JP6426903B2

JP6426903B2 - 零相変流器

Info

Publication number: JP6426903B2
Application number: JP2014065173A
Authority: JP
Inventors: 延恭酒井
Original assignee: Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2014-03-27
Filing date: 2014-03-27
Publication date: 2018-11-21
Anticipated expiration: 2034-03-27
Also published as: JP2015188029A

Description

本発明は、漏電検出用途等に用いられる零相変流器に関する。

漏電遮断器等に用いられる零相変流器は、複数の一次巻線に流れる電流が全体として平衡状態にある場合には二次巻線に電圧が発生せず、漏電などにより一次巻線に流れる電流が非平衡状態となった場合に二次巻線に電圧が発生することで漏電等を検出する。

しかし、一次巻線に流れる電流が平衡状態にある場合でも、一次巻線に流れる電流による磁束が打ち消し合わずに、二次巻線に電圧が発生する場合があるため、二次巻線の周囲に軟磁性の磁気シールド板を積層することが行われる。

特許文献１には、二次巻線の周囲に積層されたシールドの層間に非磁性層を設けることで、磁気シールド性能を向上させる技術が開示されている。

特開平７−８３９６０号公報

特許文献１の構成を有する零相変流器は、シールドの各層間に非磁性層を設けることで、二次巻線周囲の磁気シールドの厚みが増加し、零相変流器のサイズが大きくなるという課題がある。

本発明は、小型である上に、二次巻線周囲の磁気シールド効果の高い零相変流器の提供を目的とする。

上記課題を本発明は、複数の一次導線と、一つの二次導線と、軟磁性を有する環状鉄心と、軟磁性を有する複数の第１板状シールドと、軟磁性を有する複数の第２板状シールドを備え、前記一次導線は、前記環状鉄心の内側を貫通し、前記二次導線は、前記環状鉄心の周方向にトロイダル状に巻き回され、前記第１板状シールド及び前記第２板状シールドは、前記二次導線の囲う領域の外側に配され、前記一次導線に、前記環状鉄心の周方向へ誘起される磁場が相殺されるような平衡電流が通電され、前記一次導線の少なくとも一部に時間変化する異常電流が通電されることで、非平衡電流が流れた場合には、前記相殺が起こらずに前記環状鉄心の周方向へ誘起される磁場による誘導起電力が前記二次導線に生じ、前記第１板状シールド及び前記第２板状シールドは、交互に積層され、前記第１板状シールドは、前記第２板状シールドよりも、前記一次導線への前記平衡電流の通電による前記二次導線への誘導起電力を抑制する効果が高い零相変流器により解決することができる。

なお、前記第１板状シールド、及び前記第２板状シールドは、厚みが異なることが望ましい。

また、前記第１板状シールド、及び前記第２板状シールドは、珪素鋼板であることが望ましい。

また、前記第１板状シールドは、ＪＩＳ（日本工業規格）Ｃ２５５２で定める無方向性電磁鋼板３５Ａ３６０であり、前記第２板状シールドは、ＪＩＳＣ２５５２で定める無方向性電磁鋼板５０Ａ３５０であることが望ましい。

本発明の二次巻線周囲の磁気シールドを、磁気シールド効果の異なる２種類の板状シールドを交互に積層する構成とすることにより、一方の高いシールド効果を有する板状シールドのみを積層した磁気シールドと同等の磁気シールド特性を得ることができ、磁気シールドの厚みを増加させず、二次巻線周囲の磁気シールド効果の高い、小型の零相変流器とすることができる。

本発明における実施形態に係る零相変流器を示す斜視図である。本発明における実施形態に係る零相変流器を示す平面図であり、図１における一次導線方向から見た場合を示している。本発明における実施形態に係る零相変流器の断面図であり、図２におけるＡＡ面の断面を示している。一次導線への通電電流の総和に対する、二次導線での検出電圧の関係を示す図である。

図１は、本発明における実施形態に係る零相変流器を示す斜視図である。

零相変流器１は、外装ケース１１に後述する磁気シールド、円環状のコア及びコアへトロイダル状に巻き回された検出コイルを収容し、検出コイル両端からリード線１２を引き出し、樹脂１３を注入して封止されている。

