JPH02150775A - 非接触形電流検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は送配電線の゛電流を非接触で検出する方法及び
その装置に関する。

〔従来技術とその課題点〕

従来、送配電線に流れる電流の検出には、パーマロイ等
からなる高透磁率の環状磁性体の回りに２次巻線を巻い
た電流変成器を用い、その中心部に前記送配電線を貫通
させ、前記２次巻線の電流を測定するのが一般的であっ
た。しかし、この方式は高価で重い磁性体を必要とする
だけでなく、送配電線に一時的な過電流が流れ急に電流
が遮断されたとき、磁性体のヒステリシス特性に基づく
残留磁気が残って、特性が変化し誤差を生じるという欠
点があった。このことは、ｒＰＴ−ＣＴ実務必携」の第
２３３頁下から第５行目ないし第２行目に記載されてい
る。すなわち、ｒ（１）ＣＴの残留磁気　　ＣＴの一次
回路に過電流が流れた状態で急に電流がしゃ断されたよ
うな場合には。

鉄心のヒステリシス現象に基づく残留磁気が残る。

そのまま使用すると定格電流付近では大きな誤差の変化
はないが、定格電流の１０％以下のような低電流で使用
する場合に誤差の変化が大きい、」とある。

また、送配電線を貝通させたパーマロイ等からなる高透
磁率の環状磁性体の一部をカットし、この部分にホール
素子あるいはホールＩＣを挿入し、その出力から磁界を
計測し、その値から前記送配電線電流を求める方式もあ
る。この方式は、［センサと周辺回路ｊの第１２６頁第
２１行目ないし第２３行目に記載されている。すなわち
、［導体のまわりに磁心を設け、との磁心にギャップを
作ってホール素子などをおくと、電流（交直両用）を非
接触で測定することができます。これは磁心で電流線を
はさむ構造でクリップオン電流計として実用化されてい
ます、」とある、しかし、この方式も、前記の電流変成
器と同様に、高価で重い磁性体を必要とするだけでなく
、過電流で特性が変化しやすいという欠点があった。

また、最近になって、光伝送媒体のファラデー効果によ
る光の偏波面の回転から電流の作る磁界を検出し、その
値から送配電線電流を求める方式も開発されたが、精度
が低く、高価格であるという欠点がある。この方式につ
いては、日本電気協会研究発表会論文集第１６８頁ない
し第１６９頁「光フアイバ応用電流・電圧センサの開発
」に紹介されており、特にその第１６８頁（２−４）［
光フアイバ電流センサ基礎実験」の項の第１行目ないし
第５行目に「測定原理としては、単一モード光ファイバ
の持つファラデー効果を利用する。

ファラデー効果とは磁界と同一方向に直線偏光を光フア
イバ中に通すと、偏光方向が磁界の大きさに比例して回
転する現象であり、」と記載されている。

〔発明の目的〕

本発明は、送配電線に流れる電流値を非接触で、高精度
に、しかも安価な装置で測定できる非接触形電流検出方
法及びその装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

上記課題点を解決するため、本発明は、磁界検出素子を
検出コイルの略中心に置いたものを、被測定電流が流れ
る電線の近傍に置き、前記の電線に流れる被測定電流が
前記の磁界検出素子の位置で作る第一の磁界に対し、前
記コイルに電流を流して前記第一の磁界を打ち消す第二
の磁界を発生させ、第一、第二両磁界の平衡点を前記磁
界検出素子で検出し、平衡点における検出コイルの電流
を測定することにより、前記電線の被測定電流値を検出
するようにしたものである。

また、その装置として、被測定電流が流れる電線の近傍
に設置した検出コイルと、前記検出コイルの略中心に設
けた磁界検出素子と、前記検出コイルに電流を流し、磁
界検出素子の検出信号により前記検出コイルの電流を制
御する制御回路とを備えたもので、その磁界検出素子と
してホール素子あるいはホールＩＣを使用するものであ
る。このホールＩＣはその出力電圧が磁界の強さに比例
的に変化する特性のものを用いる。

〔実施例〕

本発明を図面に示した実施例に基づき説明する。

第１図は、本発明の構成を示す説明図で１図において、
（１）は無限長直線導体からなる電線、（２）は電、１
１（１）の近傍に設置した検出コイル、（３）は該検出
コイル（２）の略中心点Ｐに設けた磁界検出素子、（４
）は前記検出コイルの検出電流を制御する制御回路、　
（５）、　（６）はコイルの両端子を制御回路に接続す
る導線、（７）は前記磁界検出素子（３）の検出信号を
制御回路に導入する導線である。

