JP7319624B2 - クランプ式電流計測器 - Google Patents

Description

本発明は、クランプ式電流計測器に関し、特に、高圧電線を流れる電流の方向および電流の大きさを測定するためのクランプ式電流計測器に関する。

メガソーラーなどの大規模太陽光発電などは高圧電力系統に接続される場合が多く、その影響を正確に把握するには、接続個所における電力品質の測定を実施する必要がある。そして、現状では、高圧電力系統において、所望とする測定データを得るために必要な電流測定を行うために、簡便に使用できる計測器が求められている。

電線に流れる電流を測定するために、例えば、特許文献１に開示されているようなクランプ式電流計測器が知られている。このクランプ式電流計測器は、開閉自在に構成された環状コア内に電線を通し、この電線に流れる電流によって、環状コアに卷回したコイルに生じる電流を測定している。このため、回路を切断することなく通電したまま電流を測定できるという利点がある。

特開２００９－６９０８９号公報

従来、高圧用のクランプ式電流計測器では、１つのＣＴ（変流器）を用いて測定を行っていた。そして、高圧電流測定データを地上（外部）の記録器に有線で伝送する場合、ＣＴの１次側の高圧電線と２次側の検出コイルとの間の耐電圧を高める必要がある。しかし、耐電圧を高めるためには検出コイルの絶縁被覆を厚くする必要があるが、検出コイルの絶縁被覆を厚くすると、分割した環状コアに検出コイルを均一に巻くことが難しいという問題がある。また、絶縁被覆するためには、検出コイル全体を絶縁樹脂でモールドすることが考えられるが、可動部を有する環状のコア全体に樹脂モールドを行うことが技術的に難しく、電流計測器の重量も大きくなってしまう。このため、従来の高圧用のクランプ式電流計測器では、分割した環状コアの一部にのみ検出コイルを設けていた。

しかしながら、分割した環状コアの一部にのみ検出コイルを設けた場合でも、絶縁被覆をある程度厚くする必要があるため重くなるばかりか、被測定電線の径や環状コア内での被測定電線の測定位置が変化すると、測定値が変化してしまうという問題があった。

本発明は、これらの実情に鑑みてなされたものであり、小型軽量であって、被測定電線の径や計測位置の変化に影響されず、高圧電線の電流測定に適したクランプ式電流計測器を提供することをその目的とする。具体的には、検出用ＣＴと近接して絶縁用ＣＴを設けるとともに、この検出用ＣＴと絶縁用ＣＴとを接続して、絶縁用ＣＴから計測電流を出力させるように工夫することで、被測定電線の径や計測位置の変化に影響されずに、しかも絶縁樹脂の量を少なくして、小型軽量化を図ることができるものである。

上記課題を解決するために、本発明の第１の技術手段は、開閉自在で環状をなす検出用コア内に被測定電線を通した状態で、該被測定電線に流れる電流の測定を行うクランプ式電流計測器であって、前記検出用コアに卷回した検出コイルを有する検出用ＣＴと、絶縁用ＣＴを備え、前記絶縁用ＣＴが、閉ループをなす絶縁用コアと、該絶縁用コアに卷回されるとともに前記検出コイルに接続された１次コイルと、前記絶縁用コアに卷回された出力用の２次コイルとを有し、所定の最大検出電流に対して、前記検出用ＣＴは、前記検出用コアの透磁率が磁束密度に対して単調減少の値をとる範囲で動作し、前記絶縁用ＣＴは、前記絶縁用コアの透磁率が磁束密度に対して単調増加の値をとる範囲で動作することを特徴とするものである。

第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記検出用ＣＴの前記検出コイルは、前記検出用コアに均一に卷回されていることを特徴とするものである。

第３の技術手段は、第１または第２の技術手段において、前記絶縁用ＣＴは、前記１次コイルと前記２次コイルとがそれぞれ離れて集中巻きされていることを特徴とするものである。

