整回路や位相調
整回路を用いないで、容易に、クランプの磁気回路の非
対称性を補正し、また測定電流のダイナミックレンジも
大きく確保することができる。 (2) 簡単な構成により高性能な漏洩電流用クランプテス
タが実現でき、小型化と低価格化が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るクランプテスタの一実施例を示す
構成図である。

【図２】本発明の他の実施例を示す構成図である。

【図３】本発明の更に他の実施例を示す構成図である。

【図４】クランプテスタの原理を説明する図である。

【図５】リーククランプテスタの原理構成図である。

【図６】従来のクランプテスタの一例を示す構成図であ
る。

【符号の説明】

１，１ａ，１ｂ コア ２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ コイル ３，３ａ，３ｂ，３ｃ 半固定抵抗 ４ａ，４ｂ 半固定抵抗 ５ａ，５ｂ，７ａ 固定抵抗 ６ａ，６ｂ スイッチ ８ 加算器 ８ａ 演算増幅器 ９ 半固定抵抗 １０ 出力端子１１ａ，１１ｂ 分割端面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01R 1/22 G01R 15/00 - 19/32 G01R 31/02 - 31/07

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コイルを巻回した分離可能な環状のコアを
   有し、活線の状態で回路の漏洩電流を測定することがで
   きるように構成された漏洩電流測定用クランプテスタで
   あって、 前記環状のコアのそれぞれに巻回した実質上２個ずつの
   コイルを直列または並列に接続した２組のコイルと、 前記コアの磁気回路の非対称性を補正するために抵抗を
   用いた回路により前記２組のコイルの出力電流のアンバ
   ランスを調整すると共に、被測定電流の電流測定レンジ
   に応じて前記２組のコイルの各出力電流の信号振幅をそ
   れぞれ制限する回路およびこの回路の２つの出力電流を
   加算しその加算値に対応する電圧を出力する加算回路を
   備え、この加算回路より被測定電流に対応した電圧が得
   られるように構成したことを 特徴とする漏洩電流測定用
   クランプテスタ。
2. 【請求項２】請求項１記載の漏洩電流測定用クランプテ
   スタにおいて、 前記２組の各コイルは、 各コアごとに巻回された２個のコイルを直列接続する
   か、またはコアの分割端面を挟んで対向して巻回された
   ２個のコイルを直列接続するか、またはコアの分割端面
   を挟んで対向して巻回されたコイルを並列接続してなる
   ことを特徴とする 漏洩電流測定用クランプテスタ。
3. 【請求項３】請求項１または２記載の漏洩電流測定用ク
   ランプテスタにおいて、 前記電流測定レンジに応じて前記２組のコイルの各出力
   電流の信号振幅をそれぞれ制限する回路は、抵抗の切替
   えにより信号振幅を制限すると共に抵抗の切替えを被測
   定電流のレンジの切替えと連動させるように構成したこ
   とを特徴とする 漏洩電流測定用クランプテスタ。