JPH0269670A - 電流検出システム - 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、配電設備等における電流値および過電流の観
測や監視等に適用する検出システムに関する。

近年、　　ＦＡ　（Ｆａｃｔｏｒｙ　Ａｕｔｏｍａｔｉ
ｏｎ）関係における自動化や、ビルの運用およびメンテ
ナンス関係を自動化した所謂インテリジェントビルの建
設が盛んになり、これらに伴って電気設備の保安問題。

殊に負荷状態を常時監視したいという要求が従来とは桁
違いに増加している。

このような趨勢に鑑み本発明の電流検出システムは、小
形軽量で比較的安価なセンサを多数の分散された負荷毎
に接続しておき、それらの負荷電流状態を集約して監視
することを必要とする分野に利用して好適なシステムで
ある。

［従来の技術］ 従来、交流負荷電流を間接的に測定する手段として、そ
の電流によって発生する磁界を珪素鋼板の如き鉄心を用
いた計器用変成器で捕捉して行う方法がとられているが
、その磁気回路や巻線の軽量化および小型化には困難な
問題がある。

またホール効果を利用した半導体素子と磁気回路により
電流を測定する方法があるが、温度特性や安定性などに
問題があり、信頼性に欠ける恨みがある。

また、これらのものは基本的にアナログ装置であるため
に、センサ部分においては被測定電源などからの誘導の
ために誤差や誤動作が発生し易く。

多点入力回路に係わるアナログアンプ群やマルチブレク
シング回路においては、干渉や温度・経年変化などの不
安定要因が付き纏っていた。

［発明の目的コ 本発明の目的は、非対称励磁効果を有する感磁パルス発
生器の特長を利用して、広範囲に分散して配線された多
数の電気負荷ごとの通電状態あるいは過電流値を簡便か
つ迅速にデジタル的に検出すると共に、検出データに高
信頼性を付与する検証機能を備えた新規な監視システム
を提供しようとするものである。

［発明の概要コ 本発明の電流検出システムは、被検出用の交流負荷電流
を通電する励磁コイルの空洞部に、単軸異方性を備えた
複合磁性層から成り非対称励磁効果を有する感磁要素と
、誘発パルスを出力する検出コイルと、制御磁界を発生
させる制御コイルおよびバイアス磁石を組み合わせて装
填した感磁パルス発生器、その誘発パルスの制御と確認
を司る信号処理部、および検出データや制御信号の授受
を行う監視制御部とから構成されたことを特徴とするも
のである。

そして前記信号処理部から送られる制御電流によって前
記制御コイルに反復的に漸増を繰り返す制御磁界を発生
させておき、これと前記励磁コイルからの発生磁界との
作用に基づいて誘発するパルスの発生時点から、前記交
流負荷電流値を検出できるように構成される。

また、交流負荷電流を通電する前記励磁コイルに、設定
値以上の過電流が流れた時の発生磁界によってのみ、当
該電流検出システムの感磁パルス発生器から誘発パルス
を出力させ、過電流検出とその監視制御を行う機能を備
えたものである。

さらに、前記制御コイルに間欠的に検証電流を流い　そ
の発生磁界に基づく誘発パルスを検証用として扱い処理
することにより、前記感磁パルス発生器を含む当該検出
システム全般の動作機能の検証を適宜行わせると共に、
過電流を検知した誘発パルスか雑音パルスかの判別をも
行わせるように構成されている。

そしてさらに、前記励磁コイルに装填された感磁要素、
検出コイル、制御コイルおよびバイアス磁石から成る感
磁パルス発生器を、複数の負荷ごとにそれぞれ個別に配
備い　これらによる誘発パルスとその制御信号の授受等
を少なくとも一箇所に集約した前記信号処理部および監
視制御部とから構成されたことを特徴とするものである
。

この場合、前記監視制御部と信号処理部あるいはその他
の外部機器との間で授受される前記検出データや制御信
号等の伝送経路を、光導体で構成することにより誘導雑
音の防止その他の安定化をはかったものである。

