JPH0583164B2 - - Google Patents

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JPH0583164B2
JPH0583164B2 JP1061996A JP6199689A JPH0583164B2 JP H0583164 B2 JPH0583164 B2 JP H0583164B2 JP 1061996 A JP1061996 A JP 1061996A JP 6199689 A JP6199689 A JP 6199689A JP H0583164 B2 JPH0583164 B2 JP H0583164B2
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JP
Japan
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winding
current
iron core
zero
magnetic flux
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JP1061996A
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JPH02240903A (ja
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Fumio Iwasaki
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Midori Anzen Co Ltd
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Midori Anzen Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/20Instruments transformers
    • H01F38/22Instruments transformers for single phase ac
    • H01F38/28Current transformers
    • H01F38/30Constructions
    • H01F2038/305Constructions with toroidal magnetic core
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H83/00Protective switches, e.g. circuit-breaking switches, or protective relays operated by abnormal electrical conditions otherwise than solely by excess current
    • H01H83/14Protective switches, e.g. circuit-breaking switches, or protective relays operated by abnormal electrical conditions otherwise than solely by excess current operated by imbalance of two or more currents or voltages, e.g. for differential protection
    • H01H83/144Protective switches, e.g. circuit-breaking switches, or protective relays operated by abnormal electrical conditions otherwise than solely by excess current operated by imbalance of two or more currents or voltages, e.g. for differential protection with differential transformer

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  • Transformers For Measuring Instruments (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、零相電流を検出する零相変流器の巻
線方法に関するものである。
〔従来の技術〕
