(57)【要約】【課題】１次導体に流れる高周波ノイズ電流によって２次巻線に誘起される高周波ノイズを低減させて誤動作するのを低減させる零相変流器を得る。【解決手段】１次導体６と、１次導体が貫通し、上面シールド、下面シールド、内側面環状シールドおよび外側面環状シールドで囲まれる２次巻線を巻いた環状コア３とを有する零相変流器において、２次巻線を囲む各シールドの各辺を少なくとも一個所、低周波では高インピーダンス、高周波では低インピーダンスで電気的に接続し、残りの個所を電気的に短絡する。例えば、内・外側面環状シールドを上下面まで延長し（１１，１２）、内側面環状シールドの延長した上面と外側面環状シールドの延長した上面で平行平板コンデンサを形成し、内側面環状シールドの延長した下面と外側面環状シールドの延長した下面で平行平板コンデンサを形成し、それら上下の平行平板コンデンサに誘電体膜１３を挿入する。【選択図】　　　　図１
2004014685.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相あるいは単相の電流が流れる１次導体と、
前記１次導体が貫通し、上面シールド、下面シールド、内側面環状シールドおよび外側面環状シールドで囲まれる２次巻線を巻いた環状コアと
を有する零相変流器において、
前記２次巻線を囲む各シールドの各辺を少なくとも一個所、低周波では高インピーダンス、高周波では低インピーダンスで電気的に接続し、残りの個所を電気的に短絡する構造とする
ことを特徴とする零相変流器。
【請求項２】
請求項１に記載の零相変流器において、
前記外側面環状シールドと前記内側面環状シールドをそれぞれ上下面まで延長し、前記内側面環状シールドの延長した上面と前記外側面環状シールドの延長した上面で平行平板コンデンサを形成すると共に、前記内側面環状シールドの延長した下面と前記外側面環状シールドの延長した下面で平行平板コンデンサを形成し、それら上下の平行平板コンデンサに誘電体膜を挿入した構造とする
ことを特徴とする零相変流器。
【請求項３】
請求項１に記載の零相変流器において、
各シールドの接続部の少なくとも１つをコンデンサで接続し、残りの接続部を電気的に短絡する
ことを特徴とする零相変流器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、一次導体に高周波ノイズ電流が流れたときに、二次巻線に誘起される高周波ノイズを低減する零相変流器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、例えば特開２０００−３１１８２５号公報に示された従来の零相変流器を示す断面図である。また、図５は各部品を展開して示す概念図である。これら図において、１は上面シールド、２は内側面環状シールド、３は２次巻線を巻いた環状コア、４は外側面環状シールド、５は下面シールド、６は１次導体である。
【０００３】
一般に、零相変流器は、パーマロイなどの高透磁率材料で構成された環状鉄心に２次巻線を巻回し、三相電流もしくは単相電流が流れる１次導体６が環状鉄心の中空部を貫通するように配置して用いられる。漏電などのない平衡状態においては２次巻線に電圧が発生せず、非平衡状態においてのみ２次巻線に誘起電圧が発生し、これにより、異常状態の発生を検知するものである。しかし、実際には平衡状態においても環状鉄心の磁気飽和、鉄心材料の不均一、１次導体６の配置、２次巻線の不均一な配置などにより、１次電流によって作られる磁束が完全には零とならず、このため、２次巻線に電圧が発生する。シールド１、２、４、５は平衡時の１次電流による磁束を遮蔽するために２次巻線を巻回した環状鉄心を覆ったものである。
【０００４】
図６は、従来の零相変流器の概念図である。図において、７は１次導体、８はシールド、９はシールド間のギャップである。従来の零相変流器では、平衡時の電流による磁束を遮蔽する目的で、シールド８が取付けられている。しかし、各シールド８の接続部のすべてを電気的に接続すると、シールド８は本来検知すべき非平衡電流も遮蔽してしまう。シールド間の少なくとも１個所は、絶縁されていないとならない。そのため、図４に示すものと同様なシールド間のギャップ９によって、各シールド間は電気的に絶縁されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、零相変流器は、１次導体に流れる三相あるいは単相電流の非平衡を検知し、２次巻線に電圧として出力する装置である。しかし、モータ負荷のスイッチングなどの外的要因により、１次導体に高周波ノイズ電流が流れると、２次巻線に高周波ノイズが誘起され電圧ノイズとして出力される。このノイズは零相変流器の出力に接続された機器を誤動作させるため、この２次巻線に誘起される高周波ノイズを低減させる必要があった。
