(57)【要約】【課題】導電ケーブル内に流れる電流を測定する際、周囲の干渉等を除去するため鉄心のないホールセンサを用いた電流測定方法および電流測定装置を提供すること。【解決手段】鉄心のない複数のホールセンサを用いて導電ケーブルに流れる電流を測定するようにした電流測定方法であって、前記ホールセンサを、前記導電ケーブルに取付けるか又はその近くに配置し、前記導電ケーブルに流れる電流によって発生された磁場の磁束密度を測定し前記磁場の磁束密度に従って出力電圧を発生するように前記ホールセンサのそれぞれを使用し、前記ホールセンサの出力電圧に統計的演算を実行して統計的電圧を発生させ、該統計的電圧に基づいて導電ケーブルに流れる電流を測定する。【選択図】図１
2010091545.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄心のない複数のホールセンサと、
該ホールセンサに接続された統計的演算回路とを備え、導電ケーブルに流れる電流を測定するようにした電流測定装置であって、
前記複数のホールセンサのそれぞれは、導電ケーブルに取付けられるかその近くに配置されて導電ケーブルに流れる電流によって発生された磁場の磁束密度を測定して前記磁場の磁束密度に基づいて出力電圧を発生するようにされ、
前記統計的演算回路は、前記ホールセンサの出力電圧を受領して該ホールセンサの出力電圧に統計的演算を実行して統計的電圧を得るようにされており、
前記統計的電圧に従って前記導電ケーブルに流れる電流を測定するようにした電流測定装置。
【請求項２】
ホールセンサの数は、二つであり、導電ケーブルに取付けられるかその近くに配置された二つのホールセンサは、１８０°の角度に隔てられている請求項１記載の電流測定装置。
【請求項３】
ホールセンサの数は、四つであり、導電ケーブルに取付けられるかその近くに配置された四つのホールセンサは、９０°の角度に隔てられている請求項１記載の電流測定装置。
【請求項４】
導電ケーブルに取付けられるかその近くに配置されたホールセンサは、対称に配置されている請求項１記載の電流測定装置。
【請求項５】
鉄心のない複数のホールセンサと、
該ホールセンサに接続された統計的演算回路とを備え、三相電力システムの導電ケーブルに流れる電流を測定するようにした電流測定装置であって、
前記複数のホールセンサのそれぞれは、導電ケーブルに取付けられるかその近くに配置されて導電ケーブルに流れる電流によって発生された磁場の磁束密度を測定して前記磁場の磁束密度に基づいて出力電圧を発生するようにされ、
前記統計的演算回路は、前記ホールセンサの出力電圧を受領して該ホールセンサの出力電圧に統計的演算を実行して統計的電圧を得るようにされており、
前記統計的電圧に従って前記導電ケーブルに流れる電流を測定するようにした電流測定装置。
【請求項６】
ホールセンサの数は、四つであり、導電ケーブルに取付けられるかその近くに配置された四つのホールセンサは、９０°の角度に隔てられている請求項５記載の電流測定装置。
【請求項７】
導電ケーブルに取付けられるかその近くに配置されたホールセンサは、対称に配置されている請求項５記載の電流測定装置。
【請求項８】
鉄心のない複数のホールセンサを有し導電ケーブルに流れる電流を測定するようにした電流測定方法であって、
前記ホールセンサを、前記導電ケーブルに取付けるか又はその近くに配置し、
前記流れる電流によって発生された磁場の磁束密度を測定し前記磁場の磁束密度に従って出力電圧を発生するように前記ホールセンサのそれぞれを使用し、
前記ホールセンサの出力電圧に統計的演算を実行して統計的電圧を発生させ、
該統計的電圧に基づいて導電ケーブルに流れる電流を測定するようにした電流測定方法。
【請求項９】
ホールセンサの数は、二つであり、導電ケーブルに取付けられるかその近くに配置された二つのホールセンサは、１８０°の角度に隔てられ、導電ケーブルに取付けられるかその近くに配置されたホールセンサは、対称に配置されている請求項８記載の電流測定装置。
【請求項１０】
ホールセンサの数は、四つであり、導電ケーブルに取付けられるかその近くに配置された四つのホールセンサは、９０°の角度に隔てられ、導電ケーブルに取付けられるかその近くに配置されたホールセンサは、対称に配置されている請求項８記載の電流測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流測定装置および電流測定方法に関し、更に詳細には、鉄心のないホールセンサを用いた電流測定装置および電流測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力システムにおいて、安全性および信頼性が最も重要な事項である。電力システムの安全性および信頼性の要件を満すために、電流を測定して電流を調整し故障を防ぐために適切な変流器が用いられている。
