(57)【要約】【課題】環状鉄心を貫通する主電路導体の貫通導体部に通常の導体を採用しつつ高い平衡特性が達成できるように改良した零相変流器を提供する。【解決手段】漏電遮断器，漏電保護継電器などに搭載して使用する零相変流器で、二次巻線を巻装した環状鉄心１に主電路の各相導体５Ｒ，５Ｎを貫通させ、該主電路に流れる零相電流を検出して２次巻線から信号を取り出すものにおいて、主電路の各相導体，もしくは１相分を除く他相の導体を複数の貫通導体５Ｒ-1，５Ｒ-2，５Ｎ-1，５Ｎ-2に分けて電流を分流させるようにした上で、環状鉄心１の穴内中央に定めた仮想中心Ｏに対して、前記した各相の貫通導体を点対称位置に分散配置する。【選択図】        図１
2010028019.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
漏電遮断器，漏電保護継電器などに搭載して使用する零相変流器であり、二次巻線を巻装した環状鉄心に主電路の各相導体を貫通させ、該主電路に流れる零相電流を検出して２次巻線から信号を取り出すものにおいて、
前記環状鉄心の貫通部において主電路の各相導体をそれぞれ複数本の貫通導体に分けて電流を分流させるようにした上で、環状鉄心の穴内中央に定めた仮想中心に対して、前記した各相の分割貫通導体を点対称位置に分散して配置したことを特徴とする零相変流器。
【請求項２】
漏電遮断器，漏電保護継電器などに搭載して使用する零相変流器であり、二次巻線を巻装した環状鉄心に主電路の各相導体を貫通させ、該主電路に流れる零相電流を検出して２次巻線から信号を取り出すものにおいて、
前記環状鉄心の貫通部において主電路導体の１相分を除く他相の導体を複数本の貫通導体に分けて電流を分流させるようにした上で、環状鉄心の穴内中央に定めた仮想中心に対して、前記した非分割の貫通導体を前記仮想中心に合わせて配置するとともに、複数本に分けた他相の分割貫通導体を各相ごとに点対称位置に分散して配置したことを特徴とする零相変流器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の零相変流器において、環状鉄心を貫通した主電路の各相導体は環状鉄心から横方向に引出した上で、二次巻線を二分割して環状鉄心の上下部分に分割して巻装したことを特徴とする零相変流器。
【請求項４】
請求項１または２に記載の零相変流器において、環状鉄心を貫通した主電路の各相導体は環状鉄心から横方向に引出した上で、二次巻線を環状鉄心の上下部分のいずれか一方に巻装したことを特徴とする零相変流器。
【請求項５】
請求項３または４に記載の零相変流器において、環状鉄心の形状が横長なレーストラック形であり、該環状鉄心を貫通する主電路の各相に対応する貫通導体が環状鉄心の穴内の仮想中心に対し横一列に並べて点対称位置に分散配置したことを特徴とする零相変流器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、漏電遮断器，漏電継電器などに搭載して使用する零相変流器に関する。
【背景技術】
【０００２】
頭記した零相変流器は、二次巻線を巻装した環状鉄心に主電路の各相導体を貫通させ、主電路に流れる零相電流を検出して２次巻線から信号を取り出すものであり、周知のように漏電遮断器においては、遮断器ケース内の負荷側端子に近い箇所に零相変流器を収容配置した上で、その環状鉄心を貫通して単相，あるいは三相主電路の各相に連なる導体が敷設されている。次に、単相回路（単相三線式）に適用する零相変流器を例に、その構成を図９に示す。
【０００３】
