JPH11162767A - 交流及び直流電圧検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 交流電圧と直流電圧との切り替え時に発生す
る励磁突入電流や直流過渡電流を抑制することにより、
絶縁性能の劣化、電磁力による機械的な破損、熱的な劣
化を低減した交流及び直流電圧検出装置を提供する。 【解決手段】 計器用変圧器１の一次巻線２と抵抗体５
とを直列に接続してなる交流及び直流電圧検出装置にお
いて、第１の構成は、二次巻線３からの交流出力に応答
するタイマーリレー６を設け、その接点６ａにより交流
電圧印加開始に遅れて抵抗体５を短絡する。第２の構成
は、リアクトルを一次側に直列に設けタイマーリレーに
よりこのリアクトルを直流電圧印加後暫くの間有効化さ
せる。第３の構成は、第１の構成において鉄心中にギャ
ップを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、計器用変圧器と抵
抗体とを有して構成される交流及び直流電圧検出装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】主に交流電圧回路において広く用いられ
ている計器用変圧器は、一般に、磁路を形成する鉄心に
一次巻線と二次巻線とを巻装することにより構成され、
一次巻線に印加された電圧を正確な変成比によって変成
し、その電圧を二次巻線から取り出すようになってい
る。

【０００３】また、直流電圧を変成する場合は、この計
器用変圧器の一次巻線と抵抗体とを直列に接続し、これ
ら一次巻線と抵抗体とにより構成される直列回路の両端
に直流電圧を印加する構成とする。この構成では、一次
巻線の抵抗値と抵抗体の抵抗値とに基づいて分圧された
電圧を抵抗体の両端から取り出すことによって、この計
器用変圧器を直流電圧回路においても変成手段として使
用することが可能となる。

【０００４】このような構成をなす交流及び直流電圧検
出装置は、例えば交流・直流兼用車両などに搭載されて
使用され、互いに絶縁されている交流電源回路及び直流
電源回路からの交流電圧及び直流電圧が選択的に印加さ
れるようになっている。この場合、両電圧の切り替え時
に両回路が混蝕しないようにインターロック等が施さ
れ、交流電圧及び直流電圧が同時に計器用変圧器及び抵
抗体に印加されないように制御、運用されている。

【０００５】図６に、従来の交流及び直流電圧検出装置
の電気的構成を示す。直列に接続された計器用変圧器１
と抵抗体５との直列回路に交流電源回路からの高圧交流
電圧が印加されると、計器用変圧器１の一次巻線２の両
端電圧が定められた変成比に従って変成され、その変成
電圧が図示しない交流制御回路に接続されている二次巻
線３の両端から検出される。この場合、抵抗体５のイン
ピーダンス値（抵抗値）は、計器用変圧器１の一次側か
らみたインピーダンス（一次抵抗や一次側に換算した励
磁インピーダンス等）に対して略１／１００以下となる
ように低く選定されているので、一次巻線２に抵抗体５
を直列に接続したことによる変成誤差は微小となり、こ
の電圧検出装置の交流電圧に対する変成精度は計器用変
圧器１単体の変成精度によって略決定される。

【０００６】一方、一次巻線２と抵抗体５との直列回路
に直流電源回路からの高圧直流電圧が印加されると、こ
の電圧が一次巻線２の抵抗値と抵抗体５の抵抗値とに基
づいて定まる分圧比によって分圧される。抵抗体５には
分圧比を調整できるように中間タップ又は調整タップを
設けてあり、分圧された直流検出電圧は、図示しない直
流制御回路に接続されている抵抗体５の中間タップから
検出される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、こうした従
来の交流及び直流電圧検出装置においては、交流電圧印
加時と直流電圧印加時とで計器用変圧器１及び抵抗体５
の抵抗値、その他の特性値が異なり、また直流に対して
はインダクタンス分による電流抑制作用がないため、電
源側において交流電源回路と直流電源回路とが切り替え
られると回路条件が急変し、過渡的に電圧又は電流が増
大することによる電磁力や熱的な影響を受ける。

【０００８】例えば、直流電源から交流電源への切り替
え時には、計器用変圧器１において励磁突入電流が発生
したり、或いは直流電源下で鉄心が直流偏磁された状態
にある磁化が残留することによって交流電圧波形に歪み
が発生しやすく、こうした場合巻線内部において過大な
電磁力や熱が発生し、その結果、計器用変圧器１の破損
や機械的又は熱的な劣化を引き起こしやすい。さらに、
二次巻線３に接続される計器類の指示値の過渡的な不安
定状態を発生させることにもなる。

