JP4648954B2

JP4648954B2 - 零相変流器

Info

Publication number: JP4648954B2
Application number: JP2008031000A
Authority: JP
Inventors: 文人石田; 文雄岩崎
Original assignee: Midori Anzen Co Ltd
Current assignee: Midori Anzen Co Ltd
Priority date: 2003-06-10
Filing date: 2008-02-12
Publication date: 2011-03-09
Anticipated expiration: 2024-06-04
Also published as: JP2008124512A

Description

本発明は、零相変流器に関し、特に、電路に流れる零相電流を検出するために用いて好適なものである。

高圧架空配電路において地絡事故などが発生した場合には、前記高圧架空配電路に零相電流が流れる。そこで、この零相電流を検出するために、気中開閉器には、トラック型の零相変流器（ＺＣＴ；Zero Phase Current Transformer）が取り付けられていることが多い。
このトラック型零相変流器として、トラック型の鉄心に２つ乃至３つのコイルが巻き回され、これら２つ乃至３つのコイルが並列に接続されて構成されたものが提案されている（特許文献１、２を参照）。かかるトラック型零相変流器によれば、コイル内に循環電流を流すことができ、残留電流を低減させることができるという利点がある。

また、零相変流器が取り付けられていない気中開閉器には、前記トラック型零相変流器を取り付けることができない。そこで、このような気中開閉器には、分割型３ＣＴ方式の零相変流器が用いられることが多い。具体的に、三相電路における各相の零相電流を検出する３つの零相変流器において、鉄心とコイルを分割構造とするようにした分割型３ＣＴ方式の零相変流器が提案されている（特許文献３を参照）。かかる分割型３ＣＴ方式の零相変流器は、鉄心が分割されているため、既存の気中開閉器に取り付けることができるという利点がある。

また、分割型の零相変流器として、積層された薄板状の鋼板を２つ有し、それら２つの鉄心同士を接合するようにしたものがある。具体的に、前記積層された薄板状の鋼板の端部が櫛状になるように構成された２つの鉄心を有し、それら２つの鉄心同士が、接合された際に重なり合うようにした零相変流器が提案されている（特許文献４を参照）。かかる零相変流器では、鉄心同士を突き当てて接合するものよりも、接合箇所における磁気抵抗を小さくすることができるという利点がある。

特公平６−５８８５７号公報特公平８−３３４２４号公報特公平２−３３４２４号公報特公昭５４−３４４５１号公報

しかしながら、前述した分割型の零相変流器では、鉄心に巻き回されるコイルの位置に制約が生じるとともに、零相変流器の大きさが鉄心の大きさによって一意に定まってしまう。したがって、取り付け箇所によっては、零相変流器を気中開閉器に取り付けることが困難である場合が生じてしまうとともに、高い耐電圧を維持するように零相変流器を構成することが容易ではない。
以上のように、従来の技術では、既存の気中開閉器などに零相変流器を取り付けることが困難になる場合があるという問題点があった。
本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、零相変流器を容易に取り付けることができるようにすることを目的とする。

本発明の零相変流器は、鉄心と、前記鉄心に対して巻き回されたコイルとを有する複数のコイル部材が環状に連結され、その連結された複数のコイル部材を用いて、電路に流れる零相電流を検出する零相変流器であって、前記複数のコイル部材のコイルは、並列に接続され、前記複数のコイル部材の連結部分を回転軸として、前記複数のコイル部材の少なくとも１つが動くようにし、前記複数のコイル部材のコイルは、それぞれ同じ巻数で前記鉄心に巻き回されており、前記複数のコイル部材の連結部分のみが屈曲しており、前記複数のコイル部材の全ての連結部分は、着脱可能であり、前記零相変流器の内周の長さは、連結されるコイル部材の数に応じて可変であることを特徴とする。

本発明によれば、従来よりも格段に取り付けやすい零相変流器を実現することができる。

（第１の実施形態）
次に、添付の図面を参照しながら、本発明の第１の実施形態について詳細に説明する。
図１は、本実施形態における零相変流器の構成の一例を示す外観図である。
図１において、零相変流器１００は、複数のコイル部材２００ａ〜２００ｈを有し、これら複数のコイル部材２００ａ〜２００ｈが連結されて構成される。コイル部材２００ａ〜２００ｈは、それぞれ同一のものである。なお、図１では、８つのコイル部材２００ａ〜２００ｈを連結させる場合を例に挙げて示しているが、コイル部材２００の数は、８つに限定されない。

図２は、コイル部材２００ａの構成の一例を示す外観図である。また、図３は、コイル部材２００ａの構成の一例を示す正面図と側断面図である。なお、前述したように、コイル部材２００ａ〜２００ｈは、それぞれ同一のものであるので、コイル部材２００ｂ〜２００ｈについての詳細な説明を省略する。
図２及び図３において、コイル部材２００ａは、ボビン２１０と、鉄心（コア）２２０と、絶縁板２３０と、コイル２４０とを有している。

ボビン２１０は、鉄心２２０とコイル２４０とを絶縁するためのものであり、絶縁材料により成型されたものである。鉄心２２０は、薄板形状の複数枚の磁性体からなる。前記磁性体としては、例えばパーマロイが挙げられる。ただし、前記磁性体は、パーマロイに限定されないということは言うまでもない。