零相変流器１は、円環状であり、一次導線２１、２２、２３、２４を挿通している。

導線２１乃至２４には電源電流等が通電され、正常時は通電電流により生じる磁束が打ち消し合い、平衡状態となるため、検出コイルには信号が検出されない。

しかし、漏電が発生すると、一次導線２１乃至２４への通電電流のバランスが崩れ、コア内部に磁束が生じ、検出コイルより漏電信号が検出され、リード線１２より検出される。

図２は、本発明における実施形態に係る零相変流器を示す平面図であり、図１における一次導線方向から見た場合を示している。

外装ケース１１に収容された磁気シールド、コア、及び検出コイルとなる二次導線は樹脂１３により被覆されている。

図３は、本発明における実施形態に係る零相変流器の断面図であり、図２におけるＡＡ面の断面を示している。

パーマロイ等の高透磁率軟磁性金属板を積層したコア１００を、絶縁性の樹脂等からなるコアケース１０１に収容し、二次導線１０２を巻き回し、軟磁性、あるいは非磁性の金属製のシールドケース１０３に収容する。

ここで、前述の通電電流のバランスが崩れた場合の発生磁場に対して、シールドケース１０３がショートリングとなることを、隙間１０３１を設けることで防いでいる。

シールドケース１０３は、円筒状シールド１０４１、１０４２と共に円環で板状の平板シールド１０５１、１０５２、１０６１、１０６２に挟み込み、外装ケース１１に収容し、樹脂１３を注ぎ込み、封止される。

なお、外装ケース１１の収容部内壁が導電性を有する場合には、前述の通電電流のバランスが崩れた場合の発生磁場に対して、円筒状シールド１０４１、１０４２、平板シールド１０５１、１０５２、１０６１、１０６２を介した導電経路によりショートリングとならないよう、適宜電気絶縁を行う。

これにより、前述の一次導線に近接する部分では、導線による局所磁束が円筒状シールド１０４１内に留まるため、正常状態でコア１００が磁気飽和することを防ぐことができる。

また、導線の通電電流のバランスが崩れることによる漏電信号以外はノイズとして遮断する構成となっている。

ここで、円筒状シールド１０４１、１０４２、平板シールド１０５１、１０５２、１０６１、１０６２は、コア１００よりも飽和磁化が高く、透磁率が低い材料を用いる。具体的には、厚さ０．３ｍｍ〜０．５ｍｍの珪素鋼、炭素鋼、電磁鋼等が例示される。

導線２１乃至２４への通電電流が平衡状態であっても、実際にはコア１００内部での磁束が完全には打ち消し合わないことがあるため、二次導線１０２の周囲を覆う円筒状シールド１０４１、１０４２、及び平板シールド１０５１、１０５２、１０６１、１０６２により、平衡状態におけるコア１００内部での磁束発生及び二次導線１０２への信号検出を防止する。

ここで、平板シールド１０５１、１０５２は、交互に積層した積層鋼板として、平板シールド１０６１、１０６２は、交互に積層した積層鋼板として構成する。

一方の平板シールド１０５１、１０６１と、他方の平板シールド１０５２、１０６２は、平衡状態における一次導線２１乃至２４からの磁気を遮蔽するシールド効果が相違する。

具体的には、一方の平板シールド１０５１、１０６１のほうが、他方の平板シールド１０５２、１０６２よりもシールド効果が高い。

それにも関わらず、後述するように、積層鋼板全体としてのシールド効果は、平板シールド１０５１や平板シールド１０６１のみで構成した場合と同等となる。

これにより、他方の平板シールド１０５２、１０６２を、例えば安価なシールド効果の低いもので置き換えることができ、厚さの相違するもので置き換えることで、厚み寸法を削減することもできる。

なお、円筒状シールド１０４１、１０４２を、シールド効果の相違する２種類の板状のシールドを重ね、円筒状に巻き、積層するよう構成してもよい。

（実施例）
上記実施形態を基に、以下の構成をしたものを実施例の零相変流器とした。

コア１００は、厚さ０．０２３ｍｍのナノ結晶金属薄帯を巻き回したものであり、内径３７．４ｍｍ、外径４７．８ｍｍ、高さ２ｍｍとした。

二次導線１０２は、１１００回巻きとした。

一方の平板シールド１０５１、１０６１として、厚さ０．３５ｍｍのＪＩＳＣ２５５２で定める無方向性電磁鋼板３５Ａ３６０に対応する、新日鐵住金社製ハイライトコア（登録商標）３５Ｈ３６０を焼鈍したものを用いた。

他方の平板シールド１０５２、１０６２として、厚さ０．５０ｍｍのＪＩＳＣ２５５２で定める無方向性電磁鋼板５０Ａ３５０に対応する、新日鐵住金社製ハイライトコア（登録商標）３５Ｈ３６０を焼鈍したものを用いた。