【０００３】
従来の変流器は、電流を測定するための装置である。コイル電磁効果を用いた従来の変流器は、鉄心を有する。
【０００４】
従って、従来の変流器は、直流および交流の飽和、および残留磁化の問題を有している。これらすべての問題は、ヒステリヒス効果によって発生する。ヒステリヒス効果によって発生された直流飽和の問題は、変流器の電流測定に最も大きく影響することになる。
【０００５】
電力システムに故障が生じたとき、故障（不良）電流は、通常、大きな直流オフセットを含み、従って、変流器の鉄心を飽和させてしまう。これは、二次巻線における電流波形に変形が生じ、結果として、電流検出および保護システムにおける応答に誤りが生ずる。これらの問題は、電力システムの安全性および信頼性に著しく影響を与えることになる。
【０００６】
従来の変流器は、鉄心によってもたらされる直流および交流の飽和、および残留磁化を含む上記の如き問題を有するので、鉄心によって生じる問題をなくすいくつかの技術が提案されてきた。これら技術は、エアギャップ変流器、リニアカプラ変流器、電気光学変流器およびリニア変流器（即ち、ロゴスキー（Rogowski）コイル変流器）を含む。
【０００７】
しかしながら、実際の適用では、リニア変流器のみが用いられ、他の変流器は、不利益であることと実用性が低いので使用されていない。大きな過度電流が電力システムに流れる場合、リニア変流器は、従来の変流器よりも良好に実施することができる。それにも拘わらず、リニア変流器のコストは高く、従って、リニア変流器の用途を限定してしまうことになる。その上、従来の変流器の大きな体積が高性能を有する電力保護システムの開発を狭めてきた。従って、最近の変流器を研究していくことが電力産業における重要な課題の一つとなっている。
【０００８】
電力ケーブルにおける電磁場の性質によれば、アンペアの回路法則に基づいて、交流がケーブル内に流れるとき、磁場が絶縁体の外側に発生し、これは、電流の波形を変化させてしまう。磁場の変化を検出し大きな体積を減少させるために、ホールセンサが従来の変流器に代わって研究されてきた。ローレンツ（Lorentz）力に基づいて、ホールセンサは、応答時間が早く、広範囲の磁場を測定することができる。又、ホールセンサに関連する補償を導入することができ、これによって、ホールセンサは、安定した性能と高い検出性能とを有する。従って、このようなホールセンサを従来の変流器に代って用いることができる。
【０００９】
現在、幾つかのホール効果トランスデューサ（変換器）は、二つの部分、即ち、鉄心と、開ループ回路または閉ループ回路のいずれかの補助回路とを有する。これらトランスデューサは、主に、小電流を大きなバンド幅で測定するように用いられている。しかし、尚、これらトランスデューサは、鉄心を含んでいる。これは、鉄心が磁場を電気に変換することができるばかりでなく、周囲の磁場の干渉を防ぐことができるためである。更に、鉄心によって、ホール変流器の測定が測定物の幾何学的形状によって影響されず、その磁場を一点に集中させることができる。
【００１０】
しかしながら、鉄心を有するホール変流器は、尚、直流および交流の飽和の問題を有し、且つそれらの体積は、従来の変流器とほとんど同じである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の課題は、一実施例として、鉄心のないホールセンサを用いた電流測定装置および測定方法を提供することである。電力システムが電力を供給するのに一つの導電ケーブルを用いるか複数の導電ケーブルを用いるかにかかわらず導電ケーブルの電流を測定するために、これら鉄心のないホールセンサを有する電流測定装置および測定方法を用いることができる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る、鉄心のないホールセンサを用いた電流測定装置は、導電ケーブル内に流れる電流を測定するように用いられる。この電流測定装置は、複数のホールセンサと、統計的演算回路とを備えている。