本実施形態では、これら複数枚の薄板形状の磁性体を積層して鉄心２２０を構成するようにしている。このとき、積層された複数枚の薄板形状の真ん中に絶縁板２３０が配設されるようにしている。そして、絶縁板２３０を挟んで積層された複数枚の薄板形状の磁性体が、ボビン２１０の中空部に配設されるようにしている。また、ボビン２１０の中空部に配設された複数枚の薄板形状の磁性体により、鉄心２２０の両端部が櫛形状を有するようにしている。

コイル２４０は、絶縁被覆が施された導電体製の電線であり、ボビン２１０に巻き回されている。以上のように、本実施形態では、コイル２４０が、ボビン２１０を介して鉄心２２０に巻き回されるようにしている。そして、コイル２４０の巻き始め２４１は、絶縁板２３０を介して電気的に分割された一方の磁性体に接続される。コイル２４０の巻き終わり２４２は、絶縁板２３０を介して電気的に分割された他方の磁性体に接続される。２次負担抵抗３０１は、絶縁板２３０を介して分割された一方の磁性体と他方の磁性体との
間に電気的に接続されており、コイル２４０からの出力を取り出すようにしている。

また、ボビン２１０には、他のコイル部材２００ｂ、２００ｈと連結するための突起部２１１、２１２と、孔部２１３、２１４とが形成されている。
図４は、互いに連結された２つのコイル部材２００ａ、２００ｂの構成の一例を示す正面図である。
図４に示すように、コイル部材２００ａのボビン２１０に形成されている孔部２１３、２１４に、コイル部材２００ｂのボビン４１０に形成されている突起部４１１、４１２が装着されることにより、コイル部材２００ａとコイル部材２００ｂとが連結される。このようにして装着された孔部２１３、２１４と突起部とから定められる軸を回転軸として、コイル部材２００ａとコイル部材２００ｂとが動くようになっている。また、図４には示していないが、コイル部材２００ａのボビンに形成されている突起部２１１、２１２は、コイル部材２００ｈに形成されている孔部２１３、２１４に装着される。

このように、本実施形態では、複数のコイル部材２００ａ〜２００ｈは、着脱可能に構成されるとともに、コイル部材２００ａ〜２００ｈの連結部分を回転軸として動くように構成される。なお、このようにして互いに連結された複数のコイル部材２００ａ〜２００ｈがその連結部分を回転軸として回転する際に、その回転軸と、鉄心２２０の回転軸とが同一になるようにするのが好ましい。このようにする方法の一例として、例えば、薄板形状の磁性体の端部に穴を設ける方法がある。具体的に説明すると、薄板形状の磁性体が積層されたときに、薄板形状の磁性体に形成されている穴によって、薄板形状の磁性体が積層されている方向に貫通孔が形成されるようにするとともに、その貫通孔が前記回転軸と一致するようにする。このようにすれば、薄板形状の磁性体と絶縁された状態で前記貫通孔にボルトを通すとともに、そのボルトをナットで留めるようにすることで、コイル部材２００ａ〜２００ｈの回転軸と、鉄心２２０の回転軸とを一致させるようにすることができる。

図５は、零相変流器１００の使用時における構成の一例を示した外観図である。図５に示すように、本実施形態の零相変流器１００は、使用に際して、着脱可能な複数のコイル部材２００ａ〜２００ｈが環状に連結される。

図６は、開閉器に取り付けられた零相変流器１００の様子の一例を示した外観図である。なお、図６では、１６個のコイル部材２００を有する零相変流器１００を示している。
図６に示すように、零相変流器１００は、１次導体６０２が貫通している開閉器６０３を囲むようにして取り付けられる。なお、１次導体６０２は、三相の電路６０２ａ〜６０２ｃにより構成される。ただし、本実施形態の零相変流器１００を適用することが可能な電路は、三相の電路に限定されるものではないということは言うまでもない。

前述したように、コイル部材２００ａ〜２００ｒを連結して零相変流器１００が構成されるようにしたので、開閉器６０３の大きさに応じて、連結するコイル部材２００の数を変えることができる。これにより、零相変流器１００の大きさを調整することができるとともに、零相変流器１００の磁路の長さを調整することができる。

また、前述したように、コイル部材２００ａ〜２００ｒが、コイル部材２００ａ〜２００ｒの連結部分を回転軸として動くようにしたので、開閉器６０３の大きさや取り付け箇所に応じて、コイル部材２００ａ〜２００ｒの位置を調節することができ、零相変流器１００の形状を調整することができる。

また、コイル部材２００ａ〜２００ｒが着脱可能に構成されているので、コイル部材２００ａ〜２００ｒを現場で組み立てることができる。これにより、持ち運びが容易になるとともに、開閉器６０３の大きさなどが事前に分からない場合であっても、零相変流器１００を開閉器６０３に確実に取り付けることができる。