［発明の構成と動作］ 本発明の基本的構成と実施例を図面に基づいて説明する
。

第１図は本発明に係る電流検出システムの基本的構成を
例示した概要図である。

すなわち、幹線Ｕの複数の分岐回路に負荷Ｌ＋。

Ｌ２等がそれぞれ接続された配線設備に対し２本発明の
電流検出システムを適用した原理的構成を示したもので
ある。

この電流検出システムは感磁パルス発生器Ｐ＋。

Ｐ２．・・・・・・Ｐｏ、信号処理部Ｑ＋、Ｑ２＋・・
・・・・Ｑｎ。

および伝送制御装置Ｔと監視装置Ｗとから成る監視制御
部により構成されている。

ＰＩ、Ｐ２などの感磁パルス発生器は１分岐回路の負荷
電流を直接通電する励磁コイルを備えている。そして励
磁コイルの発生磁界の作用に基づき。

後述するように特有の原理によって誘発パルスを出力す
る。

Ｑｌ、Ｑ２などの信号処理部は２反復的な漸増を繰り返
す制御磁界を発生させるため、ランプ状または階段状の
制御電流を感磁パルス発生器の制御コイルに送る機能を
有する。

そしてこの制御磁界と負荷電流による発生磁界との合成
磁界の作用に基づきパルスを誘発する。

依って、この誘発時点における制御電流の値から負荷電
流の値を正確に判定できるように構成したものである。

監視制御部を構成する伝送制御装置Ｔは、並列に入力さ
れる信号処理部Ｑ１〜Ｑｎの各出力信号を時分割方式に
よってシリアル信号に変換し、コンピュータなどで構成
された監視装置Ｗに伝送する。

また監視装置Ｗから信号処理部Ｑ１〜Ｑｎに送信する制
御信号やデータは、シリアル信号に変換したのち前述と
は逆の経路によって伝送制御装置Ｔに伝送い　ここで並
列信号に変換したのち信号処理部のＱ１〜Ｑｎに伝送す
る。

また、この電流検出システムにおいて、負荷電流を直接
通電する励磁コイルに、あらかじめ規定した電流値以上
の過電流が流れた時にのみ、その発生磁界によって当該
感磁パルス発生器から誘発パルスを出力させるように構
成したものは、過電流専用の検出システムになる。

さらに、前記制御コイルに間欠的に検証電流を流民　そ
の発生磁界に基づく誘発パルスを検証用として扱い処理
することにより、これを監視することによって感磁パル
ス発生器を含む当該検出システム全般の動作が定常状態
で常時機能しているかどうかの検証を行うことができる
。と同時に。

過電流を検知した正規の誘発パルスか、雑音パルスかの
判別をも適確に行うことができる。

なお、過電流を検出した時点で伝送制御装置Ｔから信号
回路Ｙに遮断信号等を発信させることにより、幹線また
は分岐回路の遮断器Ｂｌｌ、ＢＴ、８２などを操作する
ことが可能である。

［実施例コ 第２図は本発明に係る感磁パルス発生器の構成を示す外
観図である。

すなわち、交流負荷電流を直接通電するスパイラル状の
導体から成る励磁コイルｌの内部に、検出コイル２を捲
いた感磁要素３と、その近くに装着したバイアス磁石４
とを包含するように捲回した制御コイル５が装填されて
いる。６は検出コイル２の出力端子、７は制御コイル５
の入力端子。

８は可動鉄片モして９は方形接続端子である。

こ＼で本発明の具体的な実施例の説明に先立ち。

特殊な性能を備えた感磁要素３の性状について説明する
。

本発明で用いる感磁要素は、特許第１２３８３５１号の
「感磁要素」を適用することができる。これは。

例えばパイカロイの如き磁性合金の細い強磁性線にひね
り等の外部応力を加えて車軸磁気異方性を備えるように
処理し複合磁性層を形成したものである。

あるいは金属酸化物やアモルファス磁性体などの磁気的
性質の異なる複数の磁性層を、クラッドや積層状にして
形成することもできる。

強磁性線を処理して成る複合磁性体の感磁要素は、線軸
方向に単軸磁気異方性を備え、その線心部付近に比較的
保磁力の大きい部分を有い　隣接する外周部に保磁力の
小さい部分を有するような複合磁性層を形成している。

