JP7281424B2 - 電流センサ、その調整方法、それを取り付けた変圧器、および変圧器の電流センサの出力を分析する測定システム - Google Patents

Description

本発明は、電流を測定する電流センサ、およびこの電流センサを取り付けた変圧器、並びにその変圧器の電流センサの出力である電流測定データを分析する測定システムに関し、特に電流センサの測定精度を仕様値内に収めるための技術に関する。

電流センサには、ロゴスキーコイルタイプやカレントトランスタイプがある。ロゴスキーコイルタイプはコアを有しない構成のため、大電流測定を考えたとき磁気飽和を考慮する必要がなく、またフレキシブルでコイルを開閉可能な構造にできるため、後付けが可能であり、大口径に対応することができる。ただし、コイル構造がやや複雑であることや積分器が必要なことから、コスト的に高くなる傾向にある。一方、カレントトランスタイプはコイル構造が簡単で比較的安価であるが、大電流測定の場合はコアの磁気飽和設計が必要であり、またコアに電磁鋼板等を使用した場合には形が決まってしまい、後付け可能とするためには形の決まったコアを合わせる構造とする必要がある。

特許文献１には、可とう性を有する平板上のフラックスゲート磁界センサの両面に可とう性を有する複数の磁性シートが配設されると共に、当該フラックスゲート磁界センサと一体化されて構成された電流センサが示されている。

特開２００９－２８１８号公報

電流センサを配電用変圧器に取り付けるには、ブッシュ直径φ90ｍｍ以上の径が必要で、且つ、後付けできることが望まれる。電流センサを後付け可能とするためには開閉部分が必要で、そこにコアギャップが生じる。コアギャップを設けることで大電流測定時にコアの磁気飽和を抑制することができるが、ギャップ長（ギャップ間隔）の長さによりインダクタンス値が変化し、この変化が電流測定の検出電圧の精度を劣化させるという課題があった。

また、電流センサが接続される検出回路は、予め検出直線性を備えた固定の回路であるため、電流センサを後付けするためには、電流センサ側で検出電圧の精度を仕様値内に収める必要がある。

本発明は、電流測定の検出電圧の精度を仕様値内に収めることのできる磁気回路の補正手段を有し、後付け可能で大口径の取り付けにも対応したカレントトランスタイプの電流センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための、本発明の「電流センサ」の一例を挙げるならば、
ギャップを有する略環状の磁性コアと、前記磁性コアの周囲に巻き回した電流を測定する主巻コイルとを備え、前記ギャップの箇所で開閉できる構成のカレントトランスタイプの電流センサであって、前記磁性コアの周囲に巻き回した、補助巻コイルを備え、前記補助巻コイルは、前記主巻コイルと同じ巻き方向となるように主巻コイルに接続する第１接続、前記主巻コイルと逆の巻き方向となるように主巻コイルに接続する第２接続、前記主巻コイルに接続せずに、抵抗値を可変できる磁束調整抵抗に接続する第３接続、の何れかの接続を選択して接続可能としたことを特徴とするものである。

また、本発明の「電流センサの調整方法」の一例を挙げるならば、
ギャップを有する略環状の磁性コアと、前記磁性コアの周囲に巻き回した電流を測定する主巻コイルと、補助巻コイルとを備え、前記ギャップの箇所で開閉できる構成のカレントトランスタイプの電流センサの調整方法であって、前記主巻コイルにインダクタンス測定器を接続し、インダクタンスを測定するステップと、インダクタンス値が設定範囲に入るように前記主巻コイルのギャップ長を調整するステップと、前記電流センサを線材を囲むように配置し、線材に測定電流を流して主巻コイルの検出電圧を測定するステップと、前記補助巻コイルを前記主巻コイルに正極性接続または負極性接続して、或いは、前記補助巻コイルに抵抗値を可変できる磁束調整抵抗を接続調整して、検出電圧が目標精度内に入るように調整するステップと、を有する電流センサの調整方法である。

また、本発明の「変圧器」の一例を挙げるならば、
鉄心と、前記鉄心に巻き回した１次巻線および２次巻線と、前記１次巻線に接続した１次電極と、前記２次巻線に接続した２次電極とを備える変圧器であって、前記１次電極の絶縁部および／または２次電極の絶縁部に取り付けた電流センサを備え、前記電流センサは、ギャップを有する略環状の磁性コアと、前記磁性コアの周囲に巻き回した電流を測定する主巻コイルと、補助巻コイルとを備え、前記ギャップの箇所で開閉できる構成のカレントトランスタイプの電流センサであって、前記補助巻コイルは、前記主巻コイルと同じ巻き方向となるように主巻コイルに接続する第１接続、前記主巻コイルと逆の巻き方向となるように主巻コイルに接続する第２接続、前記主巻コイルに接続せずに、抵抗値を可変できる磁束調整抵抗に接続する第３接続、の何れかの接続を選択して接続可能としたことを特徴とするものである。

