JPH0519970U - 送電線電流測定用広帯域変流器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ２次巻線に並列に抵抗を接続することなく広
帯域の電流検出が可能で、しきい値電流を低減できる送
電線電流測定用広帯域変流器を提供する。 【構成】 貫通形変流器本体１のコア１ａに１次巻線と
しての送電線２を貫通させると共に、このコア１ａに１
００回程度の比較的少ない巻数で均等に巻回された２次
巻線３を施し、この２次巻線３の両端を変成器本体４の
１次巻線としての導体３ａに接続し、この導体３ａより
巻数の多い２次巻線５の両端に発光ダイオ−ド７ａ，７
ｂを接続する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、送電線に生じるサ−ジ性の電流等の高周波電流を測定するために使 用する広帯域変流器の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

電力系統に雷撃等によって生じるサ−ジ性の高周波電流を測定するための変流 器として、従来では、例えば特開昭６０−８９７６１号公報に示されるような広 帯域変流器が使用されていた。

【０００３】 これは、図３に示すように、変流器本体１０のコアとして高周波特性の良好な 低鉄損の環状フェライトコア１１を使用し、このコア１１に所定の１相の送電線 １２を貫通させて１次巻線とすると共に、コア１１に変流比に応じた巻数の２次 巻線１３（数千回程度の巻数）を巻装し、さらにこの２次巻線１３に一定巻数毎 にタップ１４を設け、それぞれのタップ間に比較的低抵抗値の抵抗１５を２次巻 線１３に並列に分布接続することのよって周波数帯域の拡大を図るようにしてい る。

【０００４】 そして、このようにして構成した変流器本体１０の２次巻線１３の両端に、電 流制限抵抗器１６を介して発光ダイオ−ドのような発光素子１７ａ，１７ｂを接 続し、この発光素子１７ａ，１７ｂの出力を光ファイバ−１８ａ，１８ｂを用い て受信機１９に伝送して電流測定を行うようにしている。

【０００５】 ここで、短絡事故時等に発光素子１７ａ，１７ｂに過大電流が流れないよう、 ２次巻線１３に並列に可飽和リアクトル２０が設けられており、短絡電流等に対 しリアクトル２０を低インピ−ダンスにすることによりバイパスさせ、発光素子 １７ａ，１７ｂを保護するようにしている。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

前述した従来の広帯域変流器にあっては、変流器本体１０の２次巻線１３に多 数のタップ１４を設け、これらのタップの間に一定値の抵抗１５を、２次巻線１ ３と並列に順次接続するものであるため、組立作業に熟練を要し、かつ、長時間 を要し、しかも、多数の部品を使用するため、変流器全体が大型化し、重量の増 加をきたすばかりでなく、加えて故障要因をも増大させて信頼性低下を招くとい う問題があった。

【０００７】 ところで、前述した広帯域変流器を送電線における事故点標定のためのサ−ジ センサとして使用する場合、センシングのダイナミックレンジはつぎのようにし て求められる。

【０００８】 すなわち、発光素子１７ａ，１７ｂの素子通電電流範囲を２〜２００ｍＡｐと した場合、送電線１２を通る１次電流２０００Ａｐに対応する素子通電電流が２ ００ｍＡｐとなるように回路定数を決定すれば（図４）、広帯域変流器のしきい 値電流は２ｍＡｐに対応する１次電流となり、発光素子１７ａ，１７ｂのしきい 値電圧を1.3 Ｖとすればしきい値電流は１次側換算で３２Ａｐとなる。

【０００９】 一方、送電線路における事故点の標定に際し、例えば特開平１−１８０４６８ 号公報には、３相送電線路上の同位置において各相にそれぞれ電流センサを設置 し、この各センサ出力を加算して落雷等によって送電線路を伝搬する対地波のみ を検出し、落雷等によって送電線路を伝搬する線間波の到達時刻とこれより遅れ て到達する対地波の到達時刻との時間差より事故点を評定する技術が示されてい る。

【００１０】 例えば、Ａ相，Ｂ相，Ｃ相の３相の送電線路においてＡ相に落雷があった時、 各相のサ−ジ電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃは対地波電流をＩｅ，線間波電流をＩｌとす ると、つぎの数１の各式で表される。

