JPS63210781A - 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〕 この発明は、送配電系統に生ずる対地漏れ電流等の微小
を流を、その周回磁束によって検出する環状磁心を有す
る電流検出装置に関する。

〔従来の技術〕

配電線やその負荷回路の絶縁抵抗等が低下して対地側に
漏れる漏れ電流が増加すると、漏れ電流の発生部で電気
加熱が生じ、これが漏電火災の発生原因となることが間
々ある。これらの危険性を予知して災害を未然に防止す
るために、漏電連断器が広く用いられている。これらの
装置においては、数十ｆｎＡオーダ以下の漏れ電流を先
ず検出する必要があるが、配電線には大きな負荷電流が
流れているために、負荷電流に重なって流れる微弱な漏
れ電流を拾い出すために、漏れ電流を三相線路の不平衡
電流（零相電流）また単相往復導体の不平衡電流として
検出する環状磁心を有する電流検出装置が知られている
。三相または単相電線路の周囲には不平衡電流による電
流磁界が電線路の周囲を周回する方向に発生しており（
ここでは周回磁束とよぶ）、透磁率の大きい環状磁心を
配することにより、周回磁束を磁心内に集束させること
ができる。ｙＲ状磁心内の周回磁束を検出する方法とし
では、環状磁心に検出コイルを巻装し、磁束変化に伴う
誘起電圧を検出するいわゆる零相変流器方式と、環状磁
心の周方向に磁路を分断する空隙部を設け、この空隙部
用にホール素子などの磁界センサを配設した方式が知ら
れている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

零相変流器方式の従来の電流検出装置においては、微弱
な不平衡電流による周回磁束を効率よく環状磁心に集束
させるために、パーマロイ（Ｎｉ−Ｆｅ系合金）などの
高透磁率材料を用い、かつ磁心断面積を大きくして磁束
量を多くするとともに、検出コイルの巻回数を数百ない
し数千ターンと多くするなどの対策を必要とするために
、装置の大型化やＮ作コスト高を招く欠点がある。また
、不平衡電流波形の周波数や波形ひずみの影響を受けや
すく、これらに基づく測定誤差が生じやすいために汎用
性に欠けるという問題がある。一方、センサ方式の従来
装置においては、ホール素子がその構造上不平衡電圧を
持ち、周回磁束が零の状態でも出力信号を発するために
、微弱な周囲磁束の測定精度に悪影響を及ぼすとともに
、不平衡電圧の補償や温度特性の補償を含めて回路構成
が複雑化するという問題がある。

この発明の目的は、微小な被検出電流の検出感度にすぐ
れ、被検出電流波形のひずみや周波数の影響を受けにく
く、構造が簡素で経済的な電流検出装置を得ることにあ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するため、この発明によれば、電磁路
の周囲に被検出電流によって生ずる周回磁束の磁路を形
成する一対の環状磁心と、この一対の環状磁心に形成さ
れた間隙部に磁路に平行にそれぞれ配設されたアモルフ
ァス細線および高周波励磁コイルからなり、前記周回磁
束によりそのインダクタンスに差を生ずる一対の周回磁
束センサと、この一対の周回磁束センサを２辺に有する
ブリッジ回路と、このブリッジ回路を介して前記アモル
ファス細線が磁気飽和領域に達する高周波振動電流を供
給する発振器と、前記インダクタンス差に基づくブリッ
ジ回路の不平衡出力を直流化し。

前記被検出電流に換算して求める検出回路とを備えるも
のとする。

〔作用〕

上述のように、アモルファス細線に高周波励磁コイルを
巻装した２個の周回磁束センサを用い。

その高周波励磁コイルを２辺に有するブリッジ回路を形
成し、不平衡電流を発する電線路を一括して包囲し１周
方向に空隙部を有する２個の環状磁心の空隙部に、高周
波磁界が互いに逆向きになるよう前記２個の周回磁束セ
ンサを環状磁心の周回磁束の磁路方向に平行に配設する
とともに、ブリッジ回路に発振器を接続して高周波撮動
電流を供給するようにした。このような状態で２個の周
回磁束センサのアモルファス細線が磁気飽和領域に達す
るよう高周波磁化した場合、不平衡電流による周回磁束
が発生しない状態では両高周波励磁コイルのインダクタ
ンスは互いに等しく、ブリッジ回路は平衡を保ち、ブリ
ッジ回路の出力側に配された検出回路の出力信号は零と
なる。不平衡電流が発生すると、一対のアモルファス細
線中の高周波磁束に、一方では周回磁束がプラスされ、
他方ではマイナスされるので、それぞれの磁気飽和状態
が変化し、励磁インダクタンスが一方は増加し。

他方は減少する。したがって、このインダクタンス変化
はブリッジ回路の不平衡出力として感度よく検出され、
検出回路で直流化されることにより、波形歪の影響を排
して被検出電流を求めることができる。