本発明によれば、電流測定の検出電圧の精度を仕様値内に収めることのできる磁気回路の補正手段を有し、後付け可能で大口径の取り付けにも対応したカレントトランスタイプの電流センサを提供することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施例１である電流センサの構成図である。 本発明の実施例１である電流センサの配線図である。 実施例１である電流センサの、測定電流と検出電圧の関係を示す図である。 補助巻コイルによる調整の動作説明図である。 本発明の実施例２である電流センサの配線図である。 本発明の実施例３である電流センサの配線図である。 本発明の実施例４である電流センサの配線図である。 本発明の実施例５である電流センサの配線図である。 補助巻コイルの接続状態と検出電圧の大きさの関係を示す表である。 本発明の実施例６である電流センサの調整の接続図である。 本発明の実施例６である電流センサの調整のフロー図である。 本発明の実施例７である電流センサの接続端子を示す図である。 本発明の実施例８である電流センサの接続端子を示す図である。 本発明の実施例９である電流センサを構成する部品図である。 本発明の実施例９である電流センサの構成図である。 本発明の実施例１０である変圧器の構成図である。 本発明の実施例１１である測定システムの構成図である。 本発明の実施例１２である測定システムの構成図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。本発明の思想ないし趣旨から逸脱しない範囲で、その具体的構成を変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。

以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、重複する説明は省略することがある。

本明細書等における「第１」、「第２」、「第３」などの表記は、構成要素を識別するために付するものであり、必ずしも、数または順序を限定するものではない。また、構成要素の識別のための番号は文脈毎に用いられ、一つの文脈で用いた番号が、他の文脈で必ずしも同一の構成を示すとは限らない。また、ある番号で識別された構成要素が、他の番号で識別された構成要素の機能を兼ねることを妨げるものではない。

図面等において示す各構成の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。

図１は、本発明の実施例１であるカレントトランスタイプの電流センサの構成図である。図１において、図１（ａ）は電流センサ１００の外観概略図、図１（ｂ）はカレントトランスの磁性コア１０１を構成する１枚のアモルファスの短冊片１０３、図１（ｃ）は図１（ｂ）の短冊片１０３を積層した磁性コア１０１、図１（ｄ）は図１（ａ）のように円形に丸める前の電流センサ１００である。

磁性コア１０１は、幅Ｗ、厚さＤ、長さＬの１枚のアモルファスの短冊片１０３を積層して構成される。厚さＤは例えば25μｍ、幅は20ｍｍ程度のオーダで、長さＬは電流センサ１００の内径φである１３１と磁性コア１０１の厚さｄである１３２から計算される。また、磁性コア１０１を構成する短冊片１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、…、の積層枚数ｎは厚さＤと磁性コア１０１の厚さｄから計算される(ｎ＝ｄ／Ｄ)。

短冊片１０３を積層した磁性コア１０１に電流検出用の主巻コイル１１０をＮ１ターン、精度調整用の補助巻コイル１２０をＮ２ターン巻き、主巻コイル１１０の両端を端子１１１、１１２に接続し、補助巻コイル１２０の両端を端子１２１、１２２に接続する。

磁性コア１０１は短冊片１０３を積層しているだけであり、また、短冊片１０３は可とう性があるため、図１（ｄ）の形状から図１（ａ）の円形の形状（略環状）にすることができ、磁性コア１０１の両端１０４、１０５をギャップ１０２だけ開けて固定することができる。

図２は、本発明の実施例１である電流センサの配線図である。電流センサ１００で線材２００に流れる電流を測定する例である。主巻コイル１１０、補助巻コイル１２０にある黒丸の位置は主巻コイルを基準とした巻き方向を表し、図２では同じ向きに巻いてある。

図２（ａ）は主巻コイル１１０と補助巻コイル１２０とを正極性で接続したもの、図２（ｂ）は主巻コイル１１０と補助巻コイル１２０とを負極性で接続したもの、図２（ｃ）は補助巻コイル１２０に磁束調整抵抗２０４を接続したものである。

検出回路２０１は、電流センサ１００からの電流のセンサ信号をＲｉｎで示す検出抵抗２０２の両端に検出電圧として検出し、入力抵抗の大きいアンプ２０３で増幅して増幅検出電圧として出力する。

図２の動作を、図３、図４を用いて説明する。
図３(a)は、電流センサ１００のギャップ１０２のギャップ長をパラメータとした、線材２００に流れる測定電流と検出抵抗２０２の両端の検出電圧の関係を示す図である。ギャップ長の小さい場合の特性３０１では、端子１１１と端子１１２から測定したインダクタンスは大きくなるが直線性が悪くなり、最大測定電流の仕様値では正確に測定できない。これに対して、ギャップ長の小さい場合の特性３０２では、端子１１１と端子１１２から測定したインダクタンスは小さくなるが直線性は良くなり、最大測定電流の仕様値においても正確に測定することができる。

線材２００に流れる測定電流は、理論的には１／Ｎ１の検出電流になって検出されるが、実際には損失があり、その度合いは前記のインダクタンスによっても変化して、インダクタンスが大きい方が損失が少なく小さい方が損失が大きい。

すなわち、直線性を考えればインダクタンスは小さい方がいいが、理論値からの損失を考えるとインダクタンスは大きい方がよく、最適なインダクタンスの領域が存在する。この最適なインダクタンスの領域になるようにギャップ長を調整する。

ギャップ長は一般的にある固定値を単位としてしか調整できず微調整することが困難であり、結果、前記損失の値が段階的に変化する。

また、図１（ｃ）のように積層した構造では、図１（ａ）のように円形にした時の磁性コア１０１の両端１０４，１０５を均等なギャップ長のギャップ１０２にすることが困難で、結果、インダクタンスの個体差が生じ損失の値が変化する。