ホールセンサのそれぞれは、導電ケーブルに取付けられまたは導電ケーブルの近くに配置されて、導電ケーブルに流れる電流によって発生された磁場の磁束密度を測定し、磁場の磁束密度に応じて出力電圧を発生させるように用いられている。統計的演算回路は、ホールセンサに接続されている。この統計的演算回路は、ホールセンサの出力電圧を受領して統計的電圧を得るためにホールセンサの出力電圧について統計的演算を行う。この場合に、鉄心のないホールセンサを用いた電流測定装置は、統計的電圧に基づき、流れる電流を測定する。本発明の一実施例は、鉄心のないホールセンサを有し三相の電力システムに適用された電流測定装置を提供する。この電流測定装置は、三相電力システムの導電ケーブル内に流れる電流を測定するように用いられる。この鉄心のないホールセンサを有する電流測定装置は、複数のホールセンサと、統計的演算回路とを備えている。ホールセンサのそれぞれは、導電ケーブルに取付けられ、又は導電ケーブルの近くに配置されて、流れる電流によって発生された磁場の磁束密度を測定し、磁場の磁束密度に応じて出力電圧を発生するように用いられている。統計的演算回路は、ホールセンサに接続されている。この統計的演算回路は、ホールセンサの出力電圧を受領して統計的電圧を得るためにホールセンサの出力電圧について統計的演算を行う。この場合に、鉄心のないホールセンサを用いた電流測定装置は、統計的電圧に基づき、流れる電流を測定する。  
【００１３】
本発明の一実施例は、鉄心のないホールセンサを用いた電流測定方法を提供する。この鉄心のないホールセンサを用いた電流測定方法は、次のステップを含んでいる。（a）ホールセンサを導電ケーブルに取付けるか又は導電ケーブル近くに配置すること、（ｂ）流れる電流によって発生された磁場の磁束を測定して磁場の磁束に従って出力電圧を発生させるようにホールセンサのそれぞれを用いること、（ｃ）統計的電圧を発生させるようにホールセンサの出力電圧について統計的演算を行うこと、および（ｄ）統計的電圧に従って導電ケーブルに流れる電流を測定すること。
【００１４】
従って、本発明の一実施例によって提供された、鉄心のないホールセンサを有する電流測定装置および電流測定方法は、周囲の干渉および無限の長い直線の導電体でない測定導電ケーブルによってもたらされる問題を除去することができる。
【００１５】
尚、上記した概略の説明および以下の詳細な説明が例示であって請求項に記載された発明の更なる解説のためであることを理解されたい。
【発明の効果】
【００１６】
周囲の干渉および無限の長い直線の導電体でない測定導電ケーブルによってもたらされる問題を除去することができる電流測定方法および電流測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施例に係る、鉄心のないホールセンサを用いる電流測定方法および電流測定装置におけるホールセンサの配置を示す概略図。
【図２】本発明の一実施例によって提供された、鉄心のないホールセンサを用いる電流測定装置を示す回路図。
【図３】本発明の一実施例によって提供された、鉄心のないホールセンサを用いる電流測定方法および電流測定装置における二つのホールセンサの異なる配置を示す概略図。
【図４】二つのホールセンサが図３で０°と１８０°との位置にそれぞれ配置されたとき導電ケーブルに流れる測定電流を示す曲線図。
【図５】二つのホールセンサが図３で４５°と２２５°との位置にそれぞれ配置されたとき導電ケーブルに流れる測定電流を示す曲線図。
【図６】二つのホールセンサが図３で９０°と２７０°との位置にそれぞれ配置されたとき導電ケーブルに流れる測定電流を示す曲線図。
【図７Ａ】R、SおよびTの導電ケーブルの配置を示す概略図。
【図７Ｂ】R、SおよびTの導電ケーブルの配置を示す概略図。
【図８Ａ】R、SおよびTの導電ケーブルが同じ平面に垂直方向に平行に配置されている場合、三相の電力システムにおける鉄心のないホールセンサを用いる電流測定方法および電流測定装置を示す概略図。
【図８Ｂ】R、SおよびTの導電ケーブルが正三角形に配置されている場合、三相の電力システムにおける鉄心のないホールセンサを用いる電流測定方法および電流測定装置を示す概略図。
【図９Ａ】図８Aの導電ケーブルにおける測定電流と実際に流れる電流との比に対する距離を示す曲線図。
【図９Ｂ】図８Bの導電ケーブルにおける測定電流と実際に流れる電流との比に対する距離を示す曲線図。
【図１０】三相電力システムが欠陥を有するとき、R、SおよびTの導電ケーブルに流れる電流の値を示す曲線図。