図７は、三相の電路６０２ａ〜６０２ｃに１次電流Ｉ_A、Ｉ_B、Ｉ_Cが流れたときに生じ
る磁束と、１次電流Ｉ_A、Ｉ_B、Ｉ_Cが流れることによって零相変流器１００に生じる漏れ
磁束との一例を示した図である。図８は、１次電流Ｉ_A、Ｉ_B、Ｉ_Cが三相平衡電流である
場合における１次電流Ｉ_A、Ｉ_B、Ｉ_Cと残留電流との関係を示したベクトル図である。な
お、図７及び図８を用いて行う説明では、３つのコイル部材２００ｃ、２００ｇ、２００ｒに着目する。

図７及び図８に示すように、コイル部材２００ｒのコイルは、電路６０２ａに流れる一次電流Ｉ_Aから、漏れ磁束の影響を最も大きく受けるが、電路６０２ｂ、６０２ｃに流れ
る一次電流Ｉ_B、Ｉ_Cからの影響も受ける。また、コイル部材２００ｃのコイルは、電路６０２ｂに流れる一次電流Ｉ_Bから、漏れ磁束の影響を最も大きく受けるが、電路６０２ａ
、６０２ｃに流れる一次電流Ｉ_A、Ｉ_Cからの影響も受ける。同様に、コイル部材２００ｇのコイルは、電路６０２ｃに流れる一次電流Ｉ_Cから、漏れ磁束の影響を最も大きく受け
るが、電路６０２ａ、６０２ｂに流れる一次電流Ｉ_A、Ｉ_Bからの影響も受ける。

このように、各コイル部材２００ｃ、２００ｇ、２００ｒのコイルは、それぞれ各相の電路６０２ａ〜６０２ｃに流れる１次電流Ｉ_A、Ｉ_B、Ｉ_Cから影響を受けるが、等価的に
１相の電流からのみの影響を受けると近似することができる。
具体的に説明すると、コイル部材２００ｒのコイルは、電路６０２ａに流れる一次電流Ｉ_Aからのみ影響を受け、コイル部材２００ｃのコイルは、電路６０２ｂに流れる一次電
流Ｉ_Bからのみ影響を受け、コイル部材２００ｇのコイルは、電路６０２ｃに流れる一次
電流Ｉ_Cからのみ影響を受けると近似することができる。

このように考えると、図８に示すように、各相における等価１次電流は、ベクトル量であるＩ_a、Ｉ_b、Ｉ_cとなる。等価１次電流Ｉ_aとコイル部材２００ｒのコイルとの組み合わせによる出力と、等価１次電流Ｉ_bとコイル部材２００ｃのコイルとの組み合わせによる
出力と、等価１次電流Ｉ_cとコイル部材２００ｇのコイルとの組み合わせによる出力との
和が残留電流となる。

ここで、コイル部材２００ｃ、２００ｇ、２００ｒの各コイルが全て直列に接続されている場合の残留電流を考える。
等価１次電流Ｉ_a、Ｉ_b、Ｉ_cとコイル部材２００ｒ、２００ｃ、２００ｇのコイルとの
間に生じる相互漏れインダクタンスを、それぞれｍ_a、ｍ_b、ｍ_cとし、コイル部材２００
ｃ、２００ｇ、２００ｒのコイル１個あたりの巻き数をＮとし、巻数がＮ回の場合の励磁インピーダンスをＺ_eとすると、等価１次電流Ｉ_a、Ｉ_b、Ｉ_cからの漏れ磁束によって発生する残留電圧をＶ_zは、以下の（１式）で表される。また、１次換算残留電流をＩ_zは、以下の（２式）で表される。
Ｖ_z＝ｍ_a・Ｉ_a＋ｍ_b・Ｉ_b＋ｍ_c・Ｉ_c ・・・（１式）
Ｉ_z＝[（ｍ_a・Ｉ_a＋ｍ_b・Ｉ_b＋ｍ_c・Ｉ_c）／（３・Ｚ_e）]・Ｎ・・・（２式）

ここで、以下の（３式）が成り立つ。
ｍ_a・Ｉ_a＋ｍ_b・Ｉ_b＋ｍ_c・Ｉ_c＝０・・・（３式）
また、鉄心２２０の透磁率が、磁束の大きさによって変わらない場合には、以下の（４式）と（５式）とが成り立つ。
ｍ_a＝ｍ_b＝ｍ_c ・・・（４式）
Ｖ_z＝０・・・（５式）

次に、本実施形態のように、コイル部材２００ｃ、２００ｇ、２００ｒの各コイルが並列に接続されている場合の残留電流を考える。
図９は、このように、コイル部材２００ｒ、２００ｃ、２００ｇの各コイルが並列に接続されている場合の零相変流器の等価回路の一例を示す図である。なお、図９では、簡易的に残留電流と零相電流とを区別して表している。また、コイル部材２００ｒ、２００ｃ、２００ｇの各コイル９０１〜９０３の直流抵抗をｒとしている。さらに、励磁インピーダンスをＺ_eとし、２次負担抵抗をＺ_bとしている。

図９において、コイル部材２００ｃ、２００ｇ、２００ｒの各コイル９０１、９０２、９０３に流れる励磁電流のベクトル和が残留電流となる。図８に示すように、励磁電流は、各コイル９０１、９０２、９０３の直流抵抗ｒ（の値）を変化させると、等価１次電流Ｉ_a、Ｉ_b、Ｉ_cを直径とする円の円周上を移動する。したがって、コイル部材２００ｒ、
２００ｃ、２００ｇの各コイルが並列に接続されている場合の零相変流器の残留電流Ｉ_rpは、以下の（９式）で表される。