すなわち、図３（ｂ）において、目標性能３０３に対し、特性３０４のように検出電圧が大きめに出ることも、特性３０５のように検出電圧が小さめに出ることもある。これを補助巻コイルにより目標精度３０６の範囲に調整する。

以上説明したように、まず最大測定電流においても直線性のあるギャップ長とし、そのあと補助巻コイルで目標精度に調整する。

図４は補助巻コイルによる調整の動作説明図であり、図４の特性（ａ）（ｂ）（ｃ）は、図２の接続（ａ）（ｂ）（ｃ）にそれぞれ対応している。

図４（ａ）は、主巻コイルの特性が図３（ｂ）の特性３０４の場合である。このとき図２（ａ）の接続にすれば、主巻コイルと補助巻コイルで巻方向、電流方向が同じで、巻数がＮ１＋Ｎ２に増加したことになる。したがって理論的検出電流は１／Ｎ１から１／(Ｎ１＋Ｎ２)に小さくなり、結果検出電圧も小さくなって特性４０１のようになる。

図４（ｂ）は、主巻コイルの特性が図３（ｂ）特性３０５の場合である。このとき図２（ｂ）の接続にすれば、主巻コイルと補助巻コイルで巻方向は一緒だが、電流方向が逆で、巻数がＮ１－Ｎ２に減少したことになる。したがって理論的検出電流は１／Ｎ１から１／(Ｎ１－Ｎ２)に大きくなり、結果検出電圧も大きくなって特性４０２のようになる。なお、主巻コイルと補助巻コイルで巻方向を逆にし、電流方向を同じにしてもよい。

図４（ｃ）は、主巻コイルの特性が図３（ｂ）特性３０４の場合である。このとき図２（ｃ）の接続にすれば、補助巻コイル１２０に起電力が働き抵抗２０４に電流が流れる。これにより検出電流が抑制され、検出電圧も小さくなる。このとき、抵抗２０４であるｒ＝０Ωとしたときに最もこの効果が大きくなり、特性４０３となる。抵抗２０４の抵抗値を大きくしていくと特性は特性４００に近づく。すなわち、抵抗値を調整することで特性４０３から特性４００の間に調整できる。なお、補助巻コイルの巻方向を主巻コイルと逆にした場合は起電力が逆になり電流が反対に流れるが、効果は図４（ｃ）と同じである。また、補助巻コイル１２０の巻数が同じ場合、図４（ａ）と図４（ｃ）では図４（ａ）の方が検出電圧が小さくなる効果が高い。
補助巻コイルの巻数はギャップにより生じる誤差から事前に調整しておけばよい。

図２（ａ）と図２（ｂ）は、同じ補助巻コイルを用いて主巻コイルとの接続を変えるだけで検出電圧を増減することができる効果がある。

図２（ｃ）はギャップ長または巻数Ｎ１を調整して事前に主巻コイルの検出電圧を少し大きめになるように調整しておく必要があるが、抵抗２０４の抵抗値によって微調整できる効果がある。

本実施例の電流センサによれば、電流センサにおいて、磁性コアに主巻コイルに加えて補助巻コイルを設け、補助巻コイルを主巻コイルに対して正極性または負極性に接続し、或いは、補助巻コイルに磁束調整抵抗を接続したので、電流測定の検出電圧の精度を仕様値内に収めることができ、検出直線性を備えた検出回路に接続することができる。また、電流センサに電気回路系がないため、耐久性を持たせることが可能となる。また、可とう性のあるアモルファスの短冊片を積層して磁性コアを構成し、ギャップを有する略環状としたので、変圧器の端子などにも後付け可能で、大口径の取り付けにも対応できる。

図５は、本発明の実施例２である電流センサの配線図である。図５では第１の補助巻コイル１２０に加え第２の補助巻コイル５００を設ける。図５（ａ）では、主巻コイル１１０に対して第１の補助巻コイル１２０を正極性接続し、第２の補助巻コイル５００へ磁束調整抵抗５２０を接続する。図５（ｂ）では、主巻コイル１１０に対して第１の補助巻コイル１２０を負極性接続し、第２の補助巻コイル５００へ磁束調整抵抗５２０を接続する。第１の補助巻コイル１２０は図２（ａ）、図２（ｂ）のように動作し、第２の補助巻コイル５００は端子５１１、５１２間に磁束調整抵抗５２０を設け、図２（ｃ）の動作をする。

図５の構成では、第１の補助巻コイル１２０の巻数Ｎ２と第２の補助巻コイル５００の巻数Ｎ３を調整しておくことで、図３の特性３０４や特性３０５の場合の両方の特性においても抵抗５２０を調整することで、微調整して目標精度３０６内とすることが可能になる効果がある。なお、第１の補助巻コイル１２０は図５においても図２（ｃ）の使用方法とすることが可能である。また、第１の補助巻コイル１２０の巻数Ｎ２と第２の補助巻コイル５００の巻数Ｎ３を異なる巻数としておくことで、第２の補助巻コイル５００を図２（ａ）、図２（ｂ）のように使用し、第１の補助巻コイル１２０を図２（ｃ）のように使用することもでき、これにより目標精度への調整値の種類を多くすることができる効果がある。