【図１１Ａ】R、SおよびTの導電ケーブルが距離ｄ=４ｒをもって図８Aに示された如く配置されたとき、R、SおよびTの導電ケーブルにおける測定電流と実際の電流との磁束密度を示す曲線図。
【図１１Ｂ】R、SおよびTの導電ケーブルが距離ｄ=４ｒをもって図８Aに示された如く配置されたとき、R、SおよびTの導電ケーブルにおける測定電流と実際の電流との磁束密度を示す曲線図。
【図１１Ｃ】R、SおよびTの導電ケーブルが距離ｄ=４ｒをもって図８Aに示された如く配置されたとき、R、SおよびTの導電ケーブルにおける測定電流と実際の電流との磁束密度を示す曲線図。
【図１２Ａ】R、SおよびTの導電ケーブルが距離ｄ=２ｒをもって図８Bに示された如く配置されたとき、R、SおよびTの導電ケーブルにおける測定電流と実際の電流との磁束密度を示す曲線図。
【図１２Ｂ】R、SおよびTの導電ケーブルが距離ｄ=２ｒをもって図８Bに示された如く配置されたとき、R、SおよびTの導電ケーブルにおける測定電流と実際の電流との磁束密度を示す曲線図。
【図１２Ｃ】R、SおよびTの導電ケーブルが距離ｄ=２ｒをもって図８Bに示された如く配置されたとき、R、SおよびTの導電ケーブルにおける測定電流と実際の電流との磁束密度を示す曲線図。
【図１３Ａ】三相電力システムを図１０に示すように実際に流れる電流に適用したとき、ｄ=４ｒを有する図８Aの導電ケーブルに流れる実際の電流と測定電流との比を示す曲線図。
【図１３Ｂ】三相電力システムを図１０に示すように実際に流れる電流に適用したとき、ｄ=２ｒを有する図８Bの導電ケーブルに流れる実際の電流と測定電流との比を示す曲線図。
【図１４】導電ケーブルに対するホールセンサの配置角度θを示す概略図。
【図１５Ａ】R、SおよびTの導電ケーブルに対するホールセンサの配置角度θが図１４と同じであるとき、ｄ=４ｒを有する図８Aの導電ケーブルに流れる測定電流と実際に流れる電流との比を示す曲線図。
【図１５Ｂ】R、SおよびTの導電ケーブルに対するホールセンサの配置角度θが図１４と同じであるとき、ｄ=２ｒを有する図８Bの導電ケーブルに流れる測定電流と実際に流れる電流との比を示す曲線図。
【図１６】本発明の一実施例に係る、鉄心のないホールセンサを用いる電流測定方法を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。
【００１９】
可能な限り、同じ部品には同じ参照符号が付されている。
【００２０】
電流が導電ケーブルに流れるとき、この電流によって、導電ケーブルの外側に磁場が発生する。磁場と電流との計算においては、電力周波数がきわめて低いので、磁場は定常であると推察される。従って、この磁場をビオ・サバールの法則によって決定することができる。更に、測定する場合に、ホールセンサが測定導電ケーブルに取付けられるか或いはその近くに配置されるので、この導電ケーブルが、長い直線ワイヤであると想定することができる。従って、磁場の測定される磁束密度は、次式で表わされる。
【００２１】
【数１】
2010091545.tif 000003
ここで、Rは、導電ケーブルから、磁束密度が測定されるべき点までの距離であり、Iは、測定されるべき電流であり、μ０は、自由空間の透磁率である。
【００２２】
測定されるべき磁場の磁束密度が得られたとき、測定されるべき電流Iは、上述した方程式によって得られる。
【００２３】
実際には、導電ケーブルは、長い直線のワイヤでなく、又、導電ケーブルの円形の接平面（tangent plane）が完全な円形平面でなく、この平面は対称でない。従って、これらの非理想性は、ホールセンサを有する変流器の誤った測定を累積することになってしまう。
【００２４】
本発明の一実施例は、鉄心のないホールセンサを用いた電流測定装置および電流測定方法を提供する。電力システムが電力を供給するため一つの導電ケーブルを有するか又は複数の導電ケーブルを有するか否かにかかわらず、これら電流測定装置および電流測定方法を、導電ケーブルの電流を測定するように用いることができる。換言すると、本発明の一実施例によって提供された、鉄心のないホールセンサを用いた電流測定装置および電流測定方法は、周囲の干渉およびきわめて長い直線の導電体でない測定導電ケーブルによってもたらされる問題点を軽減することができる。
【００２５】