図９において、１は円環形の環状鉄心（パーマロイ）、２は環状鉄心１の周回方向に沿ってその全域に巻装した二次巻線（トロイダルコイル）、３は二次巻線に接続した出力ケーブル（同軸ケーブル）、４は環状鉄心１を包囲した磁気シールド、５Ｒ，５Ｎは主電路のＲ相，Ｎ相に対応する導体（一次導体）であり、この主回路導体５Ｒ，５Ｎは正面に向けて縦向き姿勢に配置した零相変流器の環状鉄心１を左右からＵ字状に貫通し、ここで導体５Ｒ，５Ｎは導体同士および環状鉄心１との間が等間隔となるように環状鉄心１の穴中心に対して点対称位置に並んで敷設されている。なお、零相変流器の動作原理は周知であり、ここではその説明は省略する。
【０００４】
ところで、上記構成の零相変流器では、環状鉄心１と主電路の導体５Ｒと５Ｎとの幾何学的な相対位置，鉄心１に巻装した二次巻線２，環状鉄心１の磁気特性にバラツキがあると、零相変流器の平衡特性が低下する問題がある。
すなわち、図９の環状鉄心１に表したポイントＡ，Ｂに生じる磁束について考察すると、ポイントＡはＲ相の導体５Ｒとの距離がＮ相の導体５Ｎよりも短く、逆にポイントＢはＮ相導体５Ｎとの距離がＲ相導体５Ｒよりも短いことから、この距離差によりポイントＡ，Ｂには主電路の導体５Ｒ，５Ｎを流れる電流の向きに相応した磁場を受けて逆方向の磁束が生じる。この場合に、電路の導体５Ｒ，５Ｎに流れる一次電流が平衡していれば、各相の電流により発生した磁界を環状鉄心１と二次巻線２で周回積分することにより、二次出力は原理的にゼロとなるが、前記のように環状鉄心１と主電路導体５Ｒと５Ｎとの間に幾何学的な相対位置のずれがある、環状鉄心１に巻装した二次巻線２がその全周で均等に巻かれてない、あるいは環状鉄心１の磁気特性に局部的なバラツキがあったりすると、前記ポイントＡ，Ｂに生じた逆方向の磁束が完全に打ち消されずに、二次出力には残留電流が残って零相変流器の平衡特性が低下する。
【０００５】
そこで、前記問題を解決するために、主電路の各相導体を同心円状に配置して平衡特性を高めるようにした零相変流器が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特公昭３６−２３４０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のように主電路の各相導体を同心円状に配置した構成の零相変流器は、製作および漏電遮断器への組込み性で次記のような課題がある。
まず、第１の課題は零相変流器の製造上の問題である。すなわち、環状鉄心を貫通する主電路の各相導体（バー導体）は、その導体同士の相互間，および環状鉄心との間を電気的に絶縁する必要があるが、環状鉄心の貫通部においてパイプ状になる一次導体を同心位置に正しく位置決めしてその相互間を絶縁処理することは、実際の組立作業，工程が複雑になる。
【０００７】
また、第２の課題として、主電路導体をパイプ状導体に形成して同心配置すると、特に多相回路に適用する零相変流器では各相の一次導体を取り囲む環状鉄心が大径となってその高さ寸法が必然的に背高になる。一方、漏電遮断器，配線用遮断器の製品は、そのケースサイズが統一されていることから、そのケースに搭載する零相変流器が背高になると漏電遮断器のケース内への収容，組込みに支障を来す。
【０００８】
そのほか、漏電遮断器のケースに収容配置した零相変流器に対して、左右および中央に振り分けてケース内部に敷設した主電路の各相導体を集約して零相変流器の環状鉄心に貫通させるには、図１０（ａ），（ｂ）で示すように主電路導体５Ｒ，５ＮをＵ字状に屈曲させた上で、環状鉄心１の外周部を横切るよう左右に振り分けて環状鉄心１から導体５Ｒ，５Ｎを側方に引き出す必要がある。
【０００９】
しかしながら、上記のような主回路導体の配線経路では導体５Ｒ，５Ｎが環状鉄心１の穴を貫通する部分に生じる磁束φR-1，φN-1のほか、環状鉄心１から左右方向に引出した導体部分に流れる電流による回り込み磁束φR-2，φN-2が環状鉄心１，二次巻線２に鎖交して干渉する。この場合に、磁束φR-1，φN-1は環状鉄心１に対してその周回方向に一致するが、磁束φR-2，φN-2は磁束φR-1，φN-1と直交する方向から局部的に鎖交する。