図６は、本発明の実施例３である電流センサの配線図である。図６では検出抵抗２０２と並列に分流抵抗６００を設けたものである。図６（ａ）では、主巻コイル１１０に対して補助巻コイル１２０を正極性直列接続し、主巻コイル１１０の端子と補助巻コイル１２０の端子間に分流抵抗６００を接続する。図６（ｂ）では、主巻コイル１１０に対して補助巻コイル１２０を負極性直列接続し、主巻コイル１１０の端子と補助巻コイル１２０の端子間に分流抵抗６００を接続する。分流抵抗６００に検出電流を逃がすことにより検出抵抗２０２に流れる電流を減らすことができ、結果として検出電圧を小さくすることができる。分流抵抗６００の抵抗値ｒ２を変えることで検出電圧の微調整が可能である。

図６の構成では、図３の特性３０４や特性３０５の場合の両方の特性においても分流抵抗６００を調整することで、微調整して目標精度３０６内とすることが可能になる効果がある。なお、補助巻コイル１２０は、図６においても図２（ｃ）の使用方法とすることができる。

図７は、本発明の実施例４である電流センサの配線図である。図７では第１の補助巻コイル１２０、第２の補助巻コイル５００に加え、第３の補助巻コイル７００を設ける。第１の補助巻コイル１２０、第２の補助巻コイル５００、第３の補助巻コイル７００のそれぞれの巻数Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４を異なる値とすることで、図２（ａ）と図２（ｂ）を同時に利用して巻数の差分の値も使用できるようになり、微調整が可能となる。図７で図示している例では巻数をＮ１＋Ｎ２－Ｎ４とでき、さらに第２の補助巻コイル５００で微調整することが可能である。

第１の補助巻コイル１２０、第２の補助巻コイル５００、第３の補助巻コイル７００は図７で図示した例にとどまらず、それぞれにおいて図２（ａ）、図２（ｂ）、図２（ｃ）の使用方法が可能である。

図７の構成では、図５の構成よりさらに目標精度への調整値の種類を多くすることができる効果がある。

図８は、本発明の実施例５である電流センサの配線図である。図８では第１の補助巻コイル１２０に加え、第３の補助巻コイル７００を設け、巻数をＮ１＋Ｎ２－Ｎ４とする。そして、主巻コイル１１０の端子と第３の補助巻コイル７００の端子間に分流抵抗６００を接続する。分流抵抗６００の抵抗値ｒ２を変えることで検出電圧の微調整が可能となり、図７の実施例４と同様の効果が得られる。

図８の構成でも、図６の実施例３の構成よりさらに目標精度への調整値の種類を多くすることができる効果がある。

ここで、図９に、補助巻コイルを設けた場合の、接続状態と検出電圧の大きさの関係を示す。

図９（ａ）は補助巻コイルが１個の場合である。補助巻数をＮ２とする。補助巻コイルの使用方法は、正極性接続、負極性接続、補助巻コイルに抵抗Ｒ２を接続、補助巻コイルをショートの４つの状態がある。補助巻コイルに抵抗Ｒ２を接続した状態は、ある程度以上の抵抗値にして、補助巻コイルがなく主巻コイル(巻数Ｎ１)だけと同様の検出電圧となる状態とする。

抵抗Ｒ２を接続した状態、すなわち主巻コイルのみの検出電圧を基準とするとき、負極性接続の状態は巻数はＮ１－Ｎ２とＮ１より少なくなり、検出電圧は主巻コイルよりも大きくなる(図４（ｂ）参照)。補助巻コイルをショート（０）の状態は、基準の主巻コイルよりも検出電圧が小さくなる(図４（ｃ）参照)。正極性接続の状態は巻数はＮ１＋Ｎ２とＮ１より大きくなり、検出電圧は主巻コイルよりも小さく、また、一般的には補助巻コイルをショートの状態よりさらに小さくなる(図４（ａ）（ｃ）参照)。すなわち、図９（ａ）に示すＮｏ．１，２，３，４の順に検出電圧は大きくなる。なお、抵抗値の値をショートからＲ２の間に設定することで、Ｎｏ．２とＮｏ．３の間の検出電圧をさらに細かく設定できる。

図９（ｂ）は、補助巻コイルが２個の場合の、組み合わせを示す。補助巻コイルの巻数をＮ２とＮ３とし、Ｎ２の方がＮ３よりも大きいとする。Ｎ２、Ｎ３それぞれに対し正極性接続、負極性接続、補助巻コイルに抵抗接続、補助巻コイルをショートの４つの状態がある。補助巻コイルに抵抗Ｒ２を接続した状態は、ある程度以上の抵抗値にして、補助巻コイルがなく主巻コイル(巻数Ｎ１)だけと同様の検出電圧となる状態とする。また、補助巻コイルＮ３に抵抗Ｒ３を接続した状態は、ある程度以上の抵抗値にして、補助巻コイルがなく主巻コイル(巻数Ｎ１)だけと同様の検出電圧となる状態とする。

抵抗Ｒ２をＮ２に接続した状態および抵抗Ｒ３をＮ３に接続した状態、すなわち主巻コイルのみの検出電圧を基準とする(Ｎｏ．１１)。このとき検出電圧の大きさは基準に対して図９（ｂ）に示す状態になる。Ｎ２やＮ３のどちらか一方の状態が同じ状態の場合、他方の状態が図９（ａ）のときに、図９（ａ）に示す検出電圧の順番となる。Ｎ２、Ｎ３がどちらも負極性接続の場合に検出電圧は最大に、Ｎ２、Ｎ３がどちらも正極性接続の場合に検出電圧は最小になる。なお、Ｎｏ．８のＮ２：ショート、Ｎ３：負極性接続の状態は、Ｎ２：ショートで検出電圧は小さくなる方向、Ｎ３：負極性接続で検出電圧は大きくなる方向であるが、Ｎ２＞Ｎ３であるためこの基準に対して大小効果はＮ２、Ｎ３の巻数によって変化する。