図１を参照すると、図１は、本発明の一実施例に係る鉄心のない電流測定方法および電流測定装置のホールセンサの構造を示す概略図である。複数組のホールセンサが、測定される導電ケーブル１０に取り付けられるか、又はその近くに配置される。一実施例において、ホールセンサ１１１、１１２は、互いに１８０°の角度に隔てられ、ホールセンサ１２１、１２２は、互いに１８０°の角度に隔てられ、およびホールセンサ１３１、１３２は、互いに１８０°の角度に隔てられている。図１には３組のホールセンサが示されているが、ホールセンサの組数は限定されない。即ち、一組み（二つ）だけのホールセンサが導電ケーブル１０に取り付けられるか、又はその近くに配置され、この一組みのホールセンサを用いる電流測定方法および電流測定装置は、この実施例において更に良好に実行することができる。更に、導電ケーブル１０は、アメリカンワイヤゲージ（AWG）ケーブル、クロスリンクドポリエチレン（XLPE）ケーブル、ポリエチレン（PE）ケーブル、ポリビニール（PVC）ケーブル、ポリエステルサルホン（PES）ケーブル、ポエステルエーテルケトン（PEEK）ケーブル等の如き任意の種類のケーブルにすることができる。
【００２６】
ホールセンサ１１１、１１２、１２１、１２２、１３１、１３２は、磁場を検知して磁場の各磁束密度を得るようにし、且つ磁場の磁束密度に従って測定された電流を演算する。次いで、ホールセンサ１１１、１１２、１２１、１２２、１３１、１３２は、出力電圧をその後段の回路に発生する。この後段の回路は、統計的電圧を発生するように受領した電圧について統計的演算を実行し、この統計的電圧を、導電ケーブル１０に流れる電流を測定するように用いることができる。
【００２７】
ホールセンサの出力電圧を統計的演算に使用して統計的電圧を取得し、この統計的電圧を使用して導電ケーブル内に流れる電流を測定することは、導電ケーブル１０の非対称によってもたらされる不均一な磁場分布の問題を減少することができることに留意されたい。従って、一組のホールセンサの数は、本発明の範囲を限定するものでない。例えば、三つのホールセンサを一組にしたものを上述したように効果的に用いることができる。更に、一組におけるホールセンサを対称に配置すると、良好な測定結果を得ることができることが明らかである。例えば、一組における三つのホールセンサは、互いに１２０°の角度をあけて配置される。
【００２８】
図２を参照すると、図２は、本発明の一実施例によって提供された、鉄心のないホールセンサを用いた電流測定装置示す回路図である。ホールセンサ２１〜２Nは、磁場の磁束密度を検出して出力電圧を統計的演算回路２９９に発生させるように用いられる。この統計的演算回路２９９は、一例では平均的な回路である。この統計的演算回路２９９は、複数の抵抗R1、R2と、増幅器２９８とを備えている。一例では、統計的電圧V0は、ホールセンサ２１〜２Nの出力電圧の平均である。統計的電圧V0は、次式によって表わされる。
【００２９】
【数２】
2010091545.tif 000004
ここで、R2=NR1、Nは、ホールセンサの数である。
【００３０】
統計電圧を得た後、本発明の一実施例によって提供された電流測定方法および電流測定装置は、統計的電圧に従って導電ケーブルに流れる電流測定することができる。
【００３１】
図３乃至図６を参照すると、図３は、本発明の一実施例によって提供された、鉄心のない電流測定装置および電流測定方法の二つのホールセンサの異なる配置を示し、図４乃至図６は、図３に示された鉄心のないホールセンサを用いる電流測定装置および電流測定方法のホールセンサ異なる配置に従って導電ケーブル３０に流れる測定電流を示す。
【００３２】
図３において、導電ケーブル３０は、長い直線のワイヤではない。この導電ケーブル３０は、左方に曲げられ、従って、左側における磁場の磁束密度は、右側における磁束密度より大きい。この実施例では、電流測定装置および電流測定方法は、１８０°の角度で隔てられた二つのホールセンサ３０１、３０２の一組のみを使用している。
【００３３】
図４は、二つのホールセンサ３０１、３０２が図３に示すように、０°と１８０°との位置にそれぞれ配置されているとき、導電ケーブル３０に流れる測定電流を示す。図４において、水平軸は、時間の大きさを表し、垂直軸は、電流の大きさを表す。
【００３４】
曲線４０１は、ホールセンサ３０１の測定電流を示し、曲線４０２は、ホールセンサ３０２の測定電流を示す。曲線４０３は、本発明の一実施例によって提供された電流測定装置および電流測定方法によって測定された導電ケーブル３０に流れる測定電流を示す。この測定電流の大きさは、曲線４０１、４０２の電流の大きさの平均である。曲線４０４、４０５は、従来の変流器、即ち、リニア変流器によって測定された測定電流を示す。
