(57)【要約】      （修正有）【課題】鉄心の磁束密度を小さくさせ、かつ外部磁界の影響も低減させ、２つの３次巻線に流れる電流出力を加算させ１つのＣＴの検出出力とさせたことにより、外部磁界、１次側の励突電流による磁気飽和を防止する３分割３ＣＴを提供する。【解決手段】分割型ＣＴの各コア毎に２次巻線と３次巻線を独立して巻回させ２次巻線電流を演算増幅器を介し電圧に変換しその後電圧電流変換により３次巻線に定電流のフィードバックをかけて一次電流と逆の電流を流し、鉄心の磁束密度を小さくさせしかも外部磁界の影響をも低減できるようにさせ２つの３次巻線に流れる電流出力を加算させ１つのＣＴの検出出力とさせ、３つのＣＴの出力を加算回路により零相電流出力とさせたことにより１次側での励突電流の発生にたいしコアの磁気飽和を防止させ残留の異常増大を防止出来るようにした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つのＣＴを構成する一対の鉄心に於いて、分離可能な各々の鉄心の回りに２次巻線を巻回させ、その２次巻線の回りに各々３次巻線を巻回し、各々の２次巻線の出力は各々演算増幅器を通し定電流モードで１次電流とは逆向きに３次巻線に流し、２つの３次巻線の電流出力を加算させて１つのＣＴの出力とさせ、１次電流が６００Ａ時の使用配置状態に於いて、鉄心の各部分の磁束密度が３０〜３００ガウス程度の範囲に入るようなＣＴで構成した分割型３ＣＴ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は高圧配電線路及び低圧電路で零相電流検出用に使用する分割型３ＣＴに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来は、残留特性を高性能にする為に、使用する高透磁率材はパーマロイを使用し、鉄心の回りに２次巻線を巻回させて３つのＣＴの出力を並列接続させて零相電流を検出していた。この時１次電流が定格定常状態において鉄心の磁束密度は１０００ガウス以下となるようした。これは１０００ガウス以下ならばコアの特性のＢ−Ｈカーブが可逆特性に近くなることから残留電流が小さくなる為である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の分割型３ＣＴは定常状態での残留電流は特性が良いものができるが１次側においてトランスの無負荷励磁電流即ち励突電流が発生するとコアは磁気飽和を起こし残留電流が極端に大きいものになることがある。この課題を解決させる為、従来の３ＣＴは出力に接続された電子回路内での時定数により誤検出をなくすようにしている。しかし３ＣＴの励突時の時定数は数秒間に達する為、正常の零相電流が発生した時、検出遅れが生じ、他の貫通型ＺＣＴとの検出時間での保護協調が取れず不都合があった。
【０００４】
この問題の解決の為、鉄心の断面積を大きくししかも巻線径の太いもので多数巻回し、定常状態の磁束密度を小さくさせることにより解決できる場合もあるが１次導体同士の離隔距離が狭い時などは、寸法上使用できずまた外部磁界の影響も加算され、異常な残留電流は解決できないのが現状である。
【０００５】
上記目的を達成させる為、本発明は分割型ＣＴの各コア毎に、２次巻線と３次巻線を独立して巻回させ、２次巻線の出力を演算増幅器により３次巻線に定電流のフィードバックをかけて、鉄心の磁束密度を小さくさせ、しかも外部磁界の影響をも低減できるようにさせ、２つの３次巻線に流れる電流出力を加算させ１つのＣＴの検出出力とさせたことにより、外部磁界、１次側の励突電流による磁気飽和を防止させ残留の異常増大現象を防止したことを特徴とするものである。
【０００６】
【実施例】
以下本発明の実施例について説明する。
外部磁界による磁束密度の増加を防ぐため、左右に分割されるコア毎にフィードバックをかけて外部磁界による磁束密度の上昇を抑えるとともに、相電流による磁束密度の上昇を抑えるようにした。結線例を図１に示す。
【０００７】
図１中、１次導体１に１次電流２が流れ、２次巻線３で１次電流２を検出し２次巻線３に流れる電流４を演算増幅器５のイマージナルショート回路により電流を流す。この電流を負担６で受け、負担６の電圧Ｅ２とＶ／Ａ変換器７の内部抵抗Ｚｓにより３次電流９に変換させ、３次巻線８の温度上昇による３次巻線９の内部抵抗変化に対しても影響を受けず一定の電流９を流す。図１中同一の回路が２つあるのは分割ＣＴの左右一対のコアは各々の２次巻線、３次巻線を巻きフィードバックを行っている為である。３次電流９は３次負担１０で演算増幅器１１により半コア同士による出力を加算させ１つのＣＴの出力としている。
【０００８】
図２は図１の等価回路である。３次巻線電流９の電流Ｉ３は１次電流を打ち消す方向に電流が流れるので３次巻線の巻き数をＮ３、２次巻線の巻き数をＮ２とし２次巻線の励磁インピーダンスＺι、２次側の漏れインピーダンスをＺｒすると下記の式が成り立つ。
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これより３次電流と１次電流の関係は次のようになる。
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ここで鉄心のインピーダンスＺｌは２次巻線を含めた漏れインピーダンスＺｒよりも十分大きくし、２次巻数と３次巻数を同じにすると