このような感磁要素に検出コイルを捲回して。

次のような励磁作用を与えると極めて急峻なパルスを誘
発する。

すなわち、パルスの誘発原理は、感磁要素の全体をあら
かじめ正方向（例えば線軸に対し右方向）に磁化してお
く、この感磁要素に対し比較的弱い負方向（左方向）の
外部磁界を作用させることにより、感磁要素の保磁力の
小さい部分の磁化方向のみを負方向に転位させておくこ
とができる。

この状態の時に２次に正方向（右方向）の外部磁界を作
用させると、その時の転位方向はあらかじめ正方向に磁
化されていた保磁力の大きい部分と同方向への転位であ
るため、その転位速度は殊更に急速であるという特異な
性状をもつ。

この急速な磁束変化に伴って検出コイルには極めて急峻
な誘発パルスを出力するというものである。

本発明においては、交流負荷電流の励磁作用に基づき感
磁パルス発生器から誘発するパルスの発−生時点から、
その負荷電流を検出しようとするものである。

しかしながら２ｇ磁要素に拘らず一般に複合磁性体にお
いては、あらかじめどのように磁化されていたかという
前歴によって、その磁化現象が必ずしも一定ではない。

これは磁気ヒステリシス特性に基づく必然的現象ではあ
るが、常に前歴を一定にする何等かの補正手段が必要で
ある。

これに対し本発明に用いる感磁パルス発生器では２ｇ磁
要素の小さい保磁力（Ｈｓ）の部分を常に正方向に磁化
しておくための、永久磁石を適用したバイアス磁石４が
作用させである。

従って第３図に例示したように、感磁要素の励磁に寄与
する磁界は１点線１１で示すバイアス磁石４による正方
向バイアス磁界（＋Ｈａ）と、波形の点線で示す交流負
荷電流による正負の対称交流磁界（±ＨＴＩＣ）とが合
成されたものになる。

すなわち、実線の波形で示された非対称磁界となり、正
方向磁界の（Ｈａｃ＋）（ｓ）と負方向磁界の（−Ｈ＾
ｃ＋）（ａ）とが交互に非対称で発生する。

故に交流負荷電流による負方向磁界（−ＨＱＣ）がバイ
アス磁界（＋Ｈｅ）より大きい時は。

負方向の合成励磁磁界ニーＨＡＣ＋　　）（ｓ≧Ｈ５正
方向の合成励磁磁界：　　＋　）（ａｃ　＋　　Ｈｅと
なる。このような非対称励磁作用が行われれば。

！５！！磁要素の保磁力の小さい部分は負方向に励磁さ
れた後、その次の正方向へ転位した時点で同図の下に併
記したように、検出コイルに急峻な誘発パルスＶｓを１
サイクル毎に出力する。

この場合、正方向の合成励磁磁界は充分に大きいのが普
通であるから、保磁力の大きい部分に対する配向磁化作
用を行うことになり自助的に磁化状態の安定化に寄与す
る。

このように、感磁要素にバイアス磁石を作用させて動作
させる非対称励磁効果の効用は極めて顕著であり、しか
も通電中の交流負荷電流が零点をよぎる度毎に、常に複
合磁性層を一定の磁化状態に矯正するという格別な効果
がある。

そればかりか負荷電流の大小に拘らず、どの様な条件で
急速に遮断されたとしても、その時点の磁化状態の履歴
すなわち前歴とは全く無関係に。

常に同一条件で正確に次の動作を継続させることができ
る。

以下に第１図で述べた本発明の電流検出システムの構成
において、その主要な機能を司る信号処理部の実施例を
第４図の回路および第５図のタイムチャートによって説
明する。

いま、誘発パルスを出力する時の負荷電流値をモータや
トランスなどの端末機器の故障の際に流れる過電流の値
に設計しておけば、誘発パルスの検出によって過電流状
態を判別することができる。

しかしながら、実際には被測定電流源その他からパルス
性雑音が誘導し該動作を起こす可能性が考えられる。

本発明においては誘発パルスと雑音との周波数成分によ
る違い、および誘発パルスの周期性に着目して簡単で効
果の大きい回路方式を開発し９両者の弁別を行っている
。

Ｊ！Ｊ４図にみるように、感磁パルス発生器からの誘発
パルスＳｒ　は、バンドパスフィルタ１２によって信号
以外の周波数成分を持つ雑音を駆除したのち、増幅回路
】３によって適当な電圧に増幅されゲート１４に印加さ
れる。