【００１１】

【数１】 Ｉａ＝Ｉｅ＋Ｉｌ Ｉｂ＝Ｉｅ−Ｉｌ／２ Ｉｃ＝Ｉｅ−Ｉｌ／２

【００１２】 そして、この各サ−ジ電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃをそれぞれ検出したセンサの出力 を加算することにより、つぎの数２の式のように対地波のみの出力信号が得られ る。

【００１３】

【数２】 Ｉｏ＝Ｉａ＋Ｉｂ＋Ｉｃ＝３・Ｉｅ

【００１４】 ところが、この場合、理論的には対地波のみの出力信号となるが、実際には、 各センサつまり前述した広帯域変流器にはしきい値が存在し、検出電流に対しこ のしきい値を考慮する必要がある。

【００１５】 すなわち、いま各センサのしきい値電流をＩｔｈとすると、センサにより検出 される各相のサ−ジ電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃはつぎの数３の各式のようになり、こ れらサ−ジ電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃの加算値Ｉｏは数４の式のようになる。この場 合、落雷点はセンサ設置点より十分遠距離と仮定する。すなわち対地波と線間波 は重ならないと仮定する。

【００１６】

【数３】 Ｉａ＝（Ｉｅ−Ｉｔｈ）＋（Ｉｌ−Ｉｔｈ） Ｉｂ＝（Ｉｅ−Ｉｔｈ）−（Ｉｌ／２−Ｉｔｈ） Ｉｃ＝（Ｉｅ−Ｉｔｈ）−（Ｉｌ／２−Ｉｔｈ）

【００１７】

【数４】 Ｉｏ＝３（Ｉｅ−Ｉｔｈ）＋Ｉｔｈ

【００１８】 したがって、数４の式よりわかるように、この種広帯域変流器を用いて事故点 を標定する場合には、図５に示すように、線間波としてしきい値電流Ｉｔｈが残 留することとなり、この加算値Ｉｏより対地波を検出するためには、３（Ｉｅ− Ｉｔｈ）＞Ｉｔｈである必要があり、Ｉｅ＞（４／３）・Ｉｔｈとなる。

【００１９】 この結果、前述した図４の場合では、Ｉｔｈ＝３２Ａｐであるため、Ｉｅ＞42 .6Ａｐの対地波電流しか検出できないことになり、線間波と対地波との区分が困 難になる問題を生じる。

【００２０】 本考案は、従来の技術の有するこのような問題点に鑑み為されたものであり、 その目的とするところは、２次巻線に多数のタップを設けず、かつ、２次巻線と 並列に抵抗を接続することを要しなく、しかも、しきい値電流を大幅に低減でき る送電線電流測定用広帯域変流器を提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】

前記目的を達成するために、本考案の送電線電流測定用広帯域変流器において は、環状コアに所定の１相の送電線を貫通して１次巻線とすると共にこのコアに 均等に複数回巻回して２次巻線を構成した貫通形変流器本体と、１次巻線とこの １次巻線より巻数の多い２次巻線を有する変成器本体と、この変成器本体の２次 巻線の両端に接続された発光素子と、この発光素子から出力される光信号を伝送 する光ファイバ−と、この光ファイバ−により伝送された光信号を受信する受信 機とを備え、貫通形変流器本体の２次巻線と変成器本体の１次巻線を相互に接続 するようにしたものである。

【００２２】

【作用】

前述の構成によれば、変成器本体の２次巻線の出力電流Ｉ3 は、貫通形変流器 本体の１次巻線（送電線）の電流をＩ、貫通形変流器本体の巻数比をｎ、変成器 本体の巻数比をｍとすれば、Ｉ3 ＝（Ｉ／ｎ）・（１／ｍ）となる。

【００２３】 いま、Ｉ3 とＩの関係つまり発光素子に通電する電流を従来と同一の条件にす るとすれば、貫通形変流器の２次巻線の巻数は従来のものに比べ１／ｍで良くな り、貫通形変流器本体の２次巻線の対コア間、巻線層間の浮遊静電容量とこの変 流器本体の漏れインダクタンスは著しく低下する。