【０００９】また、安定した直流電圧下においてはイン
ダクタンス分が作用しないので、直流電流を抑制するの
は、計器用変圧器１の一次巻線２の抵抗及び直列接続さ
れた抵抗体５の抵抗のみとなり、直流電源下のインピー
ダンスは交流電源下のインピーダンスに対して急減す
る。その結果、過大な直流電流が流れ、計器用変圧器１
の一次巻線２における銅損が急増して巻線部の温度が局
部的に上昇し、さらに、計器用変圧器１の一次巻線２の
接地側端子Ｖ及び抵抗体５の対地電圧の上昇も伴うの
で、計器用変圧器１と抵抗体５の期待される寿命や絶縁
性能を損なうおそれがある。

【００１０】加えて、抵抗体５とこの抵抗体５に接続さ
れている直流制御回路間は、計器用変圧器１の一次巻線
２と二次巻線３のように絶縁されていないため、計器用
変圧器１の一次巻線２や抵抗体５の故障時には、直流制
御回路を構成する計器類に直流電源の電圧自体が印加さ
れることになり、絶縁破壊等の発生に波及することにも
なる。

【００１１】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、交流電圧と直流電圧との切り替え
時において発生する励磁突入電流や直流過渡電流等の過
大電流を抑制することにより、装置内部における過大な
電圧や電磁力の発生、及び局所的な熱の発生を防ぎ、絶
縁性能の劣化、機械的な破損、熱的な劣化を低減した交
流及び直流電圧検出装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の交流及び直流電圧検出装置は、鉄心、この
鉄心に夫々巻装された一次巻線及び二次巻線、並びに前
記一次巻線と直列接続された抵抗体とからなり、この一
次巻線と抵抗体との直列回路の両端に交流電圧および直
流電圧を選択的に印加することにより、夫々に応じて二
次巻線側から交流検出電圧を獲得し、抵抗体から直流検
出電圧を獲得するように電圧変成する交流及び直流電圧
検出装置であって、二次巻線の出力に応答する遅延動作
形のタイマーリレーを設けるとともに、このタイマーリ
レーの接点によりその遅延時間の後抵抗体の全体または
一部を短絡する回路を設ける（請求項１）。

【００１３】斯様に構成すれば、直流電圧から交流電圧
に切り替える場合に、励磁突入電流が減衰する時間を考
慮して設定された遅延動作形のタイマーリレーが時限動
作するまでの間、抵抗体が一次巻線と直列接続された状
態となるので、本電圧検出装置の入力インピーダンスを
大きくでき、励磁突入電流を抑制することができる。こ
の場合、交流電圧が印加された後の定常時においては抵
抗体が短絡されるので、抵抗体の抵抗値は励磁突入電流
を十分に抑制するだけの大きな値に設定することができ
る。

【００１４】また、一次巻線と抵抗体との間にリアクト
ルを直列接続するとともに、抵抗体の全体または一部と
並列に遅延動作形のタイマーリレーを接続し、このタイ
マーリレーの接点によりその遅延時間の後リアクトルの
全体または一部を短絡する回路を設ける（請求項２）。

【００１５】斯様に構成すれば、交流電圧から直流電圧
に切り替える場合に、過渡的な過大電流が減衰する時間
を考慮して設定された遅延動作形のタイマーリレーが時
限動作するまでの間、リアクトルが抵抗体と一次巻線と
の間に直列に接続された状態となるので、インダクタン
ス分の作用がなくなることによって過渡的に発生する直
流電流中の過大な初期電流値を抑制することができる。
この場合、直流電圧が印加された後の定常時にはリアク
トルが短絡されているので、リアクトルのインダクタン
ス値は過渡的な電流を十分に抑制するだけの大きな値に
設定できる。

【００１６】さらに、抵抗体の抵抗値は、直流電圧印加
時に一次巻線に流れる電流が、交流電圧印加時に一次巻
線に流れる無負荷及び負荷電流の合成値と同等以下とな
るように選定する（請求項３）。斯様に構成すれば、一
次巻線のインピーダンスが低下する直流電圧印加時にお
いて、抵抗体が一次巻線に流れる電流を交流電圧印加時
に流れる電流と同等以下となるよう抑制するので、一次
巻線における銅損の増加、さらには一次巻線に用いられ
る絶縁材料の熱劣化を抑えることができる。

【００１７】一次巻線の抵抗値の製品ロット間の標準偏
差の３倍値と平均値との比がｎであり、直流電圧印加時
の変成誤差性能をｍ［％］以内とする場合において、一
次巻線の抵抗値の最大値をＲt として、抵抗体の抵抗値
を（１００×Ｒt ×ｎ／ｍ）以上に選定する（請求項
４）。

【００１８】斯様に構成すれば、一次巻線の抵抗値に製
品ロット相互間でばらつきが存在しても、この一次巻線
と直列に接続される抵抗体の抵抗値を、一次巻線の抵抗
値と目標とする変成誤差性能等から上式に従って定まる
大きさ以上に選定することにより、変成誤差を目標誤差
以内に抑制することができ、抵抗体の中間タップ又は調
整タップ等の微調整を簡素化できる。