前記（９式）において、[１／（ｍ＋ｒ_p）]を、以下の（１０式）のように定義する。

相互漏れインダクタンスｍ_a、ｍ_b、ｍ_cの違いは、鉄心２２０における透磁率の違いで
ある。また、各コイル９０１〜９０３の直流抵抗ｒが小さくなるほど、各コイル９０１、９０２、９０３への励磁電流が小さくなり、残留電流も小さくなる。

ここで、コイル部材２００ｃ、２００ｇ、２００ｒの各コイル９０１〜９０３が全て直列に接続されている場合の漏れインピーダンスによる励磁電流の大きさと、前記各コイル９０１〜９０３が並列に接続されている場合の漏れインピーダンスによる励磁電流の大きさとを比較する。

各コイル９０１〜９０３の直流抵抗ｒが、漏れインピーダンスｍに比べて十分大きい場合（ｍ≪ｒの場合）、残留電流の大きさは、各コイル９０１〜９０３が全て直列に接続されている場合と並列に接続されている場合とで同じである。一方、前述したように、各コイル９０１〜９０３が並列に接続されている場合には、漏れインピーダンスｍによる励磁電流が小さくなるのに比例して残留電流は小さくなる。すなわち、各コイル９０１〜９０３が並列に接続されている場合には、漏れインピーダンスｍが、各コイル９０１〜９０３の直流抵抗ｒよりも十分に大きいと、残留電流を小さくすることができる。

ここで、残留電流の低減率を求める。なお、ここでは、鉄心２２０が、軟磁性材を使用したパーマロイである場合について考える。漏れ磁束の大きさの最大値と最小値との比率
は、開閉器６０３の形状から実測すると、４：１程度となる。この範囲において、鉄心２２０の磁束密度が０．１Ｔ（＝１０００Ｇａｕｓｓ）以下の場合、透磁率の変化の比率は、おおよそ０．７以上１．０以下の範囲の何れかの値となる。したがって、漏れインピーダンスｍが相互漏れインダクタンスｍ_a、ｍ_b、ｍ_cの平均の大きさであるとすると、以下
の（１１式）が成り立つ。

前記（２式）、（９式）、及び（１１式）から、コイル部材２００ｃ、２００ｇ、２００ｒの各コイルが全て直列に接続されている零相変流器の残留電流に対する、コイル部材２００ｃ、２００ｇ、２００ｒの各コイルが並列に接続されている零相変流器１００の残留電流の低減率をＫとすると、以下の（１２式）が成立する。
Ｋ≒（ｒ／ｍ）・・・（１２式）

以上のように、本願発明者らは、鋭意研究の結果、コイル部材２００の各コイルが並列に接続されるように零相変流器１００を構成するとともに、電路６０２ａ〜６０２ｃに流れる一次電流Ｉ_A、Ｉ_B、Ｉ_Cに基づいて零相変流器１００（コイル部材２００）に発生す
る漏れインピーダンスｍよりもコイル部材２００に巻き回されるコイルの直流抵抗ｒが小さくなるように零相変流器１００を構成すれば、残留電流に起因する漏れ磁束が、コイル部材２００のコイル内部で循環電流となり、残留電流を減少させることができるという知見を得た。

また、本願発明者らは、コイル部材２００のコイル２４０を形成する部分の電線の直流抵抗（巻線の直流抵抗）ｒ₃が、他のコイル部材２００との接続を行うための電線の直流
抵抗（渡り線の直流抵抗）ｒ₂の２００００分の１以上、１０００分の１以下の範囲にな
るようにするのが適切であるという知見を得た。以下にその理由について説明する。

図１０は、巻線と渡り線との抵抗比（＝ｒ₃／ｒ₂）と、残留電流との関係を示した図である。なお、図１０では、コイルの巻き数を５００、電線の直径を０．３ｍｍとしてコイル部材２００を構成した場合の関係を示している。
抵抗比の上限値を１０００分の１としたのは、図１０に示す特性１０００からも分かるように、残留電流を８０ｍＡ以下にすることができるからである。具体的に説明すると、残留電流を８０ｍＡ以下にすれば、残留電流を開閉器６０３の電流感度（一般には２００ｍＡ）の半分以下にすることができ、零相変流器１００を適切に動作させることができるからである。一方、前記抵抗比の下限値を２００００分の１としたのは、前記抵抗比をこの値よりも低減させることは、現実的に困難であるからである。

さらに、本願発明者らは、図５に示したようにして複数のコイル部材２００が環状にされた場合に、前記渡り線（のみ）によって閉路が形成されるようにするのが適切であるという知見を得た。以下、図１１〜図１８を参照しながら渡り線によって閉路が形成されるということが如何なることを意味するのかを説明する。

図１１は、６個のコイル部材のコイルが並列に接続された場合の零相変流器の回路構成の一例を示した図である。具体的に説明すると、図１１（ａ）は、前記渡り線によって閉路が形成された場合の零相変流器の回路構成を示し、図１１（ｂ）は、前記渡り線によっ
て閉路が形成されていない場合の零相変流器の回路構成を示す。