図７に示す補助巻コイルが３個の場合は、正極性接続、負極性接続、補助巻コイルに抵抗接続、補助巻コイルをショートの４つの状態がそれぞれあるため、その状態の組み合わせは図９（ｃ）に示すように4×4×4=64となる。一般的に補助巻コイルがＫ個の場合、図９（ｄ）に示すように組合せは４のＫ乗になる。

補助巻コイルの巻数を選んで複数の補助巻コイルを用いることで、図２の方式を組み合わせて非常に細かく検出電圧を補正することができる。

本発明の実施例６は、電流センサの調整に関するものである。図３で説明した調整方法を、図１０の接続図と、図１１の調整フローで示す。

図１０に示すように、電流センサ１００は、ギャップ１０２を有する略環状の磁性コアに、主巻コイル１１０および補助巻コイル１２０を巻き付けたものであり、主巻コイルの両端１１１，１１２にはインダクタンス測定器９０１を接続する。

図１１に示す調整フローは、次のとおりである。
Ｓ１００１：調整を開始する。
Ｓ１００２：インダクタンス測定器９０１を用い、ギャップ１０２を初期値のギャップ長にした時の、主巻コイル１１０の両端１１１と１１２の間のインダクタンスを測定する。このとき、補助巻コイル１２０の両端１２１と１２２間はオープンにしておく。
Ｓ１００３：最適なインダクタンスの領域内（設定範囲）であるかどうか判断する。
Ｓ１００４：最適なインダクタンスの領域内（設定範囲）でない場合、ギャップ長を調整する。インダクタンスが小さい場合はギャップ長を狭く、インダクタンスが大きい場合はギャップ長を広くする方向に調整する。このあと、ステップＳ１００３に戻って判断を繰り返す。
Ｓ１００３で、インダクタンスが最適なインダクタンスの領域内（設定範囲）に入ると、ギャップ長の調整は完了する。
Ｓ１００５：電流センサ１００を線材２００を囲むように配置し、線材に測定電流を流して、図３に示す検出電圧を測定する。
Ｓ１００６：図２（ａ）または（ｂ）に示すように、補助巻コイルを主巻コイルに正極性接続または負極性接続して、或いは、図２（ｃ）に示すように、補助巻コイルに磁束調整抵抗を接続調整して、検出電圧が目標精度３０６に入るように調整を行う。
Ｓ１００７：調整を終了する。

以上のように調整することで、電流センサの検出電圧を目標精度内とすることができる。

図１２は、本発明の実施例７である電流センサの接続端子を示す図である。図１２の（ａ）正極性接続、（ｂ）負極性接続、（ｃ）磁束調整接続は、図２の（ａ）（ｂ）（ｃ）の接続にそれぞれ対応している。

主巻コイル１１０の端子１１１、１１２は第１の端子板１１０１に、補助巻コイルの端子１２１、１２２は第２の端子板１１０２に配置されている。そして、第１の端子板１１０１と第２の端子板１１０２は平行に配置され、主巻コイルの一方の端子１１１と補助巻コイルの他方の端子１２１、主巻コイルの他方の端子１１２と補助巻コイルの一方の端子１２２は同じ側にあり向き合っている。主巻コイルの一方の端子１１１は検出部２０１に近い側に配置する。

図１２（ａ）の正極性接続では、主巻コイルの他方の端子１１２と補助巻コイルの一方の端子１２１の間を接続線１１０３で斜めに接続する。そして、検出部２０１を、主巻コイルの一方の端子１１１と、補助巻コイルの他方の端子１２２とに接続する。

図１２（ｂ）の負極性接続では、主巻コイルの他方の端子１１２と補助巻コイルの他方の端子１２２の間を接続線１１０４で真直ぐに接続する。そして、検出部２０１を、主巻コイルの一方の端子１１１と、補助巻コイルの一方の端子１２１とに接続する。

図１２（ｃ）の磁束調整抵抗を接続では、補助巻コイルの２つの端子１２１と端子１２２の間に磁束調整抵抗２０４を接続する。そして、主巻コイルの２つの端子に検出部２０１を接続する。

主巻コイルを接続する２つの端子を配置した第１の端子板の２つの端子と、前記補助巻コイルを接続する２つの端子を配置した第２の端子板の２つの端子を、同じ側にあり向き合って配置することにより、図１２の接続を行うことができる。

図１２の接続端子の実施例では、主巻コイルの一方の端子１１１は常に検出部２０１に一番近くで接続できる。また、２端子の端子板２つのみで構成でき、図２の（ａ）（ｂ）（ｃ）の接続を容易に行うことができる。

図１３は、本発明の実施例８である電流センサの接続端子を示す図である。図１３の（ａ）正極性接続、（ｂ）負極性接続、（ｃ）磁束調整接続は、図２の（ａ）（ｂ）（ｃ）の接続にそれぞれ対応している。