【００１９】抵抗体を高抵抗体と低抵抗体とから構成
し、高抵抗体、一次巻線、および低抵抗体を順に直列接
続するとともに、低抵抗体を接地する（請求項５）。斯
様に構成すれば、大きな電圧降下を発生する高抵抗体を
絶縁強度の高い一次巻線の非接地側へ接続し、小さい電
圧降下の発生に止まる低抵抗体を一次巻線の接地側へ接
続することにより、一般に低減絶縁構造を有する一次巻
線の接地側と抵抗体の対地電位を低く抑えることがで
き、これらの絶縁強度を確保することができる。

【００２０】さらに、鉄心を内鉄形構造として、鉄心の
うち同心状に巻回された一次巻線及び二次巻線の内周部
にギャップを設けたり（請求項６）、鉄心を外鉄形構造
として、鉄心のうち同心状に巻回された一次巻線及び二
次巻線の内周部に位置する中央脚にギャップを設ける
（請求項７）。

【００２１】斯様に構成すれば、鉄心磁路にギャップを
挿入するので、直流電圧から交流電圧に切り替えるとき
に直流電圧下で発生した直流偏磁を強制的に消磁するこ
とができ、励磁突入電流を減少させることができる。こ
の場合、磁束の乱れやすいギャップ位置を巻線と同心且
つ巻線の内周とすることによって、二次巻線の作る磁束
との相互作用により磁束の乱れを抑制でき、更にはギャ
ップが挿入されていない接合部分のギャップ長を微小化
できるので周囲機器への磁束、磁界の影響も軽減でき
る。また、ギャップ長を均一にすれば、外鉄形構造を構
成する複数の鉄心磁路相互間の磁束の不均等化を低減で
き、鉄心磁路中の局部的な磁束集中による過熱等を防止
できる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１実施例につい
て、その電気的構成を示す図１を参照して説明する。ま
ず、計器用変圧器１は、接地された鉄心４に一次巻線２
と二次巻線３が巻装されて構成され、一次巻線２の端子
Ｕ、Ｖ間に印加される交流電圧が一次巻線２と二次巻線
３の巻数比によって定まる正確な変成比によって変成さ
れて二次巻線３の端子ｕ、ｖ間に出力される。この計器
用変圧器１の一次巻線２の低圧側端子Ｖ（以下、接地側
端子Ｖと称す）は、中間タップを有する抵抗体５の一端
と接続され、その抵抗体５の接地された他端と一次巻線
２の高圧側端子Ｕ（以下、線路側端子Ｕと称す）との間
に図示しない交流電源回路又は直流電源回路等の電源が
接続される。また、抵抗体５の中間タップと接地側端子
は図示しない直流制御回路（計器類を含む）に接続され
ている。

【００２３】また、計器用変圧器１の二次巻線３の端子
ｕ、ｖは図示しない交流制御回路（計器類を含む）に接
続されるとともに、端子ｕ、ｖ間に遅延動作形のタイマ
ーリレーの動作コイル６（以下、単にタイマーリレー６
と称す）が接続され、このタイマーリレー６の常開接点
６ａが抵抗体５の全体または一部（本例では全体）と並
列に接続されている。このタイマーリレー６は、その両
端に交流電圧が印加されていないときには常開接点６ａ
を「開」状態とし、交流電圧が印加されたときには一定
の遅延時間を経過した後常開接点６ａを「開」状態から
「閉」状態とするように機能する。

【００２４】次に、本実施例の作用について説明する。
まず、本電圧検出装置が直流電源回路に接続されて直流
電圧が印加されているときは、計器用変圧器１に電磁誘
導作用がなく二次巻線３の端子間電圧が略０になるの
で、タイマーリレー６は動作せず、常開接点６ａは
「開」となっていて一次巻線２と抵抗体５とが直列に接
続された状態となっている。この場合には、入力された
直流電圧は一次巻線２の抵抗値と抵抗体５の抵抗値に従
って分圧され、さらにその抵抗体５に設けられた中間タ
ップの位置に応じた電圧がその中間タップと接地との間
に検出電圧として得られる。この検出直流電圧は直流制
御回路に与えられる。

【００２５】その後、電源側において直流電源回路から
交流電源回路へと切り替えられると、本電圧検出装置の
線路側端子Ｕと接地との間には直流電圧に替わり交流電
圧が印加される。このとき、計器用変圧器１は、切り替
えに要する時間（切替時間）の間無励磁状態となるが、
鉄心４にはそれまで印加されていた直流電圧による直流
偏磁された状態の残留磁化が残る。そして、印加される
交流電圧の投入位相は特に制御されないので、残留磁化
の極性と投入位相の関係は多様となり、一次巻線２への
電流を制限しない限り大きな励磁突入電流が発生するこ
とになる。