第４の技術手段は、第１から第３のいずれか１の技術手段において、前記絶縁用コアと、該絶縁用コアに卷回した前記１次コイルと前記２次コイルは、絶縁樹脂でモールドされていることを特徴とするものである。

第５の技術手段は、第１から第４のいずれか１の技術手段において、前記絶縁用ＣＴを挟んで前記検出用ＣＴとは反対側に、前記２次コイルからのリード線を挿通可能で把持可能な絶縁性のグリップ部が配設され、該グリップ部の前記絶縁用ＣＴの側に、鍔部材が設けられていることを特徴とするものである。

本発明によれば、小型軽量であって、電線の径や計測位置の変化に影響されず、高圧電線の電流測定に適したクランプ式電流計測器を提供することができる。これにより、検出用ＣＴとしては従来の低圧用の検出用ＣＴを用いることができ、高電圧用の絶縁を絶縁用ＣＴで行うことができる。また、被測定電線を流れる電流に対する計測値出力となる２次コイルの電流との関係のリニアリティー（線形性）を増すことができ、電流測定データの精度向上および電流値の測定範囲の拡大が期待できる。

また、第２の技術手段によれば、クランプ式電流計測器の出力が被測定電線の径や計測位置の変化に影響されることがない。また、第３の技術手段によれば絶縁耐圧を高めるために１次コイルと２次コイルとの隔離距離を保った状態で、絶縁用ＣＴを小型化できる。また、第４の技術手段によれば、絶縁用ＣＴの絶縁耐圧を高めることができる。さらに、第５の技術手段によれば、グリップ部への沿面放電の影響を小さくすることができる。

本発明に係るクランプ式電流計測器の外観図である。 本発明に係るクランプ式電流計測器の要部の概略を示す模式図である。 検出用コアの磁束密度－透磁率特性の一例を示す図である。 絶縁用コアの磁束密度－透磁率特性の一例を示す図である。 本発明に係るクランプ式電流計測器の検出特性の一例を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明のクランプ式電流計測器に係る好適な実施形態について説明する。以下の説明において、異なる図面においても同じ符号を付した構成は同様のものであるとして、その説明を省略する場合がある。なお、本発明はこれらの実施形態での例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された事項の範囲内および均等の範囲内におけるすべての変更を含む。また、複数の実施形態について組み合わせが可能である限り、本発明は任意の実施形態を組み合わせたものを含む。

図１は、本発明に係るクランプ式電流計測器の外観図であり、図２は、本発明に係るクランプ式電流計測器の要部の概略を示す模式図である。クランプ式電流計測器１は、検出用ＣＴ格納部１０と絶縁用ＣＴ格納部２０とを有するＣＴ本体部のケース３と、鍔部材４１を有するグリップ部４０を備えている。クランプ式電流計測器１からの出力は、リード線４２を介して地上に設置された図示しない外部の記録器に伝えられる。検出用ＣＴ格納部１０には、後述する検出用ＣＴが、また、絶縁用ＣＴ格納部２０には、後述する絶縁用ＣＴが格納されている。

検出用ＣＴ格納部１０の形状は、ほぼＵ字形の開口部１４を有しており、被測定電線２を開口部にクランプすることができる。開口部１４の入り口付近には、１対の爪状の突起を有するクランプ部材１５Ａ，１５Ｂが回動可能に設けられている。１対のクランプ部材１５Ａ，１５Ｂは、通常は図示しない弾性部材によって閉じた状態にある。