図１１（ａ）では、６個のコイル部材２００のコイル２４０ａ〜２４０ｆが並列に接続された場合に、６個のコイル２４０ａ〜２４０ｆの巻き始め２４１ａ〜２４１ｆ同士を接続するための渡り線２４３によって閉路が形成されている。同様に、６個のコイル２４０ａ〜２４０ｆの巻き終わり２４２ａ〜２４２ｆ同士を接続するための渡り線２４４によって閉路が形成されている。

これに対し、図１１（ｂ）では、６個のコイル部材のコイル１１４０ａ〜１１４０ｆが並列に接続された場合に、６個のコイル１１４０ａ〜１１４０ｆの巻き始め同士を接続するための渡り線１１４３によって閉路が形成されていない。同様に、６個のコイル１１４０ａ〜１１４０ｆの巻き終わり同士を接続するための渡り線１１４４によっても閉路が形成されていない。

図１２は、前記渡り線によって閉路が形成された場合の零相変流器の等価回路の一例を示した図である。なお、図１２では、分かりやすく説明するために、３つのコイル部材のコイルを示す。
図１２において、零相変流器の各部に流れる電流ａ〜ｉは、１次電流が６００Ａの三相の電流であると、以下の（１３式）に示すようになる。

ここで、各コイル２２０１〜２２０３と、１次電流との間に生じる相互インダクタンスをそれぞれｍ_a、ｍ_b、ｍ_cとし、それぞれの値を５Ωとする。また、各コイル２２０１〜
２２０３の巻線部分の直流抵抗Ｚ₂を１Ωとし、各コイル２２０１〜２２０３の渡り線部
分の直流抵抗Ｚ₃をｘΩする。さらに、励磁インピーダンスをＺ_eとし、負担抵抗Ｚ_bを１
Ωとする。そうすると、以下の（１４式）に示すような関係が成り立つ。

また、励磁インピーダンスＺ_eは、負担抵抗Ｚ_bに比べてはるかに大きいので、励磁インピーダンスをＺ_eと、負担抵抗Ｚ_bとの和は、励磁インピーダンスをＺ_eに近似することが
できる。ここで、各コイル部材における励磁インピーダンスにばらつきがないものとすると、各コイル２２０１〜２２０３の渡り線部分の直流抵抗Ｚ₃のみの変化に起因する残留
電流Ｉ_Rは、前記（１３式）と前記（１４式）とを用いると、以下の（１５式）のように
なる。

図１３は、このようにして求めた残留電流Ｉ_Rと、各コイル２２０１〜２２０３の渡り
線部分の直流抵抗Ｚ₃との関係を示した図である。また、図１４は、各コイル２２０１〜
２２０３の渡り線部分の直流抵抗Ｚ₃が０．００１Ω付近の残留電流Ｉ_Rと、各コイル２２０１〜２２０３の渡り線部分の直流抵抗Ｚ₃との関係を拡大して示した図である。図１４
からも分かる通り、各コイル２２０１〜２２０３の渡り線部分の直流抵抗Ｚ₃が０．００
１Ωのオーダである場合には、残留電流Ｉ_Rと、各コイル２２０１〜２２０３の渡り線部
分の直流抵抗Ｚ₃との関係は、以下の（１６式）のようになる。
Ｉ_R≒２・Ｚ₃ ・・・（１６式）

図１５は、前記渡り線によって閉路が形成されていない場合の零相変流器の等価回路の一例を示した図である。なお、図１５においても、図１２と同様に分かりやすく説明するために、３つのコイル部材のコイルを示す。
図１５においても、零相変流器の各部に流れる電流ａ〜ｉは、前記（１３式）に示すようになる。そして、前記（１４式）に示す関係も成り立つ。

また、前述したのと同様に、励磁インピーダンスをＺ_eと、負担抵抗Ｚ_bとの和を、励磁インピーダンスをＺ_eに近似するとともに、各コイル部材における励磁インピーダンスに
ばらつきがないものとすると、各コイル２５０１〜２５０３の渡り線部分の直流抵抗Ｚ₃
のみの変化に対する残留電流Ｉ_Rは、前記（１３式）と前記（１４式）とを用いると、以
下の（１７式）のようになる。

図１６は、このようにして求めた残留電流Ｉ_Rと、各コイル２５０１〜２５０３の渡り
線部分の直流抵抗Ｚ₃との関係を示した図である。また、図１７は、各コイル２５０１〜
２５０３の渡り線部分の直流抵抗Ｚ₃が０．００１Ω付近の残留電流Ｉ_Rと、各コイル２５０１〜２５０３の渡り線部分の直流抵抗Ｚ₃との関係を拡大して示した図である。図１か
らも分かる通り、各コイル２５０１〜２５０３の渡り線部分の直流抵抗Ｚ₃が０．００１
Ωのオーダである場合には、残留電流Ｉ_Rと、各コイル２５０１〜２５０３の渡り線部分
の直流抵抗Ｚ₃との関係は、以下の（１８式）のようになる。
Ｉ_R≒４．５・Ｚ₃ ・・・（１８式）