【００２４】 したがって、前記浮遊静電容量と貫通形変流器本体の漏れインダクタンスとで 定まる共振周波数は十分高くなるので、従来のように巻線に並列に抵抗を接続す ることを要せずしてこの種電流の測定に十分な周波数帯域を持たせることができ る。

【００２５】 一方、本考案の広帯域変流器を送電線路における事故点標定に使用した場合、 前述したように、従来２次巻線に並列に接続していた抵抗が不要となり、この抵 抗にバイパスしていた電流が零となるので、発光素子を従来の電圧駆動方式から 電流駆動方式で駆動でき、発光素子の下限通電電流そのものをｎ・ｍ倍した値を しきい値電流（１次換算）とすることができ、従来のものに比べ低減できる。

【００２６】

【実施例】

実施例につき、図１及び図２を用いて説明する。 １はフェライトトロイダルコア１ａを使用した貫通形変流器本体であり、１０ ０回程度の比較的少ない巻数の２次巻線３が均等に巻かれており、この２次巻線 ３の端子間には、変成器本体４を貫通する導体３ａが接続され、貫通形変流器本 体１を貫通する送電線２の電流を２次巻線３の巻数に応じた電流値に変成して変 成器本体４に供給するようにしている。

【００２７】 変成器本体４は、貫通形変流器本体１と同様に、フェライトトロイダルコア４ ａと、これに１００回ないし２００回程度の巻数の巻線を均等に施した２次巻線 ５で構成されており、この２次巻線５の端子間には、同一特性の発光ダイオ−ド ７ａ，７ｂを逆並列接続したものが電流制限抵抗器６を介して接続され、入力電 流の正および負の半波成分をそれぞれ光信号に変換している。 電流制限抵抗器６には、発光ダイオ−ド７ａ，７ｂの温度補償を行うための負 特性素子（例えばサ−ミスタ）も組み込まれている。 発光ダイオ−ド７ａ，７ｂから出力される光信号は、光ファイバ−８ａ，８ｂ によって受信機９に導かれ、ここで光信号のままかあるいは電気信号に変換して 、図示しない信号処理装置に伝送し、該処理装置で適宜処理される。

【００２８】 動作について説明すると、送電線２の電流をＩ，貫通形変流器本体１の変流比 を１／ｎ（すなわち２次巻線３の巻数ｎ）、貫通形変流器本体１の２次電流をＩ 2 ，変成器本体４の変流比を１／ｍ（すなわち２次巻線５の巻数ｍ）、変成器本 体４の２次電流をＩ3 、電流制限抵抗器６の抵抗値をＲとすれば、Ｉ2 ＝Ｉ／ｎ 、Ｉ3 ＝Ｉ2 ／ｍ＝（Ｉ／ｎ）・（１／ｍ）となる。

【００２９】 したがって、発光ダイオ−ド７ａ，７ｂに流れる電流Ｉ3 を従来と同じ値にす るとすれば、貫通形変流器本体１の２次巻線３の巻数ｎを従来の１／ｍにするこ とができ、２次巻線３の容積が１／ｍになると共に浮遊静電容量，漏れインダク タンスも著しく小さくできるので、共振周波数が高くなり、従来のように２次巻 線と並列に抵抗を挿入する必要がない。

【００３０】 ここで、前述した広帯域変流器を用いて送電線路における事故点標定を行う際 、発光ダイオ−ド７ａ，７ｂの通電電流範囲を２〜２００ｍＡｐとし、１次電流 （送電線２の電流）２０００Ａｐに対応する前記通電電流が２００ｍＡｐになる よう、図２に示すように、貫通形変流器本体１の２次巻線３及び変成器本体４の ２次巻線５のそれぞれの巻数ｎ，ｍを１００とすると、発光ダイオ−ド７ａ，７ ｂのしきい値２ｍＡｐに対応するしきい値電流は１次側換算で０．００２Ａｐ× １００×１００＝２０Ａｐとなる。

【００３１】 さらに、３相の送電線路における検出電流の加算値から対地波を検出するため には、Ｉｅ＞（４／３）・Ｉｔｈである必要があり、前述の例の場合、Ｉｔｈ＝ ２０Ａｐであるため、Ｉｅ＞２６Ａｐとなる。

