JP4649123B2 - 零相変流器 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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IA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IB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ICからのみ影響を受けると近似することができる。
等価1次電流Ia、Ib、Ic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ma、mb、mcとし、コイル部材200c、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Zeとすると、等価1次電流Ia、Ib、Icからの漏れ磁束によって発生する残留電圧をVzは、以下の(1式)で表される。また、1次換算残留電流をIzは、以下の(2式)で表される。
Vz=ma・Ia+mb・Ib+mc・Ic ・・・(1式)
Iz=[(ma・Ia+mb・Ib+mc・Ic)/(3・Ze)]・N ・・・(2式)
ma・Ia+mb・Ib+mc・Ic=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。
ma=mb=mc ・・・(4式)
Vz=0 ・・・(5式)
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Zeとし、2次負担抵抗をZbとしている。
K≒(r/m) ・・・(12式)
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。
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。
IR≒2・Z3 ・・・(16式)
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。
IR≒4.5・Z3 ・・・(18式)
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。
1:2とするケースもあるということは言うまでもない。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
602 1次導体
603 開閉器
1411、1412 ボビン
Claims (7)
- 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、
前記接続部分の直流抵抗は、前記コイル部分の直流抵抗の20000分の1以上、1000分の1以下であり、
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り、
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つが動くようにしたことを特徴とする零相変流器。 - 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又は2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1〜3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いる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。
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