検出用ＣＴは、円環状のコアを半分に分割した第１検出用コア１１Ａ、第２検出用コア１１Ｂと、第１検出用コア１１Ａ、第２検出用コア１１Ｂにそれぞれ卷回した第１検出コイル１２Ａ、第２検出コイル１２Ｂを備えている。第１検出用コア１１Ａと第２検出用コア１１Ｂは、それぞれ回転軸１３Ａ，１３Ｂを中心に回動可能である。検出用ＣＴの第１検出用コア１１Ａと第２検出用コア１１Ｂは、それぞれ１対のクランプ部材１５Ａ，１５Ｂに装着されている。図２に示す状態は、第１検出用コア１１Ａと第２検出用コア１１Ｂとが閉じた状態を示しており、両者が本発明の検出用コア１１を構成している。クランプ部材１５Ａ，１５Ｂの回動にともなって、第１検出用コア１１Ａと第２検出用コア１１Ｂが回動すると、検出用ＣＴ格納部１０の開口部１４側が開いた状態となる。

第１検出用コア１１Ａ、第２検出用コア１１Ｂには、例えば高透磁率材料のパーマロイやアモルファスの積層体が用いられる。第１検出用コア１１Ａ、第２検出用コア１１Ｂのそれぞれの両端部は、回動によって、互いに積層体が噛み合うように構成されている。第１検出コイル１２Ａは、始端と終端が回転軸１３Ａ側になるように第１検出用コア１１Ａの周囲に卷回され、同様に、第２検出コイル１２Ｂは、始端と終端が回転軸１３Ｂ側になるように第２検出用コア１１Ｂの周囲に卷回される。第１検出コイル１２Ａと第２検出コイル１２Ｂとは直列接続されて、本発明の検出コイル１２を構成する。検出コイル１２の巻数は約２０００ターンである。

また、第１検出用コア１１Ａと第２検出用コア１１Ｂとが閉じた状態で円環状をなす際に、第１検出コイル１２Ａと第２検出コイル１２Ｂからなる検出コイル１２は均一に卷回されている。これにより、第１検出用コア１１Ａ、第２検出用コア１１Ｂによって形成された環状の検出用コア１１内における被測定電線２の測定位置が変化した場合でも、検出コイル１２に誘起される電流は影響を受けることがない。

クランプ式電流計測器１を被測定電線２に装着する際は、クランプ式電流計測器１のグリップ部４０を把持し、開口部１４のクランプ部材１５Ａ，１５Ｂに被測定電線２を引っ掛ける。そして、クランプ式電流計測器１を下方（グリップ部４０側）に引くと、１対のクランプ部材１５Ａ，１５Ｂが弾性部材に抗して開く。そして、１対のクランプ部材１５Ａ，１５Ｂの動きとともに、第１検出用コア１１Ａと第２検出用コア１１Ｂも、それぞれ回転軸１３Ａ，１３Ｂを中心に回動して開き、被測定電線２が開口部１４の奥まで移動する。被測定電線２が開口部１４の奥まで移動した後は、一対のクランプ部材１５Ａ，１５Ｂとともに第１検出用コア１１Ａと第２検出用コア１１Ｂが弾性部材によって再度閉じるため、被測定電線２を検出用コア内に通すことができる。

絶縁用ＣＴ格納部２０には、絶縁用ＣＴが格納されている。絶縁用ＣＴは、閉ループをなす絶縁用コア２１と、絶縁用コア２１に卷回した１次コイル２２および２次コイル２３から構成される。絶縁用コア２１はほぼ楕円形状であり、例えばパーマロイやアモルファスの積層体が用いられる。絶縁用コア２１の形状は、閉ループであれば他の形状であっても構わない。１次コイル２２と２次コイル２３は、例えば、エナメル線が用いられ、それぞれ絶縁用コア２１の離れた箇所で１５０ターン程度集中巻きされている。１次コイル２２と２次コイル２３との絶縁性を高めるために、絶縁用コア２１に設けた図示しないボビンの所定箇所に２次コイル２３を卷回し、２次コイル２３を含む全体をエポキシ樹脂によるモールド層で覆っている。１次コイル２２は２次コイル２３とは離れた箇所のモールド層の外側に卷回し、さらに、１次コイル２２を覆うようにエポキシ樹脂によるモールド層を設けている。１次コイル２２と２次コイル２３をエポキシ樹脂でモールドを行う際には、脱泡処理を行うことによって、モールド層内に気泡が発生するのを防止している。また、１次コイル２２と２次コイル２３の口出線は、絶縁電線を用いている。