従来の楕円、トラツク型など長円形の零相変流
器は、第8図及び第9図示のように保護ケース1
の中に鉄心2を入れ、その外側にコイル3を巻
き、その内側、側面、外側に磁性材で内側シール
ド4、側面シールド5、外側シールド6を施して
なる。この長円形零相変流器の磁束分布について
わかりやすい楕円形のものを考えてみると、第1
1図a,bに示すようになる。磁束の方向は矢印
で示してある。
これから零相電流の含まない1次電流と2次巻
線との関係は、第12図示のようにギヤツプ付き
変流器を2個使用し、2次側巻線を直列に接続
し、1次電流は各々逆向きで同一電流を流してい
る変流器の組合せであることがわかる。この等価
回路は第13図示のようになる。
第13図においてRLは零相電流の負担抵抗で、
この電圧VLは巻線の誘起電圧の差電圧であり、
残留電圧である。この電圧を零相電流に換算した
値が残留電流である。
ここでXL1及びXL2は、ギヤツプ付き変流器の
リアクタンスのため、数Ω程度となり、等価回路
より2次側に流れ込むI1/nの電流は殆ど励磁電
流となる。そのため、負担抵抗RLを切り離して
も鉄心の磁化状態は殆ど変らず第14図示ような
回路となる。鉄心が消磁され第15図示のB−H
カーブのO点で鉄心が使用されている場合は、第
16図示のように各変流器A,B側の出力も1次
電流に対する磁束変化が小さい範囲では正弦波と
なる。
第16図1は電流と磁界の強さの波形、第16
図2は磁束密度B、第16図3は誘起電圧のV1
V2の波形、第16図4は残留電圧を示す。すな
わち、残留電流が小さい値となる。しかし零相電
流に直流が含まれたり、過電流が発生したり、ま
た1次電流に短絡などが起り、鉄心の磁束が飽和
域範囲で急に0となると着磁され、第15図の
Br点に着磁される。
この時1次電流が流れると、各変流器の磁束、
電圧波形は第17図、第18図示のようになる。
すなわち、磁束が正弦波ではなくなり、磁束の微
分値の最大値は磁界の零点より離れるため、微分
値に巻数を掛算した電圧である誘起電圧のV1
V2は第17図7となる。この値が残留電流の基
となる。
このような場合、従来は鉄心に入り込む漏れ磁
束を少なくするため、シールド材に高透磁率のも
のを使用し、体積も大きくして、シールドで漏れ
磁束を吸収させ、鉄心に入り込む磁束を少なくす
る方法や、鉄心の断面積を大きくし、漏れ磁束に
よる鉄心内の磁束密度を小さくし、高調波の含ま
れる量を小さくする方法が行われている。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来の長円形零相変流器は、第10図示の
ように零相負担抵抗RLを接続し、零相電流器の
窓9内に1次導体8を2本ないし3本貫通させる
ことにより使用されている。
ここで残留電流が発生するのは、1次導体8か
らの漏れ磁束が鉄心に入り込むことが原因のた
め、シールド材を高透磁率のもので厚みを大きく
して漏れ磁束を多くシールドに吸収させ、一部鉄
心に入り込んだ磁束量は鉄心が漏れ磁束により飽
和しないようにするためと、漏れ磁束により発生
する電圧(残留電圧)に高調波分を小さくするた
めに鉄心の断面積を大きくした。
鉄心の磁路の透磁率のバラツキによる漏れ磁束
による残留電圧の補正ということで、部分的に巻
線の密度を変えることも行われていた。すなわ
ち、鉄心に入り込む漏れ磁束を少なくするため、
シールドを施し鉄心にまで入つた漏れ磁束により
発生する誘起電圧は零相負担の端子電圧で相殺さ
せる方法で対策が行われている。そのため、1次
電流が大きくなると、シールドを増やすか、より
高透磁率、高飽和磁束密度のものにするか、鉄心
の断面積を大きくするかの方法しかない。
また鉄心は1次側に地絡電流(零相電流)が流
れたり、2次巻線の抵抗測定時に、直流を流した
りすることにより、最大残留磁束密度Brに着磁
されることがある。この状態で1次導体に電流が
急流されると、第17図の7以外に直流電流も含
まれ、第19図2のような出力が零相負担にかか
り、過度状態が安定し、定常状態で第17図の7
のような波形となる。そのため高透磁率材の鉄心
を使用しても、Br点での動作で残留電流を抑え
る必要から、長円形零相変流器は零相特性に必要
な鉄心の大きさに対し大きなものとなつている。
本発明は、長円形零相変流器において、シール
ド材、鉄心、巻線を従来と同一のものを使用して
も、数倍の1次定格電流時においても従来のもの
と比べ残留電流を少なくさせることができる零相
変流器の巻線方法を提供することを目的とするも
のである。
〔問題点を解決するための手段〕
上記の目的を達成するため、本発明は、長円形
の零相変流器に内蔵される長円形の鉄心におい