これによりフリップフロップ１５が反転してＱ出力が“
０′′となり、信号Ｓ２の入力によってゲート１４が閉
じる。そしてさらにウィンド時間設定用カウンタ１６と
パルス数累積用カウンタ１７が共に動作を開始する（カ
ウンタのリセット／カウント端子は“１”リセット　１
１　Ｑ”カウントとする）。

カウンタ１６は最初に人力されたパルスのタイミングを
参照して非測定Ｎ流の周期に同期したゲート信号Ｓ３を
発生し、誘発パルスＳ１がこのゲート信号Ｓ３の“１′
′の期間には入っていれば有効と判定する。

カウンタ１７はこのパルス数を累積し、予めデータＤ１
をラッチ１８に設定しであるデータと比較する。両者が
一致した時点でコンパレータ１９から出力される一致信
号Ｓ４によってフリップフロップ２０をセットする。依
って信号Ｓ５を出力するので、これによって割込みなど
の処理をすることができる。

このデータＤＩは過電流検出時や検証時の誘発パルスの
累積数が　、どの程度のサイクル数だけ続いた場合に信
号を出力するかを設定するものである。

またカウンタ２１はコンパレータ２２および設定回路２
３と相撲って時間Ｔのタイミングを発生し、カウンタ１
７に累積される最大パルス数を規定する。

この時間Ｔの値はカウント数設定値の最大時間を考慮し
たものである。すなわち前記ゲート信号Ｓ３が“１”の
期間と時間Ｔの２つの期間に誘発パルスが入力しなけれ
ば、最初に入力されたパルスは周期性のない雑音である
と判定する。そして時間Ｔに係わるカウント終了信号Ｓ
６によってフリップフロップ１５をクリアし、総てのカ
ウンタを停止すると共にゲート１４を開き初期状態に戻
る。これらの様子は第５図のタイムチャートに示す通り
である。

以上が測定サイクルであるが、検証時には検証指令信号
Ｓ７（状態信号）をゲート２４に印加し。

通過したパルスＣＬＫを電力増幅器２５で電力増幅した
のち、感磁パルス発生器の検証コイルに印加する。これ
によって検証パルスを発生させ、前記過電流検出と同様
の経路によって、システム全般の検出動作を確認するこ
とができる。

このように感磁パルス発生器からの誘発パルスについて
、その周波数特性を利用したＢＰＦや。

その周期性を利用した雑音との分離を行うことにより、
簡単な回路によって大きな弁別比を得ることができ、実
際上雑音による誤動作を皆無にすることが可能である。

本発明の電流検出システムにおいて、制御コイル５に検
証電流を印加し、検出コイル２に発生したパルスを認知
する動作は２ｇ磁パルス発生器および処理系をも含めた
信号ループを形成している。

従って感磁パルス発生器のみならずシステム全体の動作
の検証が自然に行われるというメリットをも備えている
。

また殊更にシステムの動作の検証が必要な場合には、制
御コイル５に比較的大きな間欠的なパルス状検証電流を
印加することにより、検出コイル２に検証パルスを発生
させて行うことができる。

しかし検出コイルには交流負荷電流による８発パルスが
重畳されて出力される場合もあるが、検証パルスと誘発
パルスとのタイミングから、それらを容易に判別できる
ことはいうまでもない。

［発明の効果］ 本発明のＭ、流検出システムは、構成が比較的簡単で小
型化も可能であり、変流器等の計器用変成器を使用せず
に任意の電流値をデジタル的な手法で正確に検知できる
という効用がある。

故に送配電系統をはじめ一般電気回路における電流検知
手段などとして適用できるシステムである。しかも規定
した電流値に達した時点で負荷電流の各サイクル毎にパ
ルスを発生し続けるという特徴があるから、電力機器な
どの負荷電流や過電流監視に都合がよい。また本システ
ムの動作の検証が容易にてきるので、工場のＦＡ間係の
設備やインテリジェントビルの電力機器の保全システム
などのように多数の電力機器の監視を行なう必要がある
ような用途には殊に好適である。