電、１３１（１）とＰ点との距離をｒとすると、電線（
１）の電流による磁界検出素子（３）の位置における磁
界の大きさＨｌは式（１）で表おされる。

Ｈ，＝Ｉ／２πｒ　　　　’　　　　　　”　（１）一
方、検出コイル（２）は半径ａ、長さし、巻数Ｎの円筒
形とし、該検出コイル（２）に電流ｉを流したとすると
、Ｐ点における磁界の強さの大きさＨ２は式（２）で表
わされる。

Ｈ，＝ｉＮ／（４ａ”＋Ｌ”）”　　　”・（２）Ｐ点
にある磁界検出素子（３）はこのＨ工とＨ２との合成磁
界に感応し、この合成磁界に比例的に変化する出力電圧
信号を生じるが、制御回路（４）は、該信号を受けて電
流ｉを調整し、この信号電圧が近似的に０となるように
、即ち前記Ｈ１とＨ２との合成磁界が近似的にＯとなる
ように制御する。

このことから、式（１）と式（２）を等しいとおくと、
式（３）が得られる。

Ｉ＝２ｇｒｉＮ／（４ａ”＋Ｌ”）１ハ−−−（３）式
（３）から、電線（１）の電流工はｒ、Ｎ、ａ、Ｌを知
ることによりコイル（２）の電流ｉから求められること
がわかる。コイル（２）の電流を測定するには、このコ
イルに直列に抵抗器を挿入し、電圧に変換してもよいし
、又は、コイル（２）に直列に電流計を挿入してもよい
。

式（３）には、磁性体の磁化曲線のような非線形的要素
を含まないので１本発明の方式は本質的に線形性に勝れ
ており、過電流により変化する要素もないので、過電流
による経時的変化もない。

前記検出コイル（２）は、単層ソレノイドでもよいし、
多層ソレノイドでもよい。また、必ずしも断面が円形で
ある必要はなく、長方形、あるいは、正方形、三角形等
であってもよい。さらに、前記の磁界検出素子はコイル
の中心に置かれなくても、コイルの中心付近に置かれれ
ばよい、また、第２図に示すように、コイル（２）を（
２ａ）と（２ｂ）とに分割してもよい。この場合、磁界
検出素子（３）の設置位１ｆｆｌＰは１両コイル（２ａ
）と（２ｂ）の中間の略中心点が望ましい。

磁界検出素子としては、例えばホール素子あるいはホー
ルＩＣを採用する。このホールＩＣは出力電圧が磁界の
強さに比例して変化する特性のものとしておく、ホール
ＩＣはホール素子とその出力を増幅する増幅器とを集積
化したもので、磁界の変化に対する出力電圧の変化がホ
ール素子と比べて大きい、そのためホール素子と比べて
前記制御回路（４）の利得が小さくてもよい、一方、ホ
ール素子を用いた場合は、制御回路（４）の利得を大き
くする必要がある。いずれの場合も、磁界に対する出力
電圧の直線性の良いものが得られる。このようにして本
発明では、直線性のよい測定により精度の高い電流検出
ができる。

本発明の適用例として、Ｉ”６００Ａ、ｒ＝６ｃｓ、Ｎ
＝４０００．ａ＝ｏ、５ａｕ、Ｌ＝１ａｏとしたとき、
ｉ＝ｏ、００５６３Ａという結果を得た。

また、コイル（２）の巻線として、直径０．０７ｎｏの
ポリウレタン被覆銅線を用いると、その巻線の抵抗器は
２０℃で約６６０Ωとなる。一方、コイル（２）のりア
クタンス分は５０Ｈｚで約３４Ωとなる。

そのため、前記のｉ＝ｏ、ｏ０５６３Ａの電流が流れた
ときのコイル（３）の両端での電圧降下は約３．７２Ｖ
となる。この電圧および電流の大きさは通常のＩＣ化さ
れた演算増幅器で駆動できる大きさであるので、制御回
路（４）の電力消費は少ないものとなる。この利点はコ
イル（２）を小形にしたことから生じている。

第３図は、制御回路（４）の構成例を示す、第３図にお
いて、（４ａ）はＩＣ化された演算増幅器であり、（４
ｂ）は直流カット用コンデンサ、（４ｃ）は演算増幅器
（４ａ）のバイアス用抵抗器、（４ｄ）及び（４ｅ）は
演算増幅器（４ａ）の利得を決定する帰還回路用抵抗器
、　（４ｆ）は帰還回路用位相補償コンデンサで、抵抗
器（４ｄ）、（４ｅ）及びコンデンサ（４ｆ）により演
算増幅器（４ａ）の帰還回路を構成している。抵抗器（
４ｄ）を小さくした方が前記帰還回路の帰還率が下がり
、演算増幅器（４ａ）の帰還利得が上がる。しかし、帰
還利得が上がり過ぎると発振を起こすので、発振を起こ
さない範囲で、抵抗器（４ｄ）の値を決める。