【００１０】
このために、先記のように環状鉄心１と主電路導体５Ｒと５Ｎとの幾何学的な相対位置，環状鉄心１に巻装した二次巻線２，および環状鉄心１の磁気特性にバラツキがあると、前記した磁束φR-2，φN-2との鎖交による影響が加わって零相変流器の平衡特性が一層低下するようになる。
この発明は、上記の点に鑑みなされたものであり、その第１の目的は零相変流器の環状鉄心を貫通する主電路導体の貫通導体部に通常の導体を採用しつつ、先記の特許文献１に開示されている同心円配置構造と同等な平衡特性が達成できるようにし、また第２の目的は平衡特性の向上と併せて、漏電遮断器などに組み込み易いように環状鉄心の背高寸法の縮減が可能なように改良した零相変流器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、この発明によれば、漏電遮断器，漏電保護継電器などに搭載して使用する零相変流器で、二次巻線を巻装した環状鉄心に主電路の各相導体を貫通させ、該主電路に流れる零相電流を検出して２次巻線から信号を取り出すものにおいて、その環状鉄心を貫通する主回路導体，環状鉄心に巻装した二次巻線，鉄心形状を次記のように構成，配置する。
（１）第１の目的に対しては、前記環状鉄心の貫通部において主電路の各相導体をそれぞれ複数本の貫通導体に分けて電流を分流させるようにした上で、環状鉄心の穴内中央に定めた仮想中心に対して、前記各相の分割貫通導体を点対称位置に分散して配置する（請求項１）。
【００１２】
あるいは、主電路導体の１相分を除く他相の導体を複数本の貫通導体に分けて電流を分流させるようにした上で、環状鉄心の穴内中央に定めた仮想中心に対して、前記した非分割の貫通導体を前記仮想中心に合わせて配置するとともに、複数本に分けた他相の分割貫通導体を各相ごとに点対称位置に分散して配置する（請求項２）。
（２）第２の目的に対しては、環状鉄心を貫通した前項（１），（２）の主電路の各相導体は環状鉄心から横方向に引出した上で、二次巻線を二分割して環状鉄心の上下部分に分割して巻装する（請求項３）。あるいは、二次巻線を環状鉄心の上下部分のいずれか一方に集中して巻装する（請求項４）。
【００１３】
また、前記構成において、環状鉄心の形状を横長なレーストラック形として、該環状鉄心を貫通する主電路の各相に対応する貫通導体を、環状鉄心の穴内の仮想中心に対し横一列に並べて点対称位置に分散配置する（請求項５）。
【発明の効果】
【００１４】
上記構成により次記の効果を奏することができる。
（１）前記請求項１，２のように複数本に分割した導体を含めて各相の主電路貫通導体（一次導体）を環状鉄心の仮想中心に対して点対称位置に並べて分散配置することにより、環状鉄心を貫通した各相の主電路導体に流れる電流は、等価的に前記仮想中心に流れるものと見なすことができる。したがって、各相の貫通導体が前記仮想中心に対して点対称位置に正しく位置決めされていれば、環状鉄心に巻装した二次巻線，環状鉄心の磁気特性のバラツキ、および主電路の貫通導体と環状鉄心の幾何学的な相対位置のずれに起因する残留電流の発生，平衡特性の低下を防ぐことができる。
（２）また、前記請求項３，４のように環状鉄心を貫通した主電路の導体（一次導体）を左右の方向に引出した上で、二次巻線は一次巻線の引出し方向と直交するように環状鉄心の上下部分に分割巻き，ないし集中巻きすることにより、二次巻線は一次導体の引出し部を通流する電流による回り込み磁束との鎖交がなくてその影響を受けることがなく、これにより零相変流器の高い平衡特性が確保できる。