て、長径側を2分する中心線からみて一方の半周
部分と、他方の半周部分とに、巻き回数が同じで
巻き方向が互に逆方向の巻き線をそれぞれ巻き付
け、この各巻き線の巻き始めと巻き終りとを接続
させることを特徴とするものである。
〔作用〕
以下本発明の作用について説明をする。
第1図aは本発明方法の一例の結線図である。
1次導体8に流れる電流をI1、1次導体8より鉄
心の一方の半周部分A側による漏れリアクタンス
をXLA、鉄心の他方の半周部分B側による漏れリ
アクタンスをXLB、A,B側の巻線をn、零相負
担をRL、巻線の直流抵抗をrとすると、第1図
aの等価回路は第1図bのようになる。これはま
た第1図cのように書きかえられる。I〓LAと−I〓・
LBの値は各々 I〓LA=r・I〓1/n/√X2 LA+r2、−I〓LB=−r・I
1/n/√X2 LB+r2 となる。
1次側に換算した残留電流I〓Zは変流器の励磁電
流のベクトル和のため、 I〓Z=(I〓LA−I〓LB)・n=I1r(1/√X
2 LA+r2−1/√X2 LB+r2) となり、直流抵抗が小さい程、残留電流は小さく
なる。第1図a,b,cよりわかるように、本発
明はA,B側とも各々U字形のギヤツプ付き変流
器の2次側巻線を短絡させているので、2次側に
流れる電流は巻線間の循環電流として流れ、2次
零相出力に影響を与えず、1次電流による鉄心に
入り込む漏れ磁束を減少させるための起磁力とし
て働く。
第2図aのように零相電流の窓内に3相電流が
流れた場合は、中央のI〓sの電流は第2図bのよう
にI〓R、I〓T側に1/2・I〓Rずつ加算された電流値I〓1
=I〓s
+1/2・I〓R、−I〓1=I〓T+1/2・I〓Rの電流がI〓R1
、I〓Tに変
わり流れ、第1図aのように回路に置き変えるこ
とができる。
第3図は片側によつて1次電流が流れている場
合で、各鉄心箇所の漏れ磁束による磁束分布は第
3図bのようになる。ギヤツプ付き変流器の2次
巻線は図中1−10、1−20間が各変流器の2
次側として働くので、第3図cのようにI1に比べ
少し下つた値のI′1が第1図aの1次電流として
等価的に働く。
着時的においては従来のものは1次電流がU字
型ギヤツプ付き変流器の励磁電流として働くの
で、励磁電流はすべて交流電流のみとなることか
ら磁束には高調波が含まれ、しかも動作点は磁界
が正弦波のことからBr点のまま動かず、長時間
大きな残留電流を発生させることとなる。従来の
ものは等価回路で見ると巻線の直流抵抗が零相負
担RLと直列になつているため、r1の変化は残留電
流に殆ど影響しない。
本発明は、第1図cからわかるようにrの値が
小さくなる程I〓1/nはr側に流れ、XLAの誘起電
圧は正弦波成分が増加する。磁束変化も誘起電圧
の積分値のため、正弦波に近くなり、鉄心が着磁
されていると励磁電流に直流成分が流れ、自己消
磁の働きをするので第2調波成分の発生は即消滅
する。
〔実施例〕
以下図面第4図ないし第7図にもとづいて本発
明の実施例を説明すると、第4図aにおいて10
は長円形の鉄心で、この鉄心10のうち、長径側
を2分する中心線11からみて一方の半周部分A
側には、中心線11に近接した一端C1付近から
他端C2付近へ巻いていき、次いで他端C2付近か
ら一端C1付近へ巻き戻してなる巻線12を巻き
付け、巻線12の巻き終りから中間タツプ13を
出し、中心線11からみて他方の半周部分B側に
は、中心線11に近接した一端C1付近から他端
C2付近へA側の巻線12と巻き数が同じで巻き
方向が逆方向に巻いていき、他端C2付近から一
端C1付近へA側の巻線12と巻き数が同じで巻
き方向が逆方向に巻き戻してなる巻線14を巻き
付け、この巻線14の巻き始めは中間タツプ13
に接続し、巻き終りは巻線12の巻き初めに接続
15し、接続部15と中間タツプ13の間に零相
負担抵抗16を接続する。このようにして巻線1
2と巻線14が巻き付けられた鉄心10の外周に
は従来と同じようなシールドを施す。
本発明は、上記巻線方法のほか、第4図bに示
すように鉄心10のA側とB側に巻き回数が同じ
で巻き方向が互に逆方向の巻線17,18をそれ
ぞれ巻き付け、巻線17の巻き始めと巻線18の
巻き始めを接続19し、巻線17の巻き終りと巻
線18の巻き終りを接続20し、これらの接続部
19と接続部20の間に零相負担抵抗21を接続
することもあり、第4図cに示すように鉄心10
のA側とB側に第4図bの巻線と同じ巻線17,
18を巻き付け、巻線17の巻き始めと巻線18
の巻き終りを接続22し、巻線17の巻き終りと
巻線18の巻き始めを接続23し、これら接続部
22と接続部23の間に零相負担抵抗24を接続