〔実施例〕

以下、この発明を実施例に基づいて説明する。

第１図はこの発明の実施例装置を示す概略構成図、第２
図は実施例装置における環状磁心の電線路への装着状況
を示す斜視図、第３図は実施例装置における周回磁束セ
ンサ部分の拡大図である。

図において、１０は単相負荷電流Ｉを導く単相′ｌｔ、
Ｗ路、Ｉは三相負荷電流■を導く三相電線路であり、一
対の環状磁心２Ａ、２Ｂが、電線路１０または題を一括
包囲し、相互の磁気干渉を防ぐ間隔を保持するよう図示
しない支持具により支持されている。

一対の環状磁心２Ａ、２Ｂそれぞれには、周方向の−個
所に間隙部３が形成されており、それぞれの間隙部には
、第３図に示すように直径１２５μｍ、長さ数１１１１
のアモルファス細線複数本の東１１を磁心とし、これに
直径０．１１程度の銅線複数ターンを巻装した高周波励
磁コイル１２を装着した周回磁束センサＩＡ、ｌＢが環
状磁心の磁路方向に平行に配設されている。５はブリッ
ジ回路であり、高周波励磁コイル１２Ａ、　１２Ｂ　、
および２つの抵抗辺６，７とで構成されるとともに、ブ
リッジ回路５の平衡検出回路側にはポテンショメータ式
の平衡器８および検出回路９が、ブリッジ回路５の電源
側には図中ＩＡで示す高周波撮動電流を供給する発振器
４が導電接続されている。なお、ブリッジ回路にリード
線１３Ａ　、　１３Ｂで導電接続される高周波励磁コイ
ル１２Ａ。

１２Ｂは％高周波振動電流ＩＡが互いに逆向きに流れる
ようブリッジ回路に接続することにより、一対の周回磁
束センサＩＡ、ＩＢには互いに逆向きの高周波磁束φＡ
、φＢを発生させることができる。

つぎに、実施例装置の動作原理を説明する。例えば第１
図において、商用周波数の負荷電流Ｉを通ずる往復電線
路１０にｉなる漏れ電流（不平衡電流）が発生すると、
不平衡電流ｉに相応した周回磁束φｉが発生する。した
がって、環状磁心２Ａ。

２Ｂを初透磁率の大きいパーマロイ等の磁性材を用いて
形成すれば、周辺に広がろうとする周回磁束を環状磁心
内に集束させる増幅作用が得られ、環状磁心ＩＡ、ＩＢ
内を同方向に周回する周回磁束φｉが発生する。ところ
で、一対の周回磁束センサＩＡ。

ＩＢは互いに逆向きの高周波（振動）磁束φＡ、φＢを
発生するので、環状磁心２Ａ側ではφ１とφＡが同方向
、２Ｂ側ではφｌとφＡとが逆方向となる。周回磁束φ
１の周期が高周波磁束の振動周期に比べて著しく長いと
仮定すれば、高周波磁束φＡ、φＢは周囲磁束φ１によ
って互いに逆向きにバイアスされた状態となる。

第４図ないし第６図はアモルファス細線の磁化特性（Ｂ
−Ｈ特性）線図であり、ヒステリシスを無視して１本の
曲線で簡略化して示しである。第４図は、周回磁束φｉ
が零の状態におけるアモルファスＭ線１１Ａ、ＩＩＢの
磁化状況を示しており、高周波振動電流ＩＡ（図の場合
、波形間で示す脈動電流）により、アモルファス細線は
振ｇＨｘで＋Ｈ側に磁気飽和領域幅Ｈｓを保持するよう
磁化される。第５図は周回磁束φｉによる磁化力Ｈｉが
Ｈ，と回じ＋Ｈ側に加わった状態を示しており、図中実
線で示すように磁化曲線は＋Ｈ側にＨｉだけシフトし、
磁気飽和領域幅がＨｓ＋Ｈｉに増加するので、アモルフ
ァス細線中の高周波感動磁束の変化量が少なくなり、結
果的に高周波励磁コイルのインダクタンスが減少する。

第６図は周回磁束φｉによる缶化力Ｈｉが逆方向の負側
に加わった状態を示しており、磁化曲線が負側にシフト
するために、磁気飽和領域幅がＨｓ−Ｈｉと狭くなり、
高周波振動磁束の変化量が大きくなることにより、結果
的に高周波励磁コイルのインダクタンスが減少すること
になる。

したがって、周回磁束センサＩＡ、ＩＢを環状磁心２Ａ
、２Ｂの間隙部に互いに逆向きに配設しておけば、例え
ばアモルファス細線１１Ａが第５図に示す磁化状況を示
すとき、アモルファス細線１１Ｂは第６図に示す磁化状
況を示すことになり、かつこの状況を交互に入れ替って
繰返すので、高周波励磁コ゛イル１２Ａ　、　１２Ｂの
インダクタンスが一方で増加、他方で減少することにな
る。そこで、周回磁束φｉが零の状態でブリッジ回路が
平衡するよう抵抗辺６．７の抵抗値および平衡器８を調
整しておけば、不平衡電流ｉによる高周波励磁コイルの
インダクタンス変化をブリッジ回路の不平衡出力として
検出することが可能となる。ブリッジ回路の不平衡出力
は、検出回路９で整流、増幅かつノイズ除去などが行わ
れ、不平衡電流値に換算表示される。