第３の端子板１２０１は３端子であり、主巻コイル１１０の２つの端子１１１、１１２は第３の端子板１２０１に配置され、主巻コイルの一方の端子１１１は検出部２０１に近い一端側に配置する。そして、主巻コイルの他方の端子１１２は中央の端子１１２ａに接続し、中央の端子１１２ａと他端の端子１１２ｂとを接続する。補助巻コイルの２つの端子１２１、１２２は第４の端子板１２０２に配置する。そして、中央の端子１１２ａと補助巻コイルの一方の端子１２１、他端の端子１１２ｂと補助巻コイルの他方の端子１２２は向き合っている。

図１３（ａ）の正極性接続では、中央の端子１１２ａと補助巻コイルの一方の端子１２１の間を接続線１２０３で真直ぐに接続する。そして、検出部２０１を、主巻コイルの一方の端子１１１と、補助巻コイルの他方の端子１２２とに接続する。

図１３（ｂ）の負極性接続では、他端の端子１１２ｂと補助巻コイルの他方の端子１２２の間を接続線１２０３で真直ぐに接続する。そして、検出部２０１を、主巻コイルの一方の端子１１１と、補助巻コイルの一方の端子１２１とに接続する。

図１３（ｃ）の磁束調整抵抗を接続では、補助巻コイルの２つの端子１２１と端子１２２の間に抵抗２０４を接続する。そして、主巻コイルの２つの端子１１１と１１２ａとに検出部２０１を接続する。このとき端子１１２ａと端子１１２ｂとを接続する必要はない。

主巻コイルを接続する３つの端子を配置した第３の端子板の３つの端子の内の片側の２つの端子と、補助巻コイルを接続する２つの端子を配置した第４の端子板の２つの端子を、同じ側にあり向き合って配置することにより、図１３の接続を行うことができる。

図１３の接続端子の実施例では、主巻コイルの一方の端子１１１は常に検出部２０１に一番近くで接続できる。また、主巻コイルの端子と補助巻コイルの端子間は同じ長さの接続線１２０３で接続できる。

図１４は本発明の実施例９である電流センサを構成する部品図であり、図１５は図１４の部品を使用して構成される本発明の実施例９である電流センサである。

図１４（ａ）は両端の端子１３０１、１３０２を有する部分主巻コイル１３００であり、主巻コイル１１０の一部を構成する。部分主巻コイル１３００を複数使用して、主巻コイル１１０を構成する。

図１４（ｂ）は両端の端子１３１１、１３１２を有する補助正巻コイル１３１０であり、部分主巻コイル１３００と同じ巻方向である。

図１４（ｃ）は両端の端子１３２１、１３２２を有する補助負巻コイル１３２０であり、部分主巻コイル１３００と逆の巻方向である。

図１５の（ａ）正極性接続、（ｂ）負極性接続、（ｃ）磁束調整抵抗を接続は、図２の（ａ）（ｂ）（ｃ）の接続にそれぞれ対応している。

図１５（ａ）の正極性接続では、磁性コア１０１に複数の部分主巻コイル１３００ａ、１３００ｂ、１３００ｃ、…を通し、また、補助正巻コイル１３１０を通して、直列に接続して電流センサ１００を構成する。

図１５（ｂ）の負極性接続では、磁性コア１０１に複数の部分主巻コイル１３００ａ、１３００ｂ、１３００ｃ、…を通し、また、補助負巻コイル１３２０を通して、直列に接続して電流センサ１００を構成する。

図１５（ｃ）の磁束調整抵抗を接続では、磁性コア１０１に複数の部分主巻コイル１３００ａ、１３００ｂ、１３００ｃ、…を通して、直列に接続する。そして、補助正巻コイル１３１０または補助負巻コイル１３２０を通して、磁束調整抵抗２０４を接続して、電流センサ１００を構成する。

図１５の構成によれば、主巻コイル１１０が複数の部分主巻コイル１３００に分かれているため、図１５の真直ぐの状態から図１（ａ）の円形の状態に曲げることが、図１（ｄ）の主巻コイル１１０が一体になっている場合よりも容易にできる効果がある。また、複数の部分主巻コイル１３００に分かれているため、部分主巻コイル１３００の数を調整することで簡単に主巻コイルの巻数Ｎ１を変更できる効果がある。さらにまた、補助正巻コイル１３１０、補助負巻コイル１３２０の数を調整できるため、図３（ｂ）の目標精度３０６内に調整することが容易にできる効果がある。

図１６は、本発明の実施例１０の電流センサを取り付けた変圧器の一例である。
変圧器１５０１は、例えば三相の配電用変圧器であり、内部に鉄心と、鉄心に巻回した１次巻線および２次巻線を備えている。１次巻線に接続した１次側の電極１５１１ｕ、１５１１ｖ、１５１１ｗのそれぞれの絶縁部（ブッシュ）１５１２ｕ、１５１２ｖ、１５１２ｗに、または、２次巻線に接続した２次側の電極１５２１ｕ、１５２１ｖ、１５２１ｗのそれぞれの絶縁部（ブッシュ）１５２２ｕ、１５２２ｖ、１５２２ｗに、本発明の電流センサ１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ、１００ｅ、１００ｆを取り付ける。

電流センサは既存の変圧器へ後付けができ、大口径・大電流でも測定精度を出せ、また、電気回路系がないため、変圧器と同等の耐久性を持たせることができる。なお、図１６では１次側、２次側の全絶縁部（ブッシュ）に電流センサを取り付けているが、１次側或いは２次側のみ、または必要な一部の絶縁部（ブッシュ）のみへ取り付けてもよい。