【００２６】さて、入力として交流電圧が印加される
と、計器用変圧器１の一次巻線２の端子間電圧は、巻数
比に応じた変成比に従って変成され、その変成電圧が二
次巻線３に発生する。すると、二次巻線３の端子間に接
続されたタイマーリレ−６が動作を開始し、励磁突入電
流が十分に減衰する時間を考慮して予め選定された一定
時間が経過した後常開接点６ａを「開」から「閉」に変
化させて抵抗体５を短絡する。

【００２７】すなわち、直流電圧から交流電圧へ切り替
わった時からタイマーリレー６の遅延動作が終了するま
での一定時間は、依然として計器用変圧器１の一次巻線
２に抵抗体５が直列接続された回路を構成しているの
で、その間は回路インピーダンスが大きくなり、励磁突
入電流を抑制することができる。

【００２８】また、タイマーリレー６の遅延動作が終わ
り交流電圧の印加が定常状態になった頃には、常開接点
６ａが「閉」の状態に保持されて抵抗体５が短絡されて
いるので、抵抗体５が接続されていることによる電圧変
成誤差への影響はなく、抵抗体５の抵抗値を励磁突入電
流の抑制に十分な大きさに設定することができる。

【００２９】以上のように本第１実施例によれば、電源
側において直流電源回路から交流電源回路へと切り替え
られたときに、直流電圧印加時に計器用変圧器１の一次
巻線２に直列に接続されていた抵抗体５が一定の遅延時
間が経過した後に短絡されるように構成されるので、切
り替え直後に発生する計器用変圧器１の励磁突入電流を
抵抗体５の有する抵抗値で抑制することができるととも
に、その抵抗体５の抵抗値を、定常状態で電圧変成精度
に影響を及ぼすことなく励磁突入電流の抑制に十分な大
きさに設定することができる。その結果、電源切り替え
時の騒音が低減し、計器用変圧器１の巻線内部に発生す
る電磁力や発熱等が軽減され、さらに計器用変圧器１の
二次巻線３に接続された計器類の過渡的な指示不安定を
低減できる。

【００３０】次に、本発明の第２実施例について、その
電気的構成を示す図２を参照して説明する。ただし、図
１と同一構成部分には同一符号を付して説明を省略し、
以下異なった構成部分について説明する。

【００３１】計器用変圧器１の一次巻線２の接地側端子
Ｖと抵抗体５との間にリアクトル８が接続されている。
この一次巻線２、リアクトル８、及び抵抗体５からなる
直列回路において、一次巻線２の線路側端子Ｕと、接地
された抵抗体５の接地側端子との間に図示しない交流電
源回路又は直流電源回路等の電源が接続される。また、
抵抗体５の中間タップと接地側端子との間にタイマーリ
レー６と同様のタイマーリレー７が接続され、このタイ
マーリレー７の常開接点７ａがリアクトル８の全体（一
部でもよい）と並列に接続されている。

【００３２】次に、本実施例の作用について説明する。
まず、本電圧検出装置が交流電源回路に接続されて交流
電圧が印加されているときは、抵抗体５の中間タップと
接地との間に変成される分圧電圧は無視できる程度に小
さく、さらにこの電圧を図示しない整流回路等に入力す
ることにより、一層この交流電圧を小さくすることがで
きるので、タイマーリレー７は動作しない。

【００３３】その後、電源側において交流電源回路から
直流電源回路へと切り替えられると、本電圧検出装置に
は交流電圧に替わり直流電圧が印加される。このとき、
計器用変圧器１において、その一次巻線２にステップ的
に、すなわち定常値のまま急に直流電圧が印加されるこ
とに伴い、一次巻線２への電流を制限しない限り過渡的
に過大な直流電流が発生する。入力として直流電圧が印
加されると、抵抗体５の中間タップには一次巻線２の抵
抗と抵抗体５の抵抗とに基づく分圧比に従って分圧され
た検出直流電圧が発生する。そして、この電圧によりタ
イマーリレ−７が動作を開始し、過渡電流が十分に減衰
する時間を考慮して予め選定された遅延時間が経過した
後常開接点７ａが「開」から「閉」に変化しリアクトル
８を短絡する。

【００３４】すなわち、交流電圧から直流電圧へ切り替
わった時からタイマーリレー７の遅延動作が終了するま
での一定時間は、計器用変圧器１の一次巻線２と抵抗体
５の間にリアクトル８が直列接続された回路を構成して
いるので、その間は直流電圧の印加に対してリアクトル
８のインダクタンスが作用して過渡電流を抑制すること
ができる。この場合、過渡電流は一次巻線２の有するイ
ンダクタンス分によってもある程度抑制されるが、この
インダクタンス分が低い計器用変圧器１においては十分
に電流を抑制することができない。

【００３５】また、タイマーリレー７の遅延動作が終わ
り直流電圧の印加が定常状態に戻る頃には、常開接点７
ａが「閉」の状態に保持されてリアクトル８が短絡され
ているので、リアクトル８が接続されていることによる
分圧電圧誤差への影響はなく、過渡電流が計器用変圧器
１の一次巻線２、抵抗体５、及び図示しない回路部品等
に許容される電流値以内に抑制されるように、リアクト
ル８のインダクタンス値を任意の大きさに設定すること
ができる。