【０００６】
この発明は上述した従来例に係る問題点を解消するためになされたもので、１次導体に流れる高周波ノイズ電流によって２次巻線に誘起される高周波ノイズを低減させて零相変流器が誤動作するのを低減させることができる零相変流器を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る零相変流器は、三相あるいは単相の電流が流れる１次導体と、前記１次導体が貫通し、上面シールド、下面シールド、内側面環状シールドおよび外側面環状シールドで囲まれる２次巻線を巻いた環状コアとを有する零相変流器において、前記２次巻線を囲む各シールドの各辺を少なくとも一個所、低周波では高インピーダンス、高周波では低インピーダンスで電気的に接続し、残りの個所を電気的に短絡する構造とすることを特徴とするものである。
【０００８】
また、前記外側面環状シールドと前記内側面環状シールドをそれぞれ上下面まで延長し、前記内側面環状シールドの延長した上面と前記外側面環状シールドの延長した上面で平行平板コンデンサを形成すると共に、前記内側面環状シールドの延長した下面と前記外側面環状シールドの延長した下面で平行平板コンデンサを形成し、それら上下の平行平板コンデンサに誘電体膜を挿入した構造とすることを特徴とするものである。
【０００９】
さらに、各シールドの接続部の少なくとも１つをコンデンサで接続し、残りの接続部を電気的に短絡することを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る零相変流器の断面図である。図１において、図４に示す従来例と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。新たな符号として、１１は上下面まで延長された内側面シールド、１２は上下面まで延長された外側面シールド、１３は誘電体膜である。
【００１１】
漏電遮断機に搭載されている零相変流器を例にして、実施の形態１を説明する。図４に示す従来の零相変流器は、例えば、内径１２ｍｍ、外径１５ｍｍで、上面シールド１と内・外側面環状シールド２，４の間に約１ｍｍの間隔、下面シールド５と内・外側面環状シールド２，４の間に１ｍｍの間隔が開いている。各シールドの間のキャパシタンスＣを下式で概算すると、
Ｃ＝εＳ／ｄ
Ｃ：キャパシタンス、ε：誘電率、Ｓ：面積、ｄ：間隔
約１ｐＦである。１０ＭＨｚにおけるインピーダンスは、約１５０００Ωで絶縁されている。
【００１２】
この従来の零相変流器に対し、実施の形態１では以下のような改良を加えた。図４に示す従来の内側面環状シールド２と外側面環状シールド４をそれぞれ上・下面に延長し、平行平板コンデンサを形成した。平行平板コンデンサの平行導体の間隔は１μｍとし、その間に比誘電率が約５の誘電体膜１３をおいた。このように改良することによって、キャパシタンスは、約０．０１μＦになる。１０ＭＨｚにおけるインピーダンスは約１Ωとなり、短絡に近い状態となる。
【００１３】
すなわち、実施の形態１では、２次巻線を囲む各シールドの各辺を少なくとも一個所、低周波では高インピーダンス、高周波では低インピーダンスで電気的に接続し、残りの個所を電気的に短絡する構造とすることで、２次巻線に誘起される高周波ノイズが低減される。
【００１４】
電磁界解析（モーメント法）によって、従来の零相変流器と、改良した実施の形態１に係る零相変流器（上記の例）に誘起されるノイズを比較した。１次導体６に、１０ＭＨｚのコモンモードのノイズ電流を流し（ディファレンシャルモードのノイズ電流が１次導体に流れても、２次導体に大きな電圧は誘起されない。）、２次導体に誘起される電圧を比較した。その結果、改良した実施の形態１に係る零相変流器の場合、従来の零相変流器に比べて誘起される電圧が約２０ｄＢ低減された。
【００１５】
図２は、この発明の実施の形態１に係る零相変流器を漏電遮断機に搭載した概念図である。図２において、２０は零相変流器、２１は電子回路、２２は電磁スイッチ、２３は三相電源、２４は負荷である。
【００１６】
漏電遮断機では、零相変流器２０で６０Ｈｚの漏電電流を検知する。漏電電流が流れると、零相変流器２０を貫通する１次導体に非平衡電流が流れる。零相変流器２０では、１次導体に非平衡電流が流れると２次巻線に電圧が誘起される。その誘起された電圧を電子回路２１に入力する。電子回路２１は、入力電圧があるしきい値を超えると、電磁スイッチ２２を動作させる。このようにして、漏電遮断機では、漏電電流の発生時に遮断を行う。
【００１７】