【００３５】
図５は、二つのホールセンサ３０１、３０２が図３に示すように、４５°と２２５°との位置にそれぞれ配置されているとき、導電ケーブル３０に流れる測定電流を示す。図５において、水平軸は、時間の大きさを表し、垂直軸は、電流の大きさを表す。
【００３６】
曲線５０１は、ホールセンサ３０１の測定電流を示し、曲線５０２は、ホールセンサ３０２の測定電流を示す。曲線５０３は、本発明の一実施例によって提供された電流測定装置および電流測定方法によって測定された導電ケーブル３０に流れる測定電流を示す。この測定電流の大きさは、曲線５０１、５０２の電流の大きさの平均である。曲線５０４、５０５は、従来の変流器、即ち、リニア変流器によって測定された測定電流を示す。
【００３７】
図６は、二つのホールセンサ３０１、３０２が図３に示すように、９０°と２７０°との位置にそれぞれ配置されているとき、導電ケーブル３０に流れる測定電流を示す。図６において、水平軸は、時間の大きさを表し、垂直軸は、電流の大きさを表す。
【００３８】
曲線６０１は、ホールセンサ３０１の測定電流を示し、曲線６０２は、ホールセンサ３０２の測定電流を示す。曲線６０３は、本発明の一実施例によって提供された電流測定装置および電流測定方法によって測定された導電ケーブル３０に流れる測定電流を示す。この測定電流の大きさは、曲線６０１、６０２の電流の大きさの平均である。曲線６０４、６０５は、従来の変流器およびリニア変流器によって測定された測定電流を示す。
【００３９】
図４乃至図６において、従来の変流器、リニア変流器および本発明の一実施例によって提供された電流測定方法および電流測定装置によって測定された電流は、互いに接近している。即ち、本発明の一実施例によって提供された電流測定方法および電流測定装置は、従来の変流器およびリニア変流器と同様に正確である。
【００４０】
従って、電力システムが電力を供給する一つの導電ケーブルを有しているとき、その導電ケーブルの電流を測定するために、本発明に係る、鉄心のないホールセンサを有する電流測定方法および電流測定装置を用いることができる。しかしながら、幾つかの場合、例えば、三相電力システム等において、電力システムは、電力を供給する複数の導電ケーブルを有することがある。
【００４１】
例えば、三相電力システムを考慮すると、この三相電力システムは、R、SおよびTの導電ケーブルを有する。図７Aおよび図７Bを参照すると、図７Aおよび図７Bは、R、SおよびTの導電ケーブルの配置を示す概略図である。R、SおよびTの導電ケーブル７０１〜７０３は、同一平面に垂直方向に平行に配置され（図７Aに示されている）あるいは正三角形状に配置されている（図７Bに示されている）。これらR、SおよびTの導電ケーブルは、同時に異なった相を有する。これらR、SおよびTの導電ケーブルに流れる電流は、以下の式で表すことができる。
【００４２】
【数３】
2010091545.tif 000005
ここで、Iｍは、電流の大きさ、ωは、電流の角周波数である。
【００４３】
図８Aおよび図８Bを参照すると、図８Aは、R、SおよびT導電ケーブルが同一平面に垂直方向に平行に配置されている場合、三相電力システムにおける鉄心のないホールセンサを有する電流測定方法および電流測定装置を示す概略図であり、図８Bは、R、SおよびT導電ケーブルが正三角形状に配置されている場合、三相電力システムにおける鉄心のないホールセンサを有する電流測定方法および電流測定装置を示す概略図である。これら実施例においては、９０°の角度をあけて配置された複数のホールセンサ８０１〜８１２、８３１〜８４２がR、SおよびT導電ケーブル８２１〜８２３、８５１〜８５３に用いられている。これらR、SおよびT導電ケーブル８２１〜８２３、８５１〜８５３は、半径ｒ=０．０１４４メートルの導電ケーブルである。図８Aにおいて、二つの最も接近した導電ケーブル間の距離は、ｄで表わされているが、図８Bにおいては、ｄは、各導電ケーブルと正三角形の中心との間の距離として表わされている。
【００４４】
図９Aおよび図９Bを参照すると、図９Aは、図８Aの導電ケーブルに実際に流れる電流と測定電流との比に対する距離を示す曲線図であり、図９Bは、図８Bの導電ケーブルに実際に流れる電流と測定電流との比に対する距離を示す曲線図である。
【００４５】