一方の平板シールド１０５１、１０６１と他方の平板シールド１０５２、１０６２を交互に４回積層した。

平板シールド１０５１、１０５２による積層鋼板は、全体の厚さが３．４ｍｍとなり、平板シールド１０６１、１０６２による積層鋼板も、全体の厚さが３．４ｍｍとなった。

円筒状シールド１０４１、１０４２は、新日鐵住金社製オリエントコアハイビー（登録商標）２３ＺＨ９５を８回巻き回し、焼鈍したものを用いた。

（比較例１）
実施例の構成による、平板シールド１０５１、１０５２による積層鋼板、及び、平板シールド１０６１、１０６２による積層鋼板は、それぞれ、厚さ０．５０ｍｍの電磁鋼板５０Ｈ３５０を焼鈍した平板シールドを７枚積層したものに置き換え、比較例１の零相変流器とした。

（比較例２）
実施例の構成による、平板シールド１０５１、１０５２による積層鋼板、及び、平板シールド１０６１、１０６２による積層鋼板は、それぞれ、厚さ０．３５ｍｍの電磁鋼板３５Ｈ３６０を焼鈍した平板シールドを１０枚積層したものに置き換え、比較例２の零相変流器とした。

（比較例３）
実施例の構成による、平板シールド１０５１、１０５２による積層鋼板、及び、平板シールド１０６１、１０６２による積層鋼板は、それぞれ、二次導線１０２側より厚さ０．３５ｍｍの電磁鋼板３５Ｈ３６０を焼鈍した平板シールドを４枚積層し、さらに、厚さ０．５０ｍｍの電磁鋼板５０Ｈ３５０を焼鈍した平板シールドを４枚積層したものに置き換え、比較例３の零相変流器とした。

（比較実験）
上記実施例、及び比較例１〜３の零相変流器について、一次導線２１、２２より、一次導線２３、２４へ、５０Ｈｚの商用電源電流Ｉ_Ｌ１、Ｉ_Ｌ２を通電し、二次導線１０２両端に接続した６８０Ωの抵抗両端の電位差電圧値を検出電圧として測定した。

図４は、一次導線への通電電流の総和Ｉ_Ｌ（＝Ｉ_Ｌ１＋Ｉ_Ｌ２）に対する、二次導線での検出電圧の関係を示す図である。

図４において、電磁鋼板３５Ｈ３６０のみで積層電磁鋼板を構成した比較例２と実施例の二次導線１０２で検出される電圧値が最も低く、平衡状態における磁気シールド効果が最も高い。

比較例１と比較例２の結果から、電磁鋼板３５Ｈ３６０のシールド効果が、電磁鋼板５０Ｈ３５０よりも高いものと解釈される。

そこで、比較例３のように、二次導線１０２に近接する側にシールド効果の高い電磁鋼板３５Ｈ３６０を配すると、比較例１、比較例２よりも磁気シールド効果は悪化する。

しかし、実施例のように、電磁鋼板３５Ｈ３６０と、電磁鋼板５０Ｈ３５０を積層すると、磁気シールド効果の低い電磁鋼板５０Ｈ３５０を用いているにも関わらず、比較例３と同程度の磁気シールド効果が得られるとの予想に反し、比較例２と同等の磁気シールド効果を有する。

しかも、実施例における積層電磁鋼板の厚さは、比較例２よりも０．１ｍｍ薄く、薄型化ができている。

１零相変流器
１１外装ケース
１２リード線
１３樹脂
２１、２２、２３、２４一次導線
１００コア
１０１コアケース
１０２二次導線
１０３シールドケース
１０３１隙間
１０４１、１０４２円筒状シールド
１０５１、１０５２、１０６１、１０６２平板シールド
電流Ｉ_Ｌ１、Ｉ_Ｌ２、Ｉ_Ｌ

Claims

複数の一次導線と、
一つの二次導線と、
軟磁性を有する環状鉄心と、
珪素鋼板からなる複数の第１板状シールドと、
前記第１板状シールドと厚みが異なる珪素鋼板からなる複数の第２板状シールドを備え、
前記一次導線は、前記環状鉄心の内側を貫通し、
前記二次導線は、前記環状鉄心の周方向にトロイダル状に巻き回され、
前記第１板状シールド及び前記第２板状シールドは、前記二次導線の囲う領域の外側に配され、
前記一次導線に、前記環状鉄心の周方向へ誘起される磁場が相殺されるような平衡電流が通電され、
前記一次導線の少なくとも一部に時間変化する異常電流が通電されることで、非平衡電流が流れた場合には、前記相殺が起こらずに前記環状鉄心の周方向へ誘起される磁場による誘導起電力が前記二次導線に生じ、
前記第１板状シールド及び前記第２板状シールドは、交互に積層され、
前記第１板状シールドは、前記第２板状シールドよりも、前記一次導線への前記平衡電流の通電による前記二次導線への誘導起電力を抑制する効果が高いことを特徴とする零相変流器。