【００３６】以上のように本第２実施例によれば、電源
側において交流電源回路から直流電源回路へと切り替え
られたときに、交流電圧印加時に計器用変圧器１の一次
巻線２と抵抗体５に直列に接続されていたリアクトル８
が一定の遅延時間が経過した後に短絡されるように構成
されるので、切り替え直後に発生する過渡的な直流電流
をリアクトル８の有するインダクタンスで抑制すること
ができるとともに、そのリアクトル８のインダクタンス
値を分圧精度に影響を及ぼすことなく過渡電流の抑制に
十分な大きさに設定することができる。その結果、構成
機器や部品の温度上昇、並びに計器用変圧器１の一次巻
線２の内部に発生する電磁力や発熱等が軽減され、さら
に計器類の過渡的な指示不安定が低減され、二次巻線３
の端子間への過電圧発生を抑制できる。

【００３７】また、抵抗体５は、直流制御回路の対地電
圧を低く保つために接地電位側に接続すべきであるが、
高電圧絶縁が容易であるリアクトル８は一次巻線２と抵
抗体５と直列回路を構成する限り接続位置を問わない。
従って、常開接点７ａを高圧用開閉器類へ置き換えれ
ば、計器用変圧器１の一次巻線２の線路側（電源側）に
接続することもできる。この場合には、計器用変圧器１
の一次巻線２の接地側の対地電位を低減できる効果があ
る。

【００３８】次に、本発明の第３実施例について、その
電気的構成を示す図３を参照して説明する。計器用変圧
器１の一次巻線２の線路側端子Ｕに高抵抗体９の一端が
接続され、一次巻線２の接地側端子Ｖに低抵抗体１０の
一端が接続され、これら高抵抗体９、一次巻線２、及び
低抵抗体１０が直列回路を形成している。この直列回路
の両端間には、図示しない交流電源回路又は直流電源回
路等の電源が接続される。

【００３９】上記構成によれば、本電圧検出装置が直流
電源回路に接続されて直流電圧が印加されているとき
は、その直流電圧は高抵抗体９、一次巻線２、及び低抵
抗体１０の各抵抗値に基づく分圧比に従って分圧され、
その分圧電圧は直流制御回路が接続された低抵抗体１０
の中間タップから検出できる。

【００４０】この場合、高抵抗体９と低抵抗体１０の抵
抗値を適当に設定することにより、低抵抗体１０に発生
する分圧電圧を直流制御回路で要する電圧値に合せて低
く設定でき、直流制御回路の絶縁性能を確保しやすい。
また、高抵抗体９を一次巻線２よりも線路側（電源側）
に挿入したことにより、接地された回路において汎用さ
れる接地形計器用変圧器１の一次巻線２の接地側の対地
電圧を抑制できるので、計器用変圧器１の定格及び製品
形態の選択の自由度が増す。

【００４１】次に、本発明の第４実施例について、計器
用変圧器１の縦断面を示す図４を参照して説明する。内
鉄形構造をなす計器用変圧器１において、鉄心４は２つ
の略コ字状をなす鉄心部に分割されたカットコアで構成
され、そのカットコアの一方の接合部４ａにはギャップ
保持材１１が挿入され、他方の接合部４ｂはギャップを
設けず突き合わせた状態にある。このギャップ保持材１
１が挿入された鉄心４の脚部の周囲には、同心円状に二
次巻線３が巻装され、さらにその外周には同心円状に一
次巻線２が巻装されている。

【００４２】このような鉄心磁路中にギャップを挿入し
た構造を有する計器用変圧器１によれば、一次巻線２に
直流電流を流した状態からその直流電流を遮断したとき
に、計器用変圧器１の残留磁化及び偏磁状態を強制的に
消滅させることができる。この場合、残留磁化及び偏磁
状態を消滅させるために設けられた接合部４ａに有する
ギャップ部では磁束分布が乱れやすいが、二次巻線３の
内周側にギャップ部を配置しているため、二次巻線３の
作る磁束との相互作用により、ギャップ部の磁束分布の
乱れが抑制される。また、接合部４ｂではカットコアは
突き合わせられているので、そのギャップ長を微小化で
きる。

【００４３】従って、本実施例によれば、電源側におい
て直流電源回路から交流電源回路へと切り替えられたと
きに、切り替え直前まで流れていた直流電流による残留
磁化及び偏磁状態が計器用変圧器１に設けられたギャッ
プによって消滅させることができ、計器用変圧器１の励
磁突入電流を減少させることができる。なお、残留磁化
や直流偏磁は鉄心４のギャップにより消滅することが知
られている。