前記（１６式）と前記（１８式）とから、前記渡り線によって閉路が形成されている場合の方が、そうでない場合に比べて、残留電流Ｉ_Rを半分以下に低減させることができる
ことが分かる。
以上のように、本願発明者らは、鋭意研究の結果、図５に示したようにして複数のコイル部材２００が環状にされた場合に、前記渡り線（のみ）によって閉路が形成されるようにした方が、零相変流器の性能を大幅に向上させることができるという知見を得た。

さらに、本願発明者らは、鉄心２２０により形成される磁路の長さに対する、コイル２４０の巻幅の割合が５０％以上９０％以下になるように、コイル部材２００を構成するのが好ましいという知見を得た。これは、前記割合を５０％よりも小さくすると、コイル２４０の巻厚が厚くなり、零相変流器１００が大きくなりすぎてしまい、前記前記割合を９０％よりも大きくすると、コイル部材２００の回転角度が小さくなりすぎるからである。

また、鉄心２２０とコイル２４０との重量比を約１：３〜１：６の範囲にするのが好ましいという知見を得た。このようにすれば、高価な部品（材料）である鉄心２２０の重量を必要最小限にすることができるので、残留特性を大きく低減させることなく、より低価格の零相変流器１００を実現することができるからである。ただし、コストは高くなるが、より高い残留特性を得るために、鉄心２２０とコイル２４０との重量比を約１：１〜
１：２とするケースもあるということは言うまでもない。

以上のように、本実施形態では、図４及び図５に示したように、コイル部材２００の各コイルが並列に接続されるように零相変流器１００を構成するとともに、電路６０２ａ〜６０３ｃに流れる一次電流Ｉ_A、Ｉ_B、Ｉ_Cに基づいて零相変流器１００（コイル部材２０
０）に発生する漏れインピーダンスｍよりもコイル部材２００に巻き回されるコイルの直流抵抗ｒが小さくなるように零相変流器１００を構成し、残留電流を減少させることができるようにした。これにより、複数のコイル部材２００を環状に連結させて零相変流器１００を構成しても、電路６０２に流れる零相電流を高精度に検出することができる。しかも、開閉器６０３の外装ケースが零電位であることを利用すれば、零相変流器１００を低圧仕様で取り付けることができ、零相変流器１００のコストを低くすることができる。

また、電路６０２ａ〜６０３ｃに定格の一次電流Ｉ_A、Ｉ_B、Ｉ_Cが流れた場合に、コイ
ル部材２００の鉄心２２０における磁束密度が、鉄心２２０の何れの箇所においても０．１Ｔ以下になるようにした。これにより、電路６０２ａ〜６０２ｃに定格の一次電流Ｉ_A、Ｉ_B、Ｉ_Cが流れた場合の漏れ磁束による鉄心２２０の透磁率の変化を、漏れ磁束の変化に対して比較的小さくすることができ、残留電流を一層小さくすることができる。
さらに、コイル部材２００の各コイルが並列に接続された際に、各コイルの渡り線の部分によって閉路が形成されるようにしたので、残留電流をより一層小さくすることができる。

なお、前記において、鉄心２２０における磁束密度を、０．１Ｔ以下としたが、この上限値は、鉄心２２０に使用する材質によって定められる目安である。現状では、鉄心２２０に用いられる高透磁率の磁性材のＢ−Ｈ曲線は、磁束密度が０．１Ｔ以下になると線形特性に近い特性を強く示すので、前記上限値を０．１Ｔとした。しかしながら、線形特性に近い特性を強く示す磁束密度の値が０．１Ｔよりも大きくなる磁性体が開発された場合には、前記上限値も、その磁性体の進歩とともに変わる（大きくなる）ことになる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、本実施形態と前述した第１の実施形態とでは、コイル部材のコイルの結線方法と、コイル部材に使用する材料の一部とが異なるだけであるので、前述した第１の実施形態と同一の部分については、図１〜図１７に付した符号と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

図１８は、本実施形態のコイル部材の構成の一例を示す正面図と側断面図である。図１９は、互いに連結された２つのコイル部材の構成の一例を示す正面図である。
前述した第１の実施形態のコイル部材２００では、図３に示したように、複数枚の薄板形状の磁性体が、絶縁板２３０を挟んで積層されるようにした。そして、コイル２４０の巻き始め２４１が、絶縁板２３０を介して分割された一方の磁性体に接続されるようにするとともに、コイル２４０の巻き終わり２４２は、絶縁板２３０を介して分割された他方の磁性体に接続されるようにした。

これに対し、図１８及び図１９に示すように、本実施形態のコイル部材１２００では、絶縁板２３０を設けずに複数枚の薄板形状の磁性体を積層させるようにしている。また、ボビン２１０の突起部２１１が形成されている領域と孔部２１３が形成されている領域とに沿って、電極板１２５０が配設されるようにしている。また、ボビン２１０の突起部２１２が形成されている領域と孔部２１４が形成されている領域とに沿って、電極板１２６０が配設されるようにしている。さらに、コイル２４０の巻き始め２４１が電極板１２５０に接続されるようにするとともに、巻き終わり２４２が電極板１２６０に接続されるようにしている。