図１７は、本発明の実施例１１の、図１６の変圧器に取り付けた電流センサの検出出力を分析する測定システムの一例である。
変圧器１５０１のブッシユに取り付けた電流センサ１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ、１００ｅ、１００ｆのそれぞれのセンサ出力に対して、検出部１６０３を構成する検出回路２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ、２０１ｄ、２０１ｅ、２０１ｆのそれぞれで検出電圧を検出し、それぞれの増幅検出電圧を分析部１６０１に出力する。

分析部１６０１は、それぞれの増幅検出電圧に対し、時計部１６０２からの時間情報を関連付けて時間管理する。

分析部１６０１は、それぞれの増幅検出電圧に対し、それぞれの増幅検出電圧の比較分析を時間に関連付けて行う。

本実施例によれば、変圧器の電流波形を求めることができるので、変圧器の監視を行うことができる。また、変圧器の二次側の電流を検出することにより、負荷の状況を監視することができる。

図１８は、本発明の実施例１２の、図１６の変圧器の複数に取り付けた電流センサの検出出力を分析する測定システムの一例である。

一般的に複数の変圧器はそれぞれ離れた場所に設置されている。図１８の例では変圧器１５０１ａ、検出部１６０３ａ、時計部１６０２ａ、通信部１７０１ａが一つの場所、変圧器１５０１ｂ、検出部１６０３ｂ、時計部１６０２ｂ、通信部１７０１ｂが別の一つの場所、変圧器１５０１ｃ、検出部１６０３ｃ、時計部１６０２ｃ、通信部１７０１ｃがさらに別の一つの場所、という３箇所の異なる場所に設置されている。なお、設置個所は３箇所に限らず何箇所であってもよい。

分析部１６０１、通信部１７０２は１つの場所例えばセンタにある。センタの通信部１７０２は、各変圧器の通信部１７０１ａ、１７０１ｂ、１７０２ｃからのデータ情報を通信回線を介して受信し収集して、分析部１６０１にそのデータ情報を送る。そして、分析部１６０１はそのデータ情報を比較分析する。なお、通信回線は、専用回線やインターネット回線など、何れの回線も用いることができる。

このとき、各変圧器の通信部１７０１ａ、１７０１ｂ、１７０２ｃとセンタの通信部１７０２との間での通信は、時間管理することが一般的に困難である。そのため、時間情報と増幅検出電圧との関連付けはそれぞれの場所で行い、通信する。すなわち、時計部１６０２ａからの時間情報を検出部１６０３ａで増幅検出電圧との関連付けを行いデータ情報として通信部１７０１ａから、通信する。また、時計部１６０２ｂからの時間情報を検出部１６０３ｂで増幅検出電圧との関連付けを行いデータ情報として通信部１７０１ｂから、通信する。また、時計部１６０２ｃからの時間情報を検出部１６０３ｃで増幅検出電圧との関連付けを行いデータ情報として通信部１７０１ｃから、通信する。

時計１６０２ａ、１６０２ｂ、１６０３ｃは異なる場所にあるが、ＧＰＳ(グローバル・ポジショニング・システム)やその他の方法を用い、完全に時間情報を一致させておく。

図１８の測定システムの実施例では、一群の複数の変圧器に対し、離れた場所に変圧器、分析部があってもそれぞれの変圧器に取り付けた電流センサの増幅検出電圧の比較分析を時間に関連付けて行うことができる。

なお、図１７、図１８の測定システムにおいて、分析部１６０１で分析に使用する情報は変圧器の電流センサのデータ情報だけではなく、他のあらゆる情報を利用してもよい。

本実施例によれば、一群の変圧器の電流を検出できるので、各工場や各地域の一群の変圧器の状況を監視でき、適切な電力配電が可能となる。

本発明の電流センサは、少なくとも一つの変圧器の１次側または２次側の電流を測定する測定システムに適用が可能である。

１００…電流センサ、１０１…磁性コア、１０２…ギャップ、１１０…主巻コイル、１１１、１１２…端子、１２０…補助巻コイル、１２１、１２２…端子、２００…線材、２０１…検出部（検出回路）、２０２…検出抵抗、２０３…アンプ、２０４…磁束調整抵抗、
５００…第２の補助巻コイル、５１１、５１２…端子、５２０…磁束調整抵抗、６００…分流抵抗、７００…第３の補助巻コイル、７０１、７０２…端子、１１０１，１１０２…端子板、１１０３、１１０４…接続線、１２０１，１２０２…端子板、１２０３…接続線、１３００…部分主巻コイル、１３１０…補助正巻コイル、１３２０…補助負巻コイル、１５０１…変圧器、１５１１ｕ、１５１１ｖ、１５１１ｗ、１５２１ｕ、１５２１ｖ、１５２１ｗ…電極、１５１２ｕ、１５１２ｖ、１５１２ｗ、１５２２ｕ、１５２２ｖ、１５２２ｗ…絶縁部（ブッシュ）、１６０１…分析部、１６０２…時計部、１６０３…検出部、１７０１、１７０２…通信部。

Claims (14)