上述のように構成された電流検出装置において、ＣＯ基
アモルファス細線は、高周波領域まで高透磁率を保持す
る優れた周波数特性を１５０℃程度の周囲温度まで保持
するとともに、剛性が高く、直径１２５μｍ程度の細線
に直径１００μｍ糧度の鋼線を容易に巻回できる特質を
有する。したがって、周回磁束センサｌＡ、ＩＢを極め
て小形に形成でき、かつアモルファス細線を僅かな磁化
エネルギーで磁気飽和量域まで容易に磁化することが可
能になる。

つぎに、高周波振動波によって一方の磁気飽和領域まで
高周波磁化されたアモルファス細線を一対の環状磁心の
空隙部に互いに逆向きに配設するようにしたので、被検
出電流による周回磁束を一対の周回磁束センサのインダ
クタンス差に変換して検出することを可能にした。さら
に、このインダクタンス変化を一対の周回磁束センサを
２辺に有するブリッジ回路の不平衡出力に変換して出力
することにより、微小なインダクタンス変化、いいかえ
れば被検出電流の発生を高感度で検出でき、かつ検出回
路で不平衡出力を直流化し、被検出電流に換算出力する
ことにより、被検出電流の波形の歪みや周波数（直流電
流を含む）の影響を受けることなく検出することができ
る。

〔発明の効果〕

この発明は前述のように、アモルファス細線に高周波励
磁コイルを巻装した一対の周回磁束センサを、周回磁束
の磁路となる一対の環状磁心の間隙部に高周波磁束が互
いに逆向きになるよう配設し、上記一対の周回磁束セン
サを２辺に有するブリッジ回路と、このブリッジ回路を
介してアモルファス細線に高周波振動電流を供給する発
振器と、ブリッジ回路の不平衡出力を直流化して被検出
電流値を求める検出する検出回路を設けるよう構成した
。その結果、被検出電流に基づく周回磁束が発生したと
き、一対のアモルファス細線の磁気飽和状態が互いに逆
向きに変化し、これを周回磁束センサのインダクタンス
の増減に変換し、ブリッジ回路の不平衡出力として感度
よく検出でき、かつ検出回路で直流化して被検出電流波
形の歪みや周波数の影響を排除できるので、電線路の不
平衡電流等の微小な被検出電流をその波形や周波数の影
響を受けることなく高感度で検出でき、したがって単相
、三相交流電線路や直流１！線路などに適用可能な汎用
性の高い電流検出装置を提供することができる。また、
零相変流器形の従来の電流検出装置に比べて周回磁束セ
ンサを巻回数の少ない高周波励磁コイルとアモルファス
細線とで小形に形成でき、加工工数を大幅に低減できる
とともにホール素子における素子の不平衡電圧や周囲温
度の影響が排除され、したがって補償回路を必要とせず
１回路の構成を簡素化できる利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例装置を示す概略構成図、第２
図は実施例装置の電線路への取付状況を示す要部の斜視
図、第３図は実施例装置における周回磁束センサ部分の
拡大図、第４図ないし第６図は実施例装置におけるアモ
ルファス細線の磁化状況を説明するための磁化特性線図
である。 ＩＡ、ＩＢ・・・周回磁束センサ、２Ａ、２Ｂ・・・環
状磁心、３，３Ａ、３Ｂ・・・間隙・部、４・・・発振
器、５・・・ブリッジ回路、６，７・・・抵抗辺、８・
・・平衡器、９・・・検出回路、１１・・・アモルファ
ス細線、１２・・・高周波励磁コイル、１０，２０・・
・電線路、ｉ・・・漏れ電流（不平衡電流）、φｉ・・
・周回磁束、ＩＡ・・・高周波振動電流、φＡ、φＢ励 第１図 第２　図 ′１４３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）電線路の周囲に被検出電流によって生ずる周回磁束
   の磁路を形成する一対の環状磁心と、この一対の環状磁
   心に形成された間隙部に磁路に平行にそれぞれ配設され
   たアモルファス細線および高周波励磁コイルからなり、
   前記周回磁束によりそのインダクタンスに差を生ずる一
   対の周回磁束センサと、この一対の周回磁束センサを２
   辺に有するブリッジ回路と、このブリッジ回路を介して
   前記アモルファス細線が磁気飽和領域に達する高周波振
   動電流を供給する発振器と、前記インダクタンス差に基
   づくブリッジ回路の不平衡出力を直流化し、前記被検出
   電流に換算して求める検出回路とを備えたことを特徴と
   する電流検出装置。