このような構成の２つのコイル部材１２００ａ、１２００ｂが連結されると、図１９に示すように、コイル部材１２００ａの電極板１２５０と、コイル部材１２００ｂの電極板１３５０とが電気的に接続される。また、コイル部材１２００ａの電極板１２６０と、コイル部材１２００ｂの電極板１３６０とが電気的に接続される。こうして、複数のコイル部材１２００のコイル２４０が並列に接続されるようになる。

以上のように本実施形態では、電極板１２５０、１２６０、１３５０、１３６０を用いてコイル部材１２００のコイル２４０が並列に接続されるようにしたので、前述した第１の実施形態のように、絶縁板２３０を設ける必要がなくなる。これにより、同じ形状のボビンを使用した場合、本実施形態の方が、前述した第１の実施形態よりも、より多くの磁性体を積層させることができる。したがって、前述した第１の実施形態の効果に加えて、零相変流器の磁気特性をより向上させることができるという効果を得ることができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。なお、本実施形態と前述した第１の実施形態とでは、コイル部材のコイルの結線方法と、コイル部材に使用する材料の一部とが異なるだけであるので、前述した第１の実施形態と同一の部分については、図１〜図１７に付した符号と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

図２０は、本実施形態のコイル部材の構成の一例を示す正面図と側断面図である。図２１は、互いに連結された２つのコイル部材の構成の一例を示す正面図である。
前述した第１及び第２の実施形態におけるボビン２１０は、絶縁材料により成型されたものである。これに対し、図２０及び図２１に示すように、本実施形態では、ボビン１４１１、１４１２は、導電材料により成型され、これら２つのボビン１４１１、１４１２は、互いに間隔を有して配設されるようにしている。そして、コイル２４０の巻き始め２４１がボビン１４１１に接続されるようにするとともに、巻き終わり２４２がボビン１４１２に接続されるようにしている。

また、コイル２４０とボビン１４１１、鉄心２２０とボビン１４１１、鉄心２２０とボビン１４１２、及びコイル２４０とボビン１４１２は、それぞれ絶縁板１４５０、１４６０、１４７０、１４８０を用いて絶縁される。さらに、前述した第２の実施形態と同様に、本実施形態においても、絶縁板２３０を設けずに複数枚の薄板形状の磁性体を積層させるようにしている。

このような構成の２つのコイル部材１４００ａ、１４００ｂが連結されると、図２１に示すように、コイル部材１４００ａのボビン１４１１と、コイル部材１４００ｂのボビン１５１１とが電気的に接続される。また、コイル部材１４００ａのボビン１４１２と、コイル部材１４００ｂのボビン１５１２とが電気的に接続される。こうして、複数のコイル部材１４００のコイル２４０が並列に接続されるようになる。

以上のように本実施形態では、導電材料により成型されたボビン１４１１、１４１２、１５１１、１５１２を用いて、コイル部材１４００のコイル２４０が並列に接続されるようにしたので、前述した第２の実施形態と同様に、より多くの磁性体を積層させることができ、零相変流器の磁気特性をより向上させることができる。

なお、２つのボビン１４１１、１４１２が、互いに間隔を有するようにするために、様々な方法を採ることができる。例えば、２つのボビン１４１１、１４１２が、隙間を有するようにして、２つのボビン１４１１、１４１２に空間絶縁を施すようにしてもよいし、２つのボビン１４１１、１４１２の間に絶縁板を設けるようにして、２つのボビン１４１１、１４１２に絶縁を施すようにしてもよい。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。なお、本実施形態と前述した第１の実施形態とでは、コイル部材のコイルの結線方法と、コイル部材に使用する材料の一部とが異なるだけであるので、前述した第１の実施形態と同一の部分については、図１〜図１７に付した符号と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

図２２は、本実施形態のコイル部材の構成の一例を示す正面図と側断面図である。図２３は、互いに連結された２つのコイル部材の構成の一例を示す正面図である。
図２２及び図２３に示すように、本実施形態では、コネクタ付きリード線１６５０、１７５０を用いて、複数のコイル部材１６００のコイル２４０が並列に接続されるようにしている。

図２２において、本実施形態のコネクタ付きリード線１６５０は、メス型の２極のコネクタ１６５０ａと、オス型の２極のコネクタ１６５０ｂと、これらコネクタ１６５０ａ、１６０５ｂを繋ぐ２本のリード線１６５０ｃ、１６５０ｄとを有している。
そして、コイル２４０の巻き始め２４１がコネクタ１６５０ａの第１の極に接続されるようにするとともに、巻き終わり２４２がコネクタ１６５０ａの第２の極に接続されるようにする。

このような構成の２つのコイル部材１６００ａ、１６００ｂが連結される際には、図２３に示すように、コイル部材１６００ａに設けられているオス型のコネクタ１６５０ｂと、コイル部材１６００ｂに設けられているメスのコネクタ１７５０ａとが相互に接続されるようにする。こうして、複数のコイル部材１６００のコイル２４０が並列に接続されるようになる。