1. ギャップを有する略環状の磁性コアと、前記磁性コアの周囲に巻き回した電流を測定する主巻コイルとを備え、前記ギャップの箇所で開閉できる構成のカレントトランスタイプの電流センサであって、
   前記磁性コアの周囲に巻き回した、補助巻コイルを備え、
   前記補助巻コイルは、前記主巻コイルと同じ巻き方向となるように主巻コイルに接続する第１接続、前記主巻コイルと逆の巻き方向となるように主巻コイルに接続する第２接続、前記主巻コイルに接続せずに、抵抗値を可変できる磁束調整抵抗に接続する第３接続、の何れかの接続を選択して接続可能としたことを特徴とする電流センサ。
2. 請求項１に記載の電流センサにおいて、
   前記第１接続、前記第２接続または前記第３接続により、電流測定の検出電圧を目標精度に収めることを特徴とする電流センサ。
3. 請求項１に記載の電流センサにおいて、
   複数の前記補助巻コイルを備え、
   一部の補助巻コイルは、前記第１接続および／または第２接続で接続され、
   残りの一部の補助巻コイルは、前記第３接続で接続されていることを特徴とする電流センサ。
4. 請求項１に記載の電流センサにおいて、
   前記磁性コアは、磁性材料から成る可とう性を有する短冊片を積層して構成したことを特徴とする電流センサ。
5. 請求項４に記載の電流センサにおいて、
   前記磁性材料は、アモルファス材料であることを特徴とする電流センサ。
6. 請求項１に記載の電流センサにおいて、
   前記第１接続または前記第２接続した主巻コイルと補助巻コイルの他方の端子には、検出電流の一部を流す分流抵抗を接続したことを特徴とする電流センサ。
7. 請求項１に記載の電流センサにおいて、
   前記主巻コイルを接続する２つの端子を配置した第１の端子板と、
   前記補助巻コイルを接続する２つの端子を配置した第２の端子板と、を備え、
   前記第１の端子板の２つの端子と前記第２の端子板の２つの端子は、同じ側にあり向き合っていることを特徴とする電流センサ。
8. 請求項１に記載の電流センサにおいて、
   前記主巻コイルを接続する３つの端子を配置した第３の端子板と、
   前記補助巻コイルを接続する２つの端子を配置した第４の端子板と、を備え、
   前記第３の端子板の３つの端子の内の片側の２つの端子と前記第４の端子板の２つの端子は、同じ側にあり向き合っていることを特徴とする電流センサ。
9. 請求項１に記載の電流センサにおいて、
   前記主巻コイルは、直列接続される複数の部分主巻コイルから成り、
   前記補助巻コイルは、前記部分主巻コイルと同じ巻き方向である補助正巻コイルおよび／または前記部分主巻コイルと逆の巻き方向である補助負巻コイルから成り、
   前記磁性コアに、前記複数の部分主巻コイルと、前記補助正巻コイルおよび／または前記補助負巻コイルを取り付けたことを特徴とする電流センサ。
10. ギャップを有する略環状の磁性コアと、前記磁性コアの周囲に巻き回した電流を測定する主巻コイルと、補助巻コイルとを備え、前記ギャップの箇所で開閉できる構成のカレントトランスタイプの電流センサの調整方法であって、
    前記主巻コイルにインダクタンス測定器を接続し、インダクタンスを測定するステップと、
    インダクタンス値が設定範囲に入るように前記主巻コイルのギャップ長を調整するステップと、
    前記電流センサを線材を囲むように配置し、線材に測定電流を流して主巻コイルの検出電圧を測定するステップと、
    前記補助巻コイルを前記主巻コイルに正極性接続または負極性接続して、或いは、前記補助巻コイルに抵抗値を可変できる磁束調整抵抗を接続調整して、検出電圧が目標精度内に入るように調整するステップと、
    を有する電流センサの調整方法。
11. 鉄心と、前記鉄心に巻き回した１次巻線および２次巻線と、前記１次巻線に接続した１次電極と、前記２次巻線に接続した２次電極とを備える変圧器であって、
    前記１次電極の絶縁部および／または２次電極の絶縁部に取り付けた電流センサを備え、
    前記電流センサは、
    ギャップを有する略環状の磁性コアと、前記磁性コアの周囲に巻き回した電流を測定する主巻コイルと、補助巻コイルとを備え、前記ギャップの箇所で開閉できる構成のカレントトランスタイプの電流センサであって、
    前記補助巻コイルは、前記主巻コイルと同じ巻き方向となるように主巻コイルに接続する第１接続、前記主巻コイルと逆の巻き方向となるように主巻コイルに接続する第２接続、前記主巻コイルに接続せずに、抵抗値を可変できる磁束調整抵抗に接続する第３接続、の何れかの接続を選択して接続可能としたことを特徴とする変圧器。
12. 請求項１１に記載の少なくとも１つの変圧器と、
    前記電流センサからのセンサ信号を検出する検出部と、
    前記検出部からの検出信号を取り込み、信号分析を行う分析部と、
    を有することを特徴とする測定システム。
13. 請求項１２に記載の測定システムにおいて、
    時間情報または時刻情報を出力する時計部を設け、
    前記分析部で、前記検出信号と、前記時間情報または前記時刻情報を関連付けて分析することを特徴とする測定システム。
14. 請求項１１に記載の少なくとも１つの変圧器と、
    前記電流センサからのセンサ信号を検出する検出部と、
    時間情報または時刻情報を出力する時計部と、
    前記検出部の検出信号と前記時計部の時間情報または時刻情報とを関連付けて通信する通信部と、
    通信回線を介して送られた前記検出部の検出信号と前記時計部の時間情報または時刻情報とを受信する通信部と、
    前記検出信号と前記時間情報または前記時刻情報を関連付けて分析する分析部と、
    を有することを特徴とする測定システム。

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