しかし、漏電電流が発生していない場合でも、負荷２４のスイッチングにより発生した高周波ノイズや、外部からの電波によって１次導体に誘起されたノイズ電流によって誤動作することがある。本発明の零相変流器２０を、漏電遮断機に搭載することによって、この誤動作を低減させることができる。なお、実施の形態１では、漏電遮断機の場合について述べたが、その他の高圧地絡継電装置や、絶縁監視システムに適用しても同様の効果が得られる。
【００１８】
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２に係る零相変流器の断面図である。図３において、図４に示す従来例と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。新たな符号として、１４はコンデンサである。
【００１９】
漏電遮断機に搭載されている零相変流器を例にして実施の形態２を説明する。従来の零相変流器と、実施の形態２に係る零相変流器を比較すると、従来の零相変流器は、例えば、内径１２ｍｍ、外径１５ｍｍで、上面シールド１と内・外側面シールド２，４の間に約１ｍｍの間隔、下面シールド５と内・外側面シールド２，４の間に１ｍｍの間隔が開いている。実施の形態２に係る零相変流器は、この従来の零相変流器の各シールド間をそれぞれ１０個の０．０１μＦのコンデンサで接続した。
【００２０】
電磁界解析（モーメント法）によって、従来の零相変流器と、改良した実施の形態２に係る零相変流器（上記の例）に誘起されるノイズを比較した。１次導体６に、１０ＭＨｚのコモンモードのノイズ電流を流し（ディファレンシャルモードのノイズ電流が１次導体に流れても、２次導体に大きな電圧は誘起されない。）、２次導体に誘起される電圧を比較した。その結果、本発明の実施の形態２に係る零相変流器の場合、従来の零相変流器に比べて誘起される電圧が約１０ｄＢ低減された。
【００２１】
この発明の実施の形態２では、実施の形態１と同様に、実施の形態２における零相変流器を漏電遮断機に搭載して同様な効果を得ることができる。また、漏電遮断機の他に高圧地絡継電装置や、絶縁監視システムにも適用でき、同様の効果が得られる。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、三相あるいは単相の電流が流れる１次導体と、前記１次導体が貫通し、上面シールド、下面シールド、内側面環状シールドおよび外側面環状シールドで囲まれる２次巻線を巻いた環状コアとを有する零相変流器において、前記２次巻線を囲む各シールドの各辺を少なくとも一個所、低周波では高インピーダンス、高周波では低インピーダンスで電気的に接続し、残りの個所を電気的に短絡する構造とすることで、２次巻線に誘起される高周波ノイズが低減される。
【００２３】
また、前記外側面環状シールドと前記内側面環状シールドをそれぞれ上下面まで延長し、前記内側面環状シールドの延長した上面と前記外側面環状シールドの延長した上面で平行平板コンデンサを形成すると共に、前記内側面環状シールドの延長した下面と前記外側面環状シールドの延長した下面で平行平板コンデンサを形成し、それら上下の平行平板コンデンサに誘電体膜を挿入した構造とすることで、２次巻線に誘起される高周波ノイズが低減される。
【００２４】
さらに、各シールドの接続部の少なくとも１つをコンデンサで接続し、残りの接続部を電気的に短絡することで、２次巻線に誘起される高周波ノイズが低減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る零相変流器の断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る零相変流器を漏電遮断機に搭載した概念図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係る零相変流器の断面図である。
【図４】特開２０００−３１１８２５号公報に示された従来の零相変流器を示す断面図である。
【図５】従来の零相変流器の各部品を展開して示す概念図である。
【図６】従来の零相変流器の概念図である。
【符号の説明】
１　上面シールド、２　内側面環状シールド、３　コア、４　外側面環状シールド、５　下面シールド、６　１次導体、１１　内側面シールド、１２　外側面シールド、１３　誘電体膜、１４　コンデンサ、２０　零相変流器、２１　電子回路、２２　電磁スイッチ、２３三相電源、２４　負荷。
【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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