（３）さらに、前記請求項５のように、環状鉄心の形状を横長なレーストラック形として、該環状鉄心を貫通する主電路の各相に対応する貫通導体を、環状鉄心の穴内の仮想中心に対し横一列に並べて点対称位置に分散配置することにより、前項（１），（２）で述べた高い平衡特性を維持しつつ、各相の一次導体を同心円上に配置した従来技術（特許文献１参照）と比べて環状鉄心の背高寸法を縮減でき、これにより漏電遮断器のケースへの組込みが容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、この発明の実施の形態を図１〜図８に示す実施例に基づいて説明する。なお、図１、および図２，図３はそれぞれ単相回路，三相回路に対応する各相の主電路導体の配置を表す模式図、図４〜図７、および図８はそれぞれ三相回路，単相回路に適用する零相変流器の具体的な構成図であり、図９，図１０に対応する部材には同じ符号を付してその説明は省略する。
【実施例１】
【００１６】
この発明の請求項１，２に係わる実施例を図１〜図３により説明する。まず、図１（ａ），（ｂ）は単相回路（単相三線式）に適用した零相変流器を貫通する各相の主電路導体（一次導体）５Ｒ，５Ｎの配置を模式的に表した図であり、図１（ａ）の実施例では環状鉄心１の貫通部において、Ｒ相，Ｎ相の導体がそれぞれ２本の貫通導体５Ｒ-1，５Ｒ-2および５Ｎ-1，５Ｎ-2に分けて各相の電流を分流させるようにした上で、貫通導体５Ｒ-1，５Ｒ-2および５Ｎ-1，５Ｎ-2が、環状鉄心１の穴内中央に設定した仮想中心Ｏ（仮想中心Ｏは必ずしも環状鉄心の幾何学的な中心と一致しなくてもよい）に対して点対称位置に分散して配置されている。また、図１（ｂ）の実施例ではＲ相を貫通導体５Ｒ-1，５Ｒ-2に分けた上で仮想中心Ｏに対して点対称位置に配置し、Ｎ相の導体５Ｎは分割せずにそのまま仮想中心Ｏに配置している。
【００１７】
この構成によりＲ相，Ｎ相の主電路導体を流れる電流は、環状鉄心１の貫通部において等価的に各相の導体を同心円上に配置した構成（特許文献１参照）と同様に、前記の仮想中心Ｏに流れると見なすことかできる。したがって、図示のように環状鉄心１を貫通するＲ相，Ｎ相の導体が前記仮想中心Ｏに対して正しく点対称位置に位置決めされていれば、環状鉄心１に巻装した二次巻線２，環状鉄心の磁気特性のバラツキ、および主電路導体と環状鉄心との相対的な中心位置ずれに起因する残留電流の発生を防いで高い平衡特性を確保できる。
【００１８】
次に、三相回路（三相三線式，三相四線式）に適用した零相変流器を貫通する主電路導体の配置を図２（ａ），（ｂ）、および図３（ａ）〜（ｄ）に示す。なお、図中で、５Ｒ，５Ｓ，５Ｔ，５Ｎはそれぞれ環状鉄心１を貫通するＲ，Ｓ，Ｔ，Ｎ相の主電路導体を表している。
ここで、図２（ａ）の実施例は図１（ａ）の導体分割方式と同様に、Ｒ，Ｓ，Ｔ各相の導体をそれぞれ２本の貫通導体５Ｒ-1，５Ｒ-2，５Ｓ-1，５Ｓ-2，および５Ｔ-1，５Ｔ-2に分けて各相の電流を分流させるようにした上で、環状鉄心１の穴内に設定した仮想中心Ｏに対して前記の各貫通導体を点対称位置に分散して配置している。また、図２（ｂ）は図２（ａ）の応用例であり、各相の分割導体に断面扇形の導体を採用し、図示のように環状鉄心１の周方に沿わせて導体断面積の拡大化を図るようにしている。
【００１９】
一方、図３（ａ）〜（ｄ）は図１（ｂ）の導体分割方式に対応し、１相の主電路導体は分割せずに環状鉄心１の仮想中心Ｏに配置し、他相の導体はそれぞれ複数の並列導体に分けた上で、各相ごとに仮想中心Ｏに対して点対称位置に分散配置するようにしている。
すなわち、図３（ａ）の実施例ではＳ相の導体５Ｓを仮想中心Ｏに配置し、残るＲ相，Ｔ相の導体をそれぞれ２本の導体５Ｒ-1，５Ｒ-2，および５Ｔ-1，５Ｔ-2に分けた上で、仮想中心Ｏに対して点対称位置に配置している。
【００２０】