することもあり、第4図dに示すように鉄心10
に従来の巻線方法による巻線25を巻き付け、そ
の巻線25に零相負担抵抗26を接続したものに
おいて、鉄心10のA側とB側に第4図bの巻線
と同じ巻線17,18を巻き付け、巻線17の巻
き始めと巻線18の巻き始めを接続27し、巻線
17の巻き終りと巻線18の巻き終りを接続28
することもある。この巻線17,18は巻線25
の外側に巻き付けてもよく、内側に巻き付けても
よい。
従来のものと本発明方法による残留電流特性の
違いを第6図と第7図に示す。第5図2が従来の
もので鉄心に巻線を均一に巻き、内側、外側、側
面シールド29を施し、零相負担RLを接続され
たものを示す。
この巻線の中間点Pで巻線を切断し、第5図1
のように結線を変え負担抵抗を1/2とし、零相特
性を同じくした本発明方法によるものと従来品と
の残留電流特性の違いを見る。
第6図は鉄心を消磁させ1次電流を増加させた
時の残留電流の値を従来品と本発明によるもので
示しある。グラフ中の図は零相変流器窓内の1次
導体の位置及び2相か3相かを示している。第6
図1,2,3,4より消磁されている場合は残留
特性に大きな差はない。
第7図は鉄心に直流電流を加え着磁させた時の
比較を示してある。
従来品は原理上残留電流には第2高調波など偶
数調波を多く含み、しかも消磁させなければいつ
までも残る。本発明方法は、零相変流器の2次巻
線がギヤツプ付き変流器の2次側短絡として働く
ので、鉄心内の漏れ磁束が減少し、残留電流が小
さくなる。本発明方法は、鉄心の上、または鉄心
に従来の巻線を施し、その上にシールドを当て、
その上から行つても同様の効果がある。
〔発明の効果〕
楕円及びトラツク型など長円形の零相変流器に
本発明の巻線方法を行うことにより、1次側から
の鉄心内に及ぶ漏れ磁束量を抑制することが可能
となり、残留電流、特に着磁時の残留電流を抑制
することができるので特性の向上が計られる。巻
線の径を太くして行くことにより直流抵抗も減少
していき、残留電流も小さくすることができる。
鉄心、巻線、シールド材に同じものを使用して
も、本発明方法を行うことにより定格1次電流を
数倍までのばすことができる。
【図面の簡単な説明】
図面第1図ないし第7図は本発明方法の実施例
を示すもので、第1図aは本発明方法の一例の結
線図、第1図b,cは第1図の等価回路図、第2
図a,bは3相の場合の本発明の影響を説明する
図、第3図a,b,cは1次導体の片寄りの場合
の本発明の影響を説明する図、第4図a,b,
c,dは本発明方法による巻線の4つの例を示す
図、第5図は本発明と従来品の比較実験のための
結線例を示す図、第6図1,2,3,4は第5図
において鉄心を消磁させた時の特性を示す図、第
7図は鉄心に着磁させた時の本発明と従来品の残
留電流特性の比較を示す図、第8図は従来の長円
形の零相変流器の構造を示す図、第9図は第8図
のA−A線断面図、第10図は上記従来品の使用
例を示す図、第11図はa,bは第10図におい
てR相、T相のみに電流が流れた時の1次電流か
ら発生する漏れ磁束の分布を示す図、第12図は
漏れ磁束から見た等価磁束分布を示す図、第13
図は第12図の等価回路を示す図、第14図は第
12図の等価回路を示す図、第15図は鉄心材の
B−Hカーブを示す図、第16図1,2,3,4
は各箇所の波形図、第17図は鉄心が着磁された
場合において鉄心の一方の半周側の1次電流にと
もなう各波形図、第18図は鉄心が着磁された場
合において鉄心の他方の半周側の1次電流にとも
なう各波形図、第19図は1,2は鉄心が着磁さ
れた場合の本発明と従来品の1次電流突入時の残
留電流の波形図である。 10……長円形の鉄心、11……中心線、12
……巻線、13……中間タツプ、14……巻線、
15……接続部、17……巻線、18……巻線、
19……接続部、20……接続部。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 長円形の零相変流器に内蔵される長円形の鉄
    心において、長径側を2分する中心線からみて一
    方の半周部分と、他方の半周部分とに、巻き回数
    が同じで巻き方向が互に逆方向の巻き線をそれぞ
    れ巻き付け、この各巻き線の巻き始めと巻き終り
    とを接続させることを特徴とする零相変流器の巻
    線方法。
JP1061996A 1989-03-14 1989-03-14 零相変流器の巻線方法 Granted JPH02240903A (ja)

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