以上のように本実施形態では、コネクタ付きリード線１６５０、１７５０を用いて、複数のコイル部材１６００のコイル２４０が並列に接続されるようにしたので、前述した第２の実施形態と同様に、より多くの磁性体を積層させることができ、零相変流器の磁気特性をより向上させることができる。この他、前述した第１〜第３の実施形態よりも、コイル部材１６００の構成が簡単になるので、コイル部材１６００をより容易に製造することができるという効果もある。

本発明の第１の実施形態を示し、零相変流器の構成の一例を示す外観図である。本発明の第１の実施形態を示し、コイル部材の構成の一例を示す外観図である。本発明の第１の実施形態を示し、コイル部材の構成の一例を示す正面図と側断面図である。本発明の第１の実施形態を示し、互いに連結された２つのコイル部材の構成の一例を示す正面図である。本発明の第１の実施形態を示し、零相変流器の使用時における構成の一例を示した外観図である。本発明の第１の実施形態を示し、開閉器に取り付けられた零相変流器の様子の一例を示した外観図である。本発明の第１の実施形態を示し、三相の電路に１次電流が流れたときに生じる磁束と、１次電流が流れることによって零相変流器に生じる漏れ磁束との一例を示した図である。本発明の第１の実施形態を示し、１次電流が三相平衡電流である場合における１次電流と残留電流との関係を示したベクトル図である。本発明の第１の実施形態を示し、コイル部材の各コイルが並列に接続されている場合の零相変流器の等価回路の一例を示す図である。本発明の第１の実施形態を示し、巻線と渡り線との抵抗比と、残留電流との関係を示した図である。本発明の第１の実施形態を示し、６個のコイル部材のコイルが並列に接続された場合の零相変流器の回路構成の一例を示した図である。本発明の第１の実施形態を示し、渡り線によって閉路が形成された場合の零相変流器の等価回路の一例を示した図である。本発明の第１の実施形態を示し、残留電流と渡り線部分の直流抵抗との関係を示した図である。本発明の第１の実施形態を示し、渡り線部分の直流抵抗が０．００１Ω付近の残留電流と、渡り線部分の直流抵抗との関係を拡大して示した図である。本発明の第１の実施形態を示し、渡り線によって閉路が形成されていない場合の零相変流器の等価回路の一例を示した図である。本発明の第１の実施形態を示し、残留電流と渡り線部分の直流抵抗との関係を示した図である。本発明の第１の実施形態を示し、渡り線部分の直流抵抗が０．００１Ω付近の残留電流と、渡り線部分の直流抵抗との関係を拡大して示した図である。本発明の第２の実施形態を示し、コイル部材の構成の一例を示す正面図と側断面図である。本発明の第２の実施形態を示し、互いに連結された２つのコイル部材の構成の一例を示す正面図である。本発明の第３の実施形態を示し、コイル部材の構成の一例を示す正面図と側断面図である。本発明の第３の実施形態を示し、互いに連結された２つのコイル部材の構成の一例を示す正面図である。本発明の第４の実施形態を示し、コイル部材の構成の一例を示す正面図と側断面図である。本発明の第４の実施形態を示し、互いに連結された２つのコイル部材の構成の一例を示す正面図である。

符号の説明

１００零相変流器
２００コイル部材
２１０ボビン
２１１、２１２突起部
２１３、２１４孔部
２２０鉄心
２４０コイル
２４３、２４４渡り線
６０２１次導体
６０３開閉器
１４１１、１４１２ボビン

Claims

鉄心と、前記鉄心に対して巻き回されたコイルとを有する複数のコイル部材が環状に連結され、その連結された複数のコイル部材を用いて、電路に流れる零相電流を検出する零相変流器であって、
前記複数のコイル部材のコイルは、並列に接続され、
前記複数のコイル部材の連結部分を回転軸として、前記複数のコイル部材の少なくとも１つが動くようにし、
前記複数のコイル部材のコイルは、それぞれ同じ巻数で前記鉄心に巻き回されており、
前記複数のコイル部材の連結部分のみが屈曲しており、
前記複数のコイル部材の全ての連結部分は、着脱可能であり、
前記零相変流器の内周の長さは、連結されるコイル部材の数に応じて可変であることを特徴とする零相変流器。
前記複数のコイル部材は、それぞれ同一のものであることを特徴とする請求項１に記載の零相変流器。
前記電路に定格電流が流れた場合に、前記複数のコイル部材の鉄心における磁束密度が、前記鉄心の何れの箇所においても０．１Ｔ以下になるようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の零相変流器。
前記コイルを形成するための電線は、前記複数のコイル部材同士を電気的に接続するための接続部分と、前記コイルを形成するためのコイル部分とを含み、
前記コイルの巻き始め側における前記接続部分のみによって、閉路が形成されるようにするとともに、前記コイルの巻き終わり側における前記接続部分のみによって、閉路が形成されるようにしたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の零相変流器。
前記電路に流れる電流によって、前記複数のコイル部材に発生する漏れ磁束に基づく漏れインピーダンスよりも、前記複数のコイル部材のコイルにおける直流抵抗を小さくするようにしたことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の零相変流器。
前記コイル部材の数が４以上であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の零相変流器。
前記複数のコイル部材が環状に連結されるのと同時に、前記複数のコイル部材のコイルが並列に接続されるようにしたことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の零相変流器。