また、図３（ｂ）はＲ，Ｔ相の導体を３本の導体５Ｒ-1，５Ｒ-2，５Ｒ-3および５Ｔ-1，５Ｔ-2，５Ｔ-3に分けた上で、各相の分割導体を仮想中心Ｏに対して点対称位置に設置している。
さらに、図３（ｃ），（ｄ）は三相四線式に適用する実施例で、（ｃ）ではＮ相の導体５Ｎを仮想中心Ｏの位置に配置している。これに対して、（ｄ）の実施例では平時はＮ相の導体５Ｎに電流が流れないことに着目して、導体５Ｎを環状鉄心１の空いたスペースを利用して非点対称位置に配置しており、いずれの実施例でも図１の単相回路用で述べたと同様に零相変流器の高い平衡特性を達成できる。
【実施例２】
【００２１】
次に、漏電遮断器に搭載する零相変流器について、この発明の請求項３〜５に対応する三相回路用の実施例を図４〜図７に、また単相回路用の実施例を図８に示す。
まず、図４の実施例において、環状鉄心１は横長なレーストラック形で、該環状鉄心１を貫通する主電路のＲ，Ｓ，Ｔ相に対応する各相の貫通導体が、実施例１で述べた環状鉄心１の仮想中心に対し次記のように横一列に並んで点対称位置に分散配置されている。
【００２２】
ここで、漏電遮断器のケース内部に敷設した主電路の導体は、左側からＲ，Ｓ，Ｔ相の順に並んで敷設されており、ケース内部の中央に配置した零相変流器の環状鉄心１に対して、ケース内部の中央に並ぶＳ相の導体５Ｓは真っ直ぐに環状鉄心１を貫通している。これに対して、Ｒ相の導体５Ｒ，Ｔ相の導体５Ｔは左右側方から環状鉄心１に向けて回り込み、鉄心の貫通部においては図３（ａ）の実施例と同様にＲ相，Ｔ相を２本の貫通導体５Ｒ-1，５Ｒ-2，および５Ｔ-1，５Ｔ-2に分けて前記の引き込み導体５Ｒ，５Ｔに並列接続した上で、貫通導体５Ｒ-1，５Ｒ-2，および５Ｔ-1，５Ｔ-2は、環状鉄心１の穴内中央に定めた仮想中心Ｏに対して各相ごとに点対称位置に分散配置している。なお、この場合にＲ相の導体５Ｒ，Ｔ相の導体５Ｔから貫通導体５Ｒ-1，５Ｒ-2，および５Ｔ-1，５Ｔ-2に分流する電流が等分に流れるように導体の抵抗を調整しておくようにする。
【００２３】
また、図示実施例では、環状鉄心１に巻装した二次巻線２を二等分の分割巻線２ａ，２ｂに分けた上で、分割巻線２ａ，２ｂを環状鉄心１の上辺および下辺の中央部分に振り分けて分割巻きしている。
上記構成により、Ｒ，Ｓ，Ｔ各相に流れる電流は、先記の実施例１で述べたように環状鉄心１の貫通部において仮想中心位置に流れると見なすことかできる。これに加えて、二次巻線２ａ，２ｂはレーストラック形環状鉄心１の上下辺の中央部分に分けて巻装されているので、左右側方から環状鉄心１に引き込んだＲ相，Ｔ相の導体５Ｒ，５Ｔに流れる電流によって発生する回り込み磁束（図１０（ｂ）参照）は二次巻線２ａ，２ｂと直接的に鎖交することがなく、これにより三相回路の主電路を流れる電流が平衡状態であれば、二次巻線に不要な不平衡出力が生じるのを防止して零相変流器の高い平衡特性を達成することができる。
【００２４】
しかも、上記のようにレーストラック形の環状鉄心１に対して、該鉄心を貫通する各相の主電路導体を横一列に並べて配置したことにより、その環状鉄心１は先記の特許文献１に開示されている主電路導体の同心円配置構造と比べて背高寸法を縮減でき、これにより漏電遮断器のケースに零相変流器を組込む際のスペース的な制約が緩和される。
次に、図４の実施例を基本にした応用例を図５〜図８に示す。まず、図５は三相四線式回路に適用する応用実施例であり、この実施例においてはＮ相の主電路導体５Ｎを仮想中心位置に貫通配置し、他のＲ，Ｓ，Ｔ相の導体は図３（ｃ）と同様に２本の貫通導体５Ｒ-1，５Ｒ-2，５Ｓ-1，５Ｓ-2，および５Ｔ-1，５Ｔ-2に分けた上で、各相ごとに前記貫通導体を環状鉄心１の仮想中心に対して横一列の点対称位置に分散して配置している。なお、Ｒ相，Ｔ相の導体は図４と同様に環状鉄心１に対して左右の方向に引き出し、二次巻線は分割巻線２ａ，２ｂに分けた上で環状鉄心１の上辺部，下辺部に振り分けて分割巻きしている。