【００４４】また、ギャップの挿入位置を二次巻線３の
内周側とすることでギャップ部の磁束分布の乱れを容易
に抑制できるとともに、巻線の外側にある接合部４ｂに
おいても突き合わせにより接合することでギャップが微
小化され、磁束の乱れと周囲機器等への磁束、磁界の影
響を軽減できる。さらに、鉄心磁路中の全ギャップ長は
ギャップ保持材１１を交換するだけで必要最小限の値に
容易に調整できるため、交流電圧印加時の計器用変圧器
１の変成性能を高いレベルに維持できる。

【００４５】次に、本発明の第５実施例について、計器
用変圧器１の横断面を示す図５を参照して説明する。外
鉄形構造をなす計器用変圧器１において、鉄心４は、略
コ字状をなす鉄心部に分割され全体として矩形状をなす
積層されたカットコア１２、１３からなり、これらカッ
トコア１２、１３に共通の中央脚部の略中間部には、夫
々分割されているカットコア１２、１３の一方の接合部
１２ａ、１３ａが位置とギャップ長を揃えた状態で位置
し、それら両接合部１２ａ、１３ａには共通の均一な厚
みを有するギャップ保持材１４が挿入されている。この
ギャップ保持材１４が挿入された鉄心４の脚部の周囲に
は、同心円状に二次巻線３が巻装され、さらにその外周
には同心円状に一次巻線２が巻装されている。また、カ
ットコア１２、１３夫々における他方の接合部１２ｂ、
１３ｂはギャップを設けず突き合わせた状態にある。

【００４６】このような鉄心磁路中にギャップを挿入し
た構造を有する計器用変圧器１によれば、前述したよう
に、一次巻線２の直流電流を遮断したときに、計器用変
圧器１の残留磁化及び偏磁状態を強制的に消滅させるこ
とができる。また、二次巻線３の内周側にギャップ部を
配置しているためギャップ部の磁束分布の乱れが抑制さ
れ、カットコア１２、１３を突き合わせることによりギ
ャップが挿入されていない接合部１２ｂ、１３ｂのギャ
ップ長を微小化できる。さらに、２つのカットコア１
２、１３の分割及びギャップ挿入位置を同じ位置に設定
し、厚さが均一な１個の共通したギャップ保持材を挿入
することにより、ギャップ長の不揃いとギャップ位置の
ずれが軽減できる。

【００４７】従って、本実施例によっても第４実施例と
同様な効果が得られる他、２個の鉄心磁路のギャップ長
が均一化されるため、２個の鉄心磁路が分担する磁束の
不均等化を低減でき、また、ギャップ位置がずれること
に生じ易いギャップ位置付近での近接磁路への磁束のバ
イパス化を低減できる。さらに、鉄心磁路中の局部的な
磁束集中による過熱等を防止することができる。

【００４８】なお、本発明は上記し且つ図面に示す実施
例に限定されるものではなく、以下のような拡張または
変更が可能である。タイマーリレー６、７は、電磁タイ
プ、有接点タイプ、無接点タイプを問わない。

【００４９】図１と図２における抵抗体５の抵抗値、及
び図３における高抵抗体９と低抵抗体１０の直列合成抵
抗値を定める場合、直流電圧印加時に一次巻線２に流れ
る電流が、交流電圧印加時に一次巻線２に流れる無負荷
及び負荷電流の合成値と同等以下となるように選定す
る。抵抗体５、９、１０の抵抗値を斯様に選定すること
により、一次巻線２のインピーダンスがその抵抗分だけ
に低下する直流電圧印加時において、一次巻線２に流れ
る電流が交流電圧印加時に流れる電流と同等以下に抑制
されるので、一次巻線２における銅損や絶縁材料の熱劣
化を抑えることができる。

【００５０】また、図１乃至図３における一次巻線２の
抵抗値の製品ロット間の標準偏差の３倍値と平均値との
比がｎであり、直流電圧印加時の変成誤差性能をｍ
［％］以内とする場合において、一次巻線２の抵抗値の
最大値をＲt として、抵抗体５又は高抵抗体９と低抵抗
体１０の直列合成抵抗値の抵抗値を（１００×Ｒt ×ｎ
／ｍ）以上に選定する。

【００５１】このような抵抗値を選定する理由につい
て、図１を参照して以下に説明する。計器用変圧器１の
一次巻線２の抵抗値（平均値）をＲ2 、抵抗体５の抵抗
値をＲr 、端子Ｕと接地間に印加される直流電圧値をＶ
1 とし、抵抗体５の中間タップは図１における抵抗体５
の上端位置に設定されているとする。