絶縁用ＣＴの１次コイル２２は、検出用ＣＴの検出コイル１２と接続されている。また、絶縁用ＣＴの２次コイル２３は、クランプ式電流計測器１における計測電流の出力用のコイルとして機能し、２次コイル２３からの出力は絶縁電線からなるリード線４２を介して外部、例えば地上に設置された記録器に出力される。本実施形態では、絶縁用コア２１として高透磁率材料を使用しているため、漏れ磁束が小さく、１次コイル２２と２次コイル２３とを離して卷回したとしても良好な磁気結合が得られる。このため、耐圧を確保するためのエポキシ樹脂の量を少なくでき、小型軽量化を図ることができる。

グリップ部４０は、絶縁材料からなり、ＣＴ本体部のケース３に取り付けられている。グリップ部４０は、クランプ式電流計測器１を被測定電線２に装着する際に、把持可能な把持部となる。グリップ部４０の内部は、絶縁用ＣＴの２次コイル２３からのリード線４２が挿通可能となっている。また、グリップ部４０のケース３側に絶縁材料からなる鍔部材４１が設けられている。これにより、被測定電線２とグリップ部４０間の沿面距離を延ばし、雷サージ等による沿面放電を防止している。

次に、検出用ＣＴの検出用コア１１と絶縁用ＣＴの絶縁用コア２１との関係について説明する。図３は、検出用コア１１の磁束密度－透磁率特性の一例を示す図であり、図４は、絶縁用コア２１の磁束密度－透磁率特性の一例を示す図である。図３、図４に示す特性は、横軸が磁束密度の大きさを示し、縦軸が透磁率を示している。磁性材をコアとして使用したＣＴにおいて、１次電流に対するリニアリティーはＢ-Ｈ曲線（磁気ヒステリシス曲線）を見ただけでは分からないが、１次電流の変化に対する２次出力の変化は、１次電流の代わりに磁束密度Ｂに対する透磁率の変化で表すことができる。なお、図３では磁束密度の大きさは対数目盛を用いて示している。また、透磁率については、図３、図４ともピーク値を１として示している。

図３、図４に示す磁束密度－透磁率特性は、両者とも磁束密度が大きくなるにしたがって、透磁率は単調増加し、最大値を超えると単調減少する傾向を示している。この特性は通常の高透磁率材料では一般的な特性である。そして、被測定電線２に流れる１次電流の最大定格値では、検出用コア１１の磁束密度は、図３の点線Ａで示す領域での磁束密度となる。この領域は、検出用コア１１の最大透磁率の値を越えて透磁率が単調減少する領域である。このため、検出コイル１２の出力は、被測定電線２の電流値に対してのリニアリティーが低下する。

本実施形態のクランプ式電流計測器１では、被測定電線２に流れる１次電流が最大定格値付近であっても、絶縁用コア２１の透磁率が単調増加する領域、例えば、図４の点線Ｂに示す領域で絶縁用ＣＴが動作するように、検出コイル１２と１次コイル２２との関係を定めている。これにより、最大定格電流付近の電流であっても、検出用コア１１の透磁率の低下による影響を絶縁用コア２１の透磁率の増加で補うことにより、クランプ式電流計測器１全体で、被測定電線２の電流値の変化に対する出力用の２次コイル２３の出力のリニアリティーを増している。

図５は、本発明に係るクランプ式電流計測器の検出特性の一例を示す図である。横軸は１次電流となる被測定電線に流れる電流を示し、縦軸は絶縁用ＣＴの２次コイルに生じる電圧を示している。図５では、１次電流の最大定格値を１、その際の電圧値を１として示している。