図９Aにおいて、曲線９０１〜９０３は、R、SおよびT導電ケーブル８２１〜８２３にそれぞれ流れる実際の電流と測定電流との比を示す。距離ｄが２ｒであるとき、測定電流と実際の電流との間の最大誤差比は、約６．６％である。距離ｄが４ｒであるとき、測定電流と実際の電流との間の最大の誤差比は、約０．５％である。
【００４６】
図９Bにおいて、曲線９１１〜９１３は、R、SおよびT導電ケーブル８２１〜８２３にそれぞれ流れる実際の電流と測定電流との比を示す。距離ｄがｒであるとき、測定電流と実際の電流との間の最大の誤差比は、約６．１％である。距離ｄが２ｒであるとき、測定電流と実際の電流との間の最大の誤差比は、約０．５％である。
【００４７】
図９Aおよび図９Bから、三相電力システムにおける鉄心のないホールセンサを有する電流測定方法および電流測定装置は、正確な測定電流を得ることができる。即ち、本発明の一実施例によって提供されたホールセンサを用いる電流測定方法および電流測定装置は、周囲の干渉と、無限に長い直線導電体でない測定導電ケーブルによってもたらされる問題とを軽減することができる。
【００４８】
ここで、三相電力システムの不良状態について考慮する。三相電力システムが欠陥を有するとき、流れる電流は、過度状態に入る。即ち、導電ケーブルに流れる電流は、直流電流の成分を有し、この流れる電流の値は、静止状態で流れる電流よりも大きい。
【００４９】
図１０を参照すると、図１０は、三相電力システムが欠陥を有するとき、R、SおよびT導電ケーブルに流れる電流の値を示す曲線図である。欠陥は、０．０５秒で生じ、０．１秒で回復する。図１０から、流れる電流は、０．０５〜０．１秒の間隔（インターバル）で過度状態になり、流れる電流は他の場合には静止（スタティック）状態であることが判る。
【００５０】
図１１A乃至図１１Cを参照されたい。図１１A乃至図１１Cは、R、SおよびT導電ケーブルが距離ｄ=４ｒをもって、図８Aと同様に配置されたとき、これらR、SおよびT導電ケーブルのそれぞれにおける測定電流と実際の電流との磁束密度を示す曲線図である。図１１AのR導電ケーブルにおける測定電流と実際の電流との磁束密度の曲線は、曲線C１１００およびC１１０１として表わされる。これら二つの曲線C１１００およびC１１０１は、互いに近い。図１１BのS導電ケーブルにおける測定電流と実際の電流との磁束密度の曲線は、曲線C１１０２およびC１１０３として表わされる。これら二つの曲線C１１０２およびC１１０３は、互いに近い。図１１CのT導電ケーブルにおける測定電流と実際の電流との磁束密度の曲線は、曲線C１１０４およびC１１０５として表わされる。これら二つの曲線C１１０４およびC１１０５は、互いに近い。
【００５１】
図１２A乃至図１２Cを参照されたい。図１２A乃至図１２Cは、R、SおよびT導電ケーブルが距離ｄ=２ｒをもって、図８Bと同様に配置されたとき、これらR、SおよびT導電ケーブルのそれぞれにおける測定電流と実際の電流との磁束密度を示す曲線図である。図１２AのR導電ケーブルにおける測定電流と実際の電流との磁束密度の曲線は、曲線C１２００およびC１２０１として表わされる。これら二つの曲線C１２００およびC１２０１は、互いに近い。図１２BのS導電ケーブルにおける測定電流と実際の電流との磁束密度の曲線は、曲線C１２０２およびC１２０３として表わされる。これら二つの曲線C１２０２およびC１２０３は、互いに近い。図１２CのT導電ケーブルにおける測定電流と実際の電流との磁束密度の曲線は、曲線C１２０４およびC１２０５として表わされる。これら二つの曲線C１２０４およびC１２０５は、互いに近い。
【００５２】
図１２A乃至図１２Cから、実際に流れる電流が静止状態であるか過度状態であるかにかかわらず、本発明の一実施例によって提供された鉄心のないホールセンサを用いる電流測定方法および電流測定装置は、実際の電流の波形に略対応する正確な測定電流を得ることができる。即ち、本発明の一実施例によって提供された鉄心のないホールセンサを用いる電流測定方法および電流測定装置は直流飽和の問題をもたない。
【００５３】
図１３Aおよび図１３Bを参照すると、図１３Aは、三相電力システムが図１０のように実際に流れる電流を供給するとき、ｄ=４ｒを有する図８Aの導電ケーブルに流れる実際の電流と測定電流との比を示す曲線図であり、図１３Bは、三相電力システムが図１０のように実際に流れる電流を供給するとき、ｄ=２ｒを有する図８Bの導電ケーブルに流れる実際の電流と測定電流との比を示す曲線図である。