【００５２】このとき、抵抗体５の両端電圧すなわち検
出直流電圧Ｖ2 は、（１）式のように計算される。 Ｖ2 ＝Ｖ1 ×Ｒr ／（Ｒ2 ＋Ｒr ） …（１）

【００５３】次に、計器用変圧器１の一次巻線２の抵抗
値Ｒ2'が、その平均値Ｒ2 に比べ、製品ロット間の標準
偏差の３倍値分大きい場合の検出直流電圧Ｖ2'につい
て、検出直流電圧Ｖ2 を基準とした変圧誤差をｍ［％｝
以内とするための条件式は（２）式のようになる。 ｍ≧（Ｖ2'−Ｖ2 ）／Ｖ2 ×１００ …（２） この（２）式を（１）式を用いて変形すれば以下の
（３）式となる。 ｍ≧（Ｒ2 −Ｒ2'）／（Ｒr ＋Ｒ2'）×１００ …（３）

【００５４】Ｒ2 ＜Ｒ2'なので、ｍを正とするために両
辺の絶対値をとり変形すると次の（４）式が得られる。 ｍ／１００×Ｒr ≧Ｒ2 （ｎ−ｍ／１００−ｍｎ／１００） …（４） （４）式の右辺は、ｍに比べｎが十分に大きい場合には
（Ｒ2 ×ｎ）に近似できる。従って、（２）式からは最
終的に次の（５）式が導出できる。 Ｒr ≧１００×Ｒ2 ×ｎ／ｍ …（５）

【００５５】ここで、ｎは過去の実績として経験的に定
めることができる（例えば０．１）が、一次巻線２の抵
抗値は、初期ロット段階等において平均値のばらつきが
大きいような場合において、変圧誤差を目標性能以内に
確実に抑えるため、一次巻線２の抵抗値の平均値に代え
てその最大値Ｒt とすることが有効である。この場合に
は（５）式は次の（６）式になる。 Ｒr ≧１００×Ｒt ×ｎ／ｍ …（６）

【００５６】その結果、一次巻線２の抵抗値に製品ロッ
ト間でばらつきが存在しても、抵抗体５、９、１０の抵
抗値を上式に従って一定値以上に設定することによっ
て、一次巻線２の抵抗値のばらつきによる変成誤差を目
標とするｍ［％］以内に抑制することができ、抵抗体
５、１０の中間タップの微調整を省略又は簡単化するこ
とができる。

【００５７】

【発明の効果】本発明は以上説明した通りであるので、
以下の効果を奏する。請求項１記載の交流及び直流電圧
検出装置によれば、一次巻線と抵抗体とを直列接続し、
交流電圧印加時には二次巻線から変成電圧を得て、直流
電圧印加時には抵抗体から分圧による変成電圧を得る構
成において、二次巻線の出力に応答する遅延動作形のタ
イマーリレーを接続して、このタイマーリレーの接点に
より遅延時間の後抵抗体の少なくとも一部を短絡するよ
うに接続したので、直流電圧から交流電圧に切り替える
ときに、タイマーリレーが時限動作する間抵抗体が一次
巻線と直列に接続された状態となり励磁突入電流を抑制
することができる。そして、交流電圧の定常印加時にお
いては抵抗体の少なくとも一部が短絡されるので、変成
誤差を増加させることなく抵抗体の抵抗値を励磁突入電
流の抑制に十分な大きさに設定できる。その結果、巻線
内部に発生する電磁力や発熱等を軽減することができ
る。

【００５８】請求項２記載の交流及び直流電圧検出装置
によれば、一次巻線と抵抗体との間にリアクトルを直列
接続するとともに、抵抗体の少なくとも一部と並列に遅
延動作形のタイマーリレーを接続し、このタイマーリレ
ーの接点により遅延時間後にリアクトルの少なくとも一
部を短絡するように構成したので、交流電圧から直流電
圧に切り替えるときに、タイマーリレーが時限動作する
間リアクトルが抵抗体と一次巻線との間に直列に接続さ
れた状態となり、過渡的に生じる過大な直流電流を抑制
することができる。そして、直流電圧の定常印加時にお
いてはリアクトルが短絡されるので、変成誤差を増加さ
せることなくリアクトルのインダクタンス値を大きく設
定できる。その結果、構成機器や部品の温度上昇、並び
に一次巻線の内部に発生する電磁力や発熱等を軽減で
き、さらに二次巻線の端子間への過電圧発生を抑制でき
る。

【００５９】請求項３記載の交流及び直流電圧検出装置
によれば、直流電圧印加時に一次巻線に流れる電流が、
交流電圧印加時に一次巻線に流れる無負荷及び負荷電流
の合成値と同等以下となるように抵抗体の抵抗値を選定
するので、一次巻線における銅損や絶縁材料の熱劣化を
抑えることができる。

【００６０】請求項４記載の交流及び直流電圧検出装置
によれば、一次巻線の抵抗値の製品ロット間にばらつき
があった場合においても、抵抗体の抵抗値を一定値以上
の値に設定することにより、変成誤差を目標値以下にす
ることができ、中間タップ等の微調整を省略又は簡単化
することができる。