【００３２】 すなわち、本考案では、２６Ａｐ以上の対地波が検出可能となり、従来４２． ６Ａｐであったのに比べ大幅に改善され、線間波と対地波の分離がより容易にな る。

【００３３】 ところで、フェライトコア１ａ，４ａが飽和しない領域では、貫通形変流器本 体１及び変成器本体４の各２次電流Ｉ2 ，Ｉ3 は送電線２の電流Ｉに比例して増 大するので、送電線短絡事故時にはそれぞれ定格値の４０倍程度の電流が流れる ことになる。

【００３４】 特に電流Ｉ3 の値は発光ダイオ−ダ７ａ，７ｂの破壊と関係するので、許容値 以内に抑制する必要がある。

【００３５】 このためには、フェライトコア１ａまたは４ａのいずれか一方あるいは双方の 断面積を小さくすれば良く、また、貫通形変流器本体１の２次巻線３の端子間あ るいは変成器本体４の２次巻線５の端子間のいずれかに、可飽和リアクルなどの 非直線素子を接続しても良い。

【００３６】 なお、前記実施例では、変成器本体４に導体３ａを貫通させ、これを貫通形変 流器本体１の２次巻線３の端子間に接続するように構成したが、フェライトトロ イダルコア４ａに、１次巻線として均等に複数回巻装しても良いことは勿論であ り、このときは１次巻線よりも２次巻線の巻数を多くしておくことが必要である 。 また、コア１ａ，４ａもフェライトに限らず、珪素鋼板などの他の磁性材料を 用いても良い。

【００３７】

【考案の効果】

本考案は、以上説明したように構成されているため、つぎに記載する効果を奏 する。 環状コアに送電線を貫通させて１次巻線とした貫通形変流器本体の２次巻線を 変成器本体の１次巻線に接続すると共に、変成器本体の１次巻線の巻数より多い ２次巻線に発光素子を接続し、２台の変流器を直列接続して送電線電流を測定す る構成としたで、必要とする変流比を貫通形変流器本体と変成器本体とで分割し てそれぞれの２次巻線の巻数を大幅に少なくすることができ、貫通形変流器本体 における浮遊静電容量，漏れインダクタンスが著しく小さくなり、周波数帯域の 広帯域化を図り、従来のような２次巻線の並列抵抗を不要にでき、構造が簡単で 組立も容易になると共に、小形軽量化が図れ、かつ信頼性を向上できるものであ る。

【００３８】 その上、前述したように抵抗が不要になることから、これにバイパスする電流 が零となり、発光素子の下限通電電流そのものがしきい値となり、従来のものに 比べしきい値電流を低減でき、送電線路における事故点標定に際し、対地波の検 出精度が大幅に高まる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の送電線電流測定用広帯域変流器の１実
施例を示す構成図である。

【図２】図１の等価回路図である。

【図３】従来の構成図である。

【図４】図３の等価回路図である。

【図５】３相の送電線電流を加算した時の電流波形図で
ある。

【符号の説明】

１ 貫通形変流器本体 １ａ フェライトトロイダルコア ２ 送電線 ３ ２次巻線 ３ａ 導体 ４ 変成器本体 ４ａ フェライトトロイダルコア ５ ２次巻線 ７ａ，７ｂ 発光ダイオ−ド ８ａ，８ｂ 光ファイバ− ９ 受信機

フロントページの続き (72)考案者 樋口 和弘 京都市右京区梅津高畝町47番地 日新電機 株式会社内

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 環状コアに所定の１相の送電線を貫通し
   て１次巻線とすると共に前記コアに均等に複数回巻回し
   て２次巻線を構成した貫通形変流器本体と、 １次巻線と該１次巻線より巻数の多い２次巻線を有する
   変成器本体と、 前記変成器本体の２次巻線の両端に接続された発光素子
   と、 前記発光素子から出力される光信号を伝送する光ファイ
   バ−と、 前記光ファイバ−により伝送された光信号を受信する受
   信機とを備え、 前記貫通形変流器本体の２次巻線と前記変成器本体の１
   次巻線を相互に接続したことを特徴とする送電線電流測
   定用広帯域変流器。