【００５４】
図１３Aおよび図１３Bにおいて、上記比は、全電流のRMS値に基づいている。従って、第一の期間（０．０１６７秒）前に、全電流のRMS値の計算はまだ終了してなく、比を比較することができない。しかし、第一のサイクル後、R、SおよびT導電ケーブルが同一平面に垂直方向に平行に配置されているか、正三角形に配置されているかにかかわらず、静止状態における測定電流と実際に流れる電流との最大誤差比は、０．５%以下であり、過度状態における測定電流と実際に流れる電流との最大誤差比は、増大するが、なお０．８%以下である。
【００５５】
ここで、導電ケーブルにおけるホールセンサの配置角度が考慮される。実際の使用において、ホールセンサの配置角度は、図８Aおよび図８Bにおけるホールセンサの配置角度と同じでない。
【００５６】
図１４を参照すると、図１４は、導電ケーブルに対するホールセンサの配置の角度θを示す概略図である。ホールセンサ１４０１〜１４０４は、導電ケーブル１４０１に取付けられるか、あるいはその近くに配置されている。図１５A〜１５Bを参照すると、図１５Aは、R、SおよびT導電ケーブルに対するホールセンサの配置角度θが図１４と同じであるとき、ｄ=４ｒを有する図８Aの導電ケーブルに流れる実際の電流と測定電流との比を示す曲線図であり、図１５Bは、R、SおよびT導電ケーブルに対するホールセンサの配置角度θが図１４と同じであるとき、ｄ=２ｒを有する図８Bの導電ケーブルに流れる実際の電流と測定電流との比を示す曲線図である。
【００５７】
図１５Aにおいて、曲線C１５０１〜C１５０３は、R、SおよびT導電ケーブルに流れる測定電流と実際の電流との比を示している。図１５Bにおいて、曲線C１５０４〜C１５０６は、R、SおよびT導電ケーブルに流れる測定電流と実際の電流との比を示している。図１５Aおよび図１５Bから、測定電流と実際の電流との最大比は、０．５%以下であることが判る。鉄心のないホールセンサを用いる電流測定方法および電流測定装置における導電ケーブルに対するホールセンサの配置角度θが本発明の範囲を限定するものでなく、任意に設定することができることに留意されたい。
【００５８】
図１６を参照すると、図１６は、本発明の一実施例に係る、鉄心のないホールセンサを用いる電流測定方法を示すフローチャートである。ステップS160において、複数のホールセンサは、導電ケーブルに取り付けられるか、またはその近くに配置されるように設けられる。ホールセンサを対称または非対称に配置することができ、また、ホールセンサの数は１以上であることを留意されたい。
【００５９】
次いで、ステップS161において、ホールセンサは、磁場の測定された磁束密度に従って出力電圧を出力し、統計的演算回路がホールセンサの出力電圧に統計的演算を行って統計的電圧を得るようにする。この統計的演算は、平均演算でよく、統計的電圧は、ホールセンサの出力電圧の平均電圧でよい。
【００６０】
最終的に、ステップS162において、鉄心のないホールセンサを用いる電流測定装置の後段の回路が統計的電圧に基づいて、導電ケーブルに流れる電流を測定する。
【００６１】
従って、ここに示された実施例は、鉄心のないホールセンサを用いる電流測定方法および電流測定装置の例示を示している。電力システムが電力を供給するようにした導電ケーブルが一つであるか複数であるかにかかわらず、ここに示された鉄心のないホールセンサを有する電流測定方法および電流測定装置を、導電ケーブルに流れる電流を測定することができるように用いることができる。本発明の一実施例によって提供された、鉄心のないホールセンサを有する電流測定方法および電流測定装置は、周囲の干渉および無限に長い直線の導電体でない測定すべき導電ケーブルによってもたらされる問題を除去することができる。
【００６２】
種々の変形および変更が、本発明の範囲を逸脱することなく本発明の構造になされ得ることが当業者に明らかである。上述の記載から、種々の変形および変更が以下の特許請求の範囲内にある限り、本発明は、これら変形および変更を含むものである。
【符号の説明】
【００６３】
１０      導電ケーブル
１１１、１１２、１２１、１２２、１３１、１３２  ホールセンサ
２９９  統計的演算回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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