図５に示す特性は、検出用コア１１と絶縁用コア２１の材料に０．５ｍｍのパーマロイの積層体を用い、検出用ＣＴの検出コイル１２を２０００ターン、絶縁用ＣＴの１次コイル２２と２次コイル２３をそれぞれ１５０ターン、２次コイル２３の負荷を１Ωとし、検出用コア１１と絶縁用コア２１の磁束密度－透磁率特性の関係を上記のように設定した場合の特性である。図５に示すように、１次電流と出力電圧との関係は、良好なリニアリティー（直線性）を示している。

以上のように、本実施形態では、検出用ＣＴと絶縁用ＣＴの２つの変流器を設けることにより、小型軽量で被測定電線の測定位置に影響を受けない高圧の電流測定に適したクランプ式電流計測器１を得ることができる。なお、上記の実施形態では、検出用コア１１として、第１検出用コア１１Ａと第２検出用コア１１Ｂとして、円環状のコアを半分に分割したものについて説明したが、分割の仕方はこれ以外でもよい。例えば、第１検出用コア１１Ａを１／３、第２検出用コア１１Ｂを２／３としてもよい。この場合でも、第１検出用コア１１Ａと第２検出用コア１１Ｂを閉じた際に、検出コイル１２が検出用コア１１に均一に卷回されるようにする。また、検出用ＣＴとして、高透磁率材料からなる検出用コアを用いた例について説明したが、ロゴスキー型コイルを有する検出用ＣＴを用いることもできる。

１・・・クランプ式電流計測器、２・・・被測定電線、３・・・ケース、１０・・・検出用ＣＴ格納部、１１・・・検出用コア、１１Ａ・・・第１検出用コア、１１Ｂ・・・第２検出用コア、１２・・・検出コイル、１２Ａ・・・第１検出コイル、１２Ｂ・・・第２検出コイル、１３Ａ，１３Ｂ・・・回転軸、１４・・・開口部、１５Ａ，１５Ｂ・・・クランプ部材、２０・・・絶縁用ＣＴ格納部、２１・・・絶縁用コア、２２・・・１次コイル、２３・・・２次コイル、４０・・・グリップ部、４１・・・鍔部材、４２・・・リード線。

Claims (5)

1. 開閉自在で環状をなす検出用コア内に被測定電線を通した状態で、該被測定電線に流れる電流の測定を行うクランプ式電流計測器であって、
   前記検出用コアに卷回した検出コイルを有する検出用ＣＴと、絶縁用ＣＴを備え、
   前記絶縁用ＣＴが、閉ループをなす絶縁用コアと、該絶縁用コアに卷回されるとともに前記検出コイルに接続された１次コイルと、前記絶縁用コアに卷回された出力用の２次コイルとを有し、
   所定の最大検出電流に対して、前記検出用ＣＴは、前記検出用コアの透磁率が磁束密度に対して単調減少の値をとる範囲で動作し、前記絶縁用ＣＴは、前記絶縁用コアの透磁率が磁束密度に対して単調増加の値をとる範囲で動作することを特徴とする、クランプ式電流計測器。
2. 前記検出用ＣＴの前記検出コイルは、前記検出用コアに均一に卷回されていることを特徴とする、請求項１に記載のクランプ式電流計測器。
3. 前記絶縁用ＣＴは、前記１次コイルと前記２次コイルとがそれぞれ離れて集中巻きされていることを特徴とする、請求項１または２に記載のクランプ式電流計測器。
4. 前記絶縁用コアと、該絶縁用コアに卷回した前記１次コイルと前記２次コイルは、絶縁樹脂でモールドされていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載のクランプ式電流計測器。
5. 前記絶縁用ＣＴを挟んで前記検出用ＣＴとは反対側に、前記２次コイルからのリード線を挿通可能で把持可能な絶縁性のグリップ部が配設され、該グリップ部の前記絶縁用ＣＴの側に、鍔部材が設けられていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載のクランプ式電流計測器。