【００６１】請求項５記載の交流及び直流電圧検出装置
によれば、抵抗体を高抵抗体と低抵抗体とから構成し、
高抵抗体、一次巻線、および低抵抗体を順に直列接続す
るとともに低抵抗体を接地するので、高抵抗体を一次巻
線の非接地側へ接続し低抵抗体を一次巻線の接地側へ接
続することにより、一次巻線の接地側と抵抗体の対地電
位を低く抑えることができ、これらの絶縁強度を確保す
ることができる。

【００６２】請求項６または７記載の交流及び直流電圧
検出装置によれば、鉄心のうち同心状に巻回された一次
巻線及び二次巻線の内周部にギャップを設けるので、直
流電圧から交流電圧に切り替えるときに直流偏磁を強制
的に消磁することができ、励磁突入電流を減少させるこ
とができる。また、ギャップは巻線の内周に設けられる
ので、二次巻線の作る磁束との相互作用によりギャップ
部の磁束の乱れを抑制できる。さらに、ギャップ長を均
一にすれば、複数の鉄心磁路相互間の磁束の不均等化を
低減でき、鉄心磁路中の局部的な磁束集中による過熱を
防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す電気的構成図

【図２】本発明の第２実施例を示す図１相当図

【図３】本発明の第３実施例を示す図１相当図

【図４】本発明の第４実施例を示す計器用変圧器の縦断
面図

【図５】本発明の第５実施例を示す計器用変圧器の横断
面図

【図６】従来例を示す図１相当図

【符号の説明】

１は計器用変圧器、２は一次巻線、３は二次巻線、４は
鉄心、５は抵抗体、６、７はタイマーリレー、８はリア
クトル、９は高抵抗体、１０は低抵抗体、１１、１４は
ギャップ保持材である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 輝美 三重県三重郡朝日町大字繩生2121番地 株 式会社東芝三重工場内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉄心、この鉄心に夫々巻装された一次巻
   線及び二次巻線、並びに前記一次巻線と直列接続された
   抵抗体とからなり、この一次巻線と前記抵抗体との直列
   回路の両端に交流電圧および直流電圧を選択的に印加す
   ることにより、夫々に応じて前記二次巻線側から交流検
   出電圧を獲得し、前記抵抗体から直流検出電圧を獲得す
   るように電圧変成する交流及び直流電圧検出装置におい
   て、 前記二次巻線の出力に応答する遅延動作形のタイマーリ
   レーを設けるとともに、このタイマーリレーの接点によ
   りその遅延時間の後前記抵抗体の全体または一部を短絡
   する回路を設けたことを特徴とする交流及び直流電圧検
   出装置。
2. 【請求項２】 鉄心、この鉄心に夫々巻装された一次巻
   線及び二次巻線、並びに前記一次巻線と直列接続された
   抵抗体とからなり、この一次巻線と前記抵抗体との直列
   回路の両端に交流電圧および直流電圧を選択的に印加す
   ることにより、夫々に応じて前記二次巻線側から交流検
   出電圧を獲得し、前記抵抗体から直流検出電圧を獲得す
   るように電圧変成する交流及び直流電圧検出装置におい
   て、 前記一次巻線と前記抵抗体との間にリアクトルを直列接
   続するとともに、前記抵抗体の全体または一部と並列に
   遅延動作形のタイマーリレーを接続し、このタイマーリ
   レーの接点によりその遅延時間の後前記リアクトルの全
   体または一部を短絡する回路を設けたことを特徴とする
   交流及び直流電圧検出装置。
3. 【請求項３】 直流電圧印加時に一次巻線に流れる電流
   が、交流電圧印加時に前記一次巻線に流れる無負荷及び
   負荷電流の合成値と同等以下となるように、抵抗体の抵
   抗値を選定したことを特徴とする請求項１記載の交流及
   び直流電圧検出装置。
4. 【請求項４】 一次巻線の抵抗値の製品ロット間の標準
   偏差の３倍値と平均値との比がｎであり、直流電圧印加
   時の変成誤差性能をｍ［％］以内とする場合において、
   前記一次巻線の抵抗値の最大値をＲt として、抵抗体の
   抵抗値を（１００×Ｒt ×ｎ／ｍ）以上に選定したこと
   を特徴とする請求項１記載の交流及び直流電圧検出装
   置。
5. 【請求項５】 抵抗体を高抵抗体と低抵抗体とから構成
   し、前記高抵抗体、一次巻線、および前記低抵抗体を順
   に直列接続するとともに、前記低抵抗体を接地したこと
   を特徴とする請求項１記載の交流及び直流電圧検出装
   置。
6. 【請求項６】 鉄心を内鉄形構造とし、鉄心のうち同心
   状に巻回された一次巻線及び二次巻線の内周部にギャッ
   プを設けたことを特徴とする請求項１記載の交流及び直
   流電圧検出装置。
7. 【請求項７】 鉄心を外鉄形構造とし、鉄心のうち同心
   状に巻回された一次巻線及び二次巻線の内周部に位置す
   る中央脚にギャップを設けたことを特徴とする請求項１
   記載の交流及び直流電圧検出装置。