【００２５】
また、図６の実施例は、図３（ｄ）に示した実施例１に対応したもので、Ｓ相の導体５Ｓをレーストラック型環状鉄心１の仮想中心に貫通配置し、Ｒ相，Ｔ相は２本の貫通導体５Ｒ-1，５Ｒ-2，５Ｔ-1，５Ｔ-2に分けた上で、各相ごとに前記貫通導体を環状鉄心１の仮想中心に対し横一列の点対称位置に並ぶように分散して配置し、さらにＮ相の導体５Ｎ（平衡状態では電流が流れない）は左側に寄せて非点対称位置に貫通配置している。
【００２６】
図７は図６の応用実施例であり、この実施例ではＮ相の主電路導体５Ｎを平板導体に代えて環状鉄心１の穴内底部に貫通配置している。これによりレーストラック型環状鉄心１の横幅サイズを縮減して零相変流器を小形化できる。
図８は単相回路（単相三線式）に適用した実施例で、レーストラック型の環状鉄心１に対してＮ相の主電路導体５Ｎを仮想中心位置に貫通配置し、Ｒ相は２本の貫通導体５Ｒ-1，５Ｒ-2に分けた上で、仮想中心に対し横一列の点対称位置に並ぶよう配置している。
【００２７】
なお、前記した図４〜図８の実施例では、横長なレーストラック型の環状鉄心１に対して、二次巻線を等分な分割巻線２ａと２ｂに分けた上で、鉄心の上辺部，下辺部に振り分けて分割巻きして主電路導体の引出し線による回り込み磁束との鎖交，干渉を防ぐようにしているが、各相の貫通導体を流れる電流による発生磁束は環状鉄心１を周回することから、環状鉄心１に巻装する二次巻線の巻装スペースに余裕があれば二次巻線２を環状鉄心１の上辺，下辺のいずれか一方に集中巻きしても同等な効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】この発明の実施例１に対応する単相回路用の零相変流器を貫通する主電路導体の配置を表す模式図で、（ａ），（ｂ）はそれぞれ異なるバリエーションの配置図
【図２】この発明の実施例１に対応する三相回路用の零相変流器を貫通する主電路導体の配置を表す模式図で、（ａ），（ｂ）はそれぞれ異なるバリエーションの配置図
【図３】図２と異なる実施例による主電路導体の配置を表す模式図で、（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ異なるバリエーションの配置図
【図４】この発明の実施例２に対応する三相回路用零相変流器の構成図
【図５】図４と異なるバリエーションの構成図
【図６】図４の応用実施例で、三相四線式回路に適用する三相回路用零相変流器の構成図
【図７】図６と異なるバリエーションの構成図
【図８】図４の応用実施例で、単相回路に適用する三相回路用零相変流器の構成図
【図９】単相回路に適用する零相変流器の従来構成図
【図１０】図９の構成による零相変流器の平衡特性低下の説明図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）の横断面図
【符号の説明】
【００２９】
１    環状鉄心
２    二次巻線
２ａ，２ｂ  分割巻線
５Ｒ，５Ｓ，５Ｔ，５Ｎ    主電路の各相導体
５Ｒ-1〜５Ｒ-3，５Ｓ-1〜５Ｓ-3，５Ｔ-1〜５Ｔ-3    貫通導体
【図１】
2010028019.tif 000003
【図２】
2010028019.tif 000004
【図３】
2010028019.tif 000005
【図４】
2010028019.tif 000006
【図５】
2010028019.tif 000007
【図６】
2010028019.tif 000008
【図７】
2010028019.tif 000009
【図８】
2010028019.tif 000010
【図９】
2010028019.tif 000011
【図１０】
2010028019.tif 000012