コンデンサ（４ｆ）は検出コイル（２）のりアクタンス
分による電流の位相遅れを補償するためのもので、発振
しない範囲でできるだけ小さくし、演算増幅器（４ａ）
の帰還利得が高くなるようにする。（４ｇ）は直流に対
する利得を下げ、（４ａ）のオフセットによる誤差をな
くすためのコンデンサである。　（４ｈ）は演算増幅器
（４ａ）に直流バイアスを与えるための抵抗器であり、
その抵抗値は抵抗器（４ｈ）での電圧降下が無視できる
範囲でできる限り大きい方力Ｓよい。

（４１）はコイル（２）に流れる電流を電圧に変換する
ための抵抗器で、その抵抗値は、検出コイル（２）の直
流抵抗器より十分小さい値とすることが望ましい。

上記の各素子の値は実験的に決めることもできるが、公
知のナイキストの安定判別法を用いて。

安定な条件を満たしながら、送配電線電流の周波数でこ
の回路のループ利得を最大にする条件を解析的に求めて
もよい。

磁界検出素子（３）よりの信号は、信号線（７）、直流
カットコンデンサ（４ｂ）を経て演算増幅器（４ａ）に
入力される６演算槽幅器（４ａ）の出力は帰還回路に与
えられる。演算増幅器（４ａ）と帰還回路（４ｄ）、（
４ｅ）及び（４ｆ）により帰還増幅器を構成している。

演算増幅器（４ａ）の出力は、また、検出コイル（２）
及び抵抗器（４１）に電流を流し、磁界検出素子（３）
の位置に磁界を作り、磁界検出素子（３）の信号を小さ
くする。演算増幅器（４ａ）の帰還利得が高い方が磁界
検出素子（３）の信号を小さくできるので、送配電線電
流の作る磁界と検出コイル（２）の作る磁界との平衡点
をよりよい精度で求めることができる。

検出コイル（２）に流れる電流ｉの値は、抵抗器（４１
）の出力端子（８）に計測器（９）を接続して測定でき
、このｉの値を知ることにより、前記（３）式より電線
（３）を流れる被測定電流Ｉが算出できる。

この場合、抵抗器（４１）により電圧に変換して電圧測
定しているが、その代わりにコイル（２）に直列に電流
計を挿入して電流８１ｇ定してもよい。

〔発明の効果〕

本発明は、磁界検出素子を検出コイルの略中心に置いた
ものを、被測定電流が流れる電線の近傍に置き、前記の
電線に流れる被測定電流が前記の磁界検出素子の位置で
作る第一の磁界に対し、前記コイルに電流を流して前記
第一の磁界を打ち消す第二の磁界を発生させ、第一、第
二両磁界の平衡点を前記磁界検出素子で検出し、平衡点
における検出コイルの電流を測定することにより、前記
電線の被測定電流値を検出するようにしたので、送配電
線に流れる電流値を非接触で、直線性がよく、高精度で
検出することができ、しかも安価な装置で測定できる非
接紐形電流検出方法及びその装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示す概略図、第２図は本発明の
構成要素である検出コイルの実施例を示す斜視図、第３
図は本発明の構成要素である制御回路のブロック図であ
る。 （１）；電線　　　　　　　（２）：検出コイル（３）
：磁界検出素子　　　（４）二制御回路（４ａ）　；演
算増幅器 （４ｂ）　、　（４ｆ）　、　（４ｇ）　：コンデンサ
（４ｃ）　、　（４ｄ）　、　（４ｅ）　、　（４ｈ）
　、　（４ｉ）　：抵抗器（５）　、　（６）　、　（
７）　：導線（８）：出力端子 （９）：計測器 第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、磁界検出素子を検出コイルの略中心に置いたものを
   、被測定電流が流れる電線の近傍に置き、前記の電線に
   流れる被測定電流が前記の磁界検出素子の位置で作る第
   一の磁界に対し、前記コイルに電流を流して前記第一の
   磁界を打ち消す第二の磁界を発生させ、第一、第二両磁
   界の平衡点を前記磁界検出素子で検出し、平衡点におけ
   る検出コイルの電流を測定することにより、前記電線の
   被測定電流値を検出することを特徴とする非接触形電流
   検出方法。 ２、被測定電流が流れる電線の近傍に設置した検出コイ
   ルと、前記検出コイルの略中心に設けた磁界検出素子と
   、前記検出コイルに流す電流を前記磁界検出素子の検出
   信号により制御する制御回路とを備えたことを特徴とす
   る非接触形電流検出装置。 ３、磁界検出素子が、ホール素子又は出力電圧が磁界の
   強さに比例的に変化するホールＩＣである請求項２記載
   の非接触形電流検出装置。