また本発明で用いる感磁パルス発生器は小形軽量で、安
価に提供することができる。そして各種の電気設備の回
路中に容易に接続することができ。

しかも広範囲に分散した現行の配線末端部の多数の負荷
に対しても、簡単に接続できるので事故現場の早期発見
用センサとしての効用が期待できる。

このような場合、多数の感磁パルス発生器からのパルス
信号を、光信号に変換し、光フアイバケーブルの配線網
を構成して集中監視制御を行う方式が経済的な面からも
可能になるなど、多様な利用をはかることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示す概要図、第２図は感磁要素
を使用した感磁パルス発生器の構造断面図、第３図は非
対称励磁効果を説明する作用磁界および誘発パルスのタ
イムチャートを例示したもの、第４図は信号処理部の回
路図そして第５図は動作説明用のタイムチャートである
。 符号Ｕは幹線、　　　　Ｐ　Ｉ、Ｐ２は感磁パルス発生
器。 Ｌｌ、Ｌ２は負荷、　　　Ｑｌ、Ｑ２　、Ｑｎは信号処
理部。 Ｔは伝送制御装置、　　　　Ｗは監視装置。 Ｂｌ！、Ｂｌ、Ｂ２　は遮断器、　　１は励磁コイル。 ２は検出コイル、　　　　　３は感磁要素。 ４はバイアス磁石、　　　　５は制御コイル。 ６は出力端子、　　　　　　７は入力端子。 ８は可動鉄片、　　　　　　９は方形接続端子。 １１はバイアス磁界、１２はバンドパスフィルタ。 １３は増幅回路、　　　　１４．２４はゲート。 １５．２０はフリップフロップ。 １６．１７．２１はカウンタ、１８はラッチ。 ４９．２２はコンパレータ、　　２３は設定回路。 ５は電力増幅器。 第　　１ 図 ｗ、２ 図 第 図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）被検出用の交流負荷電流を通電する励磁コイルの
   空洞部に、単軸異方性を備えた複合磁性層から成り非対
   称励磁効果を有する感磁要素と、誘発パルスを出力する
   検出コイルと、制御磁界を発生させる制御コイルおよび
   バイアス磁石を組み合わせて装填した感磁パルス発生器
   、誘発パルスの制御と確認を司る信号処理部、および検
   出データや制御信号の授受を行う監視制御部とから構成
   されたことを特徴とする電流検出システム
2. （２）前記信号処理部から送られる制御電流によつて前
   記制御コイルに反復的に漸増を繰り返す制御磁界を発生
   させておき、これと前記励磁コイルの発生磁界との作用
   に基づいて誘発するパルスの発生時点から、前記交流負
   荷電流を検出できるように構成したことを特徴とする請
   求項（１）記載の電流検出システム
3. （３）交流負荷電流を通電する前記励磁コイルに、設定
   値以上の過電流が流れた時の発生磁界によってのみ、前
   記感磁パルス発生器から誘発パルスを出力させることに
   より、過電流検出とその監視制御を行わせるように構成
   したことを特徴とする請求項（１）記載の電流検出シス
   テム
4. （４）前記制御コイルに間欠的に検証電流を流し、その
   発生磁界に基づく誘発パルスを検証用として扱い処理す
   ることにより、前記感磁パルス発生器を含む当該検出シ
   ステム全般の動作機能の検証を適宜行わせると共に、過
   電流を検知した誘発パルスか雑音パルスかの判別を行う
   ように構成したことを特徴とする請求項（３）記載の電
   流検出システム
5. （５）前記励磁コイルの空洞部に装填された感磁要素、
   検出コイルおよびバイアス磁石等から成る前記感磁パル
   ス発生器を、複数の負荷ごとに個別に接続しておき、そ
   れぞれからの誘発パルスおよび制御電流等の授受を、少
   なくとも一箇所に集約された前記信号処理部および監視
   制御部で行うように構成したことを特徴とする請求項（
   ４）記載の電流検出システム
6. （６）前記監視制御部と信号処理部あるいはその他の外
   部機器との間で授受される前記検出データや制御信号等
   の伝送経路を、光導体で構成することを特徴とする請求
   項（５）記載の電流検出システム