Ｚｌ≫Ｚｒ、Ｎ２＝Ｎ３より（４）式は
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となる。（５）式よりＩ３の誤差原因はＺｓとＺ２の値に関係し、Ｚｓを小さくするか、Ｚ２を大きくすると誤差は小さくなることがわかる。磁束密度に関係する励磁電流Ｉιは
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励磁電流と磁束密度の関係は
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が求まる。ここでＳはコアの断面積である。フィードバックがないときは、ＣＴの２次側をショートした時すなわちＩ３が零の時が磁束密度は最小値となるが、フィードバックを行った時は（５）式よりＺｓを大きくするかまたはＺ２の値を小さくせることによりＩ３はＩ１／Ｎ２に近づく。これにより（８）式の磁束密度Ｂは小さくできる。（８）式の磁束密度と励突電流による残留電流の大きさは関係があり、１次側で励突電流が流れると、３ＣＴの２次側でも同じように過渡励磁現象がおこる。残留電流は直流電流が含まれ時間と共に大きくなりピーク値がを越えるとその後は徐々に減少する。この直流電流のピーク値で交流分の磁束密度との和がコアの飽和磁束密度を越えなければ大きな残留電流の発生はない。高圧配電線に接続されている高圧トランスや低圧機器の容量通常の励突電流の大きさは範囲がある為、その範囲での磁束密度の上昇から本発明による磁束密度の範囲を決めることにより励突電流による問題は解決する。
【０００９】
図３は試験装置である。実験は３相で行った。１次電流は不平衡電流で電流は２５０、６００，５００Ａとした。１次側の励突電流は２つのＣＴに３３ターン巻き付け、Ｃ＝６８０００μＦでＲｘ＝２Ωとし、１次側の負荷が無負荷のトランスに接続され電源印加時、トランスの励磁無負荷電流に於いて磁気飽和により半波状の直流電流電流が流れこの時定数をＴ＝１３０ｍＳＥＣとした。これは高圧３相２００ＫＶＡでトランスの無負荷励磁電流の実測により約ピーク値１０００Ａの値からＤＣ分は５００Ａ、交流分を６００Ａとした。実験は連続に最大電流を６００Ａ流し、その時にコンデンサＣに充電させた電荷を放電させた。数１０回繰り返し残留電流の最も大きくなる値を求めた。コア２０は従来品と本発明品の寸法図である。コア、巻線、トータル巻付け回数とも同じにし、巻線の結線を変えて従来品と本発明品の比較をおこなった。従来品の巻き数はφ０．３５で４０００ターン巻きいた。３ＣＴとしての零相負担は４００Ωとし零相電流１Ａ時１００ｍＶとした。１次電流が６００Ａ時の鉄心の磁束密度は約９００ガウス、インダクタンスは鉄心の磁束密度の大きさで異なり２倍近くまで変化するが、磁束密度が１５００ガウスでは約１００Ｈ、巻線抵抗は３４Ωである。本発明品は４０００ターンの巻数を左右２０００ターンづつに分けて、また片側２０００ターンの内１０００ターンで１次電流を検出し、残りの１０００ターンでフィードバックをかけた。結線は図１に示すように行った。零相電流の出力は１Ａ時、１００ｍＶとなるよう、回路内の増幅度を合わせた。コア２１は大型品の３ＣＴで用コアで、高精度に設計した従来方式の３ＣＴのコアである。定格の６００Ａでは磁束密度を１０００ガウス以下となる用、巻線径はφ０．９で１，０００ターンとし零相負担は１００Ωとし零相電流の２次出力電圧は３試料とも同じとした。
【００１１】
図４は１時導体間の離隔距離が１３０ｍｍの時、各コアの部分の磁束密度を調べた時の配置関係と磁束密度の測定箇所を示したものである。外部磁界の影響は、コアが影響を受けても出力は各巻線部分の積分となることから、部分的に大きな外部磁界の影響があっても、出力が小さいことがある。その為２次巻線の負担を低抵抗負担にしても外部磁界の影響を打ち消す２次電流は少ない。この理由によりコアの断面積を小さくさせると部分的な磁気飽和は早くなる。本発明はこの影響を防止するため１つのＣＴで２つのフィードバックを行っている。その実験結果は図５に示す。図５より従来品は測定箇所Ａ、Ｂでの差が大きい。本発明は２つのフィードバックの効果で差が小さくしかも磁束密度そのものも３００ガウス以下で小さい。大型品はコアの断面積は従来品と本発明品に比べ約５倍大きいので外部磁界の影響による測定箇所Ａ、Ｂの差は小さい。しかし磁束密度は３００ガウスを超えている為、励突電流時には残留電流は大きくなる。
【００１２】
図６は実験回路１９によって行った従来品の残留電流の波形である。グラフの中で上の波形は残留電流のもので下の波形は直流電流のサージ波形を示す。残留電流は２０Ａ以上の大きさになっている。
図７は本発明による波形で残留電流は２Ａ程度となり従来品の１／１０である。図８は大型ＣＴ２１のもので残留電流は８Ａ程度である。
【発明の効果】
本発明により１次電流に励突電流が流れても残留電流の異常値の発生が解決できるようになった。これにより低コスト、小型軽量化が出来分電盤等の狭い箇所に設置でき励突電流による問題も解決でき高精度の零相電流検出が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は分割型３ＣＴでの１個の、ＣＴの巻線と電子回路部との結線を示した物である。
【図２】図２は図１の等価回路図である。
【図３】図３は実験装置と試験試料の寸法図である。
【図４】図４はコアの磁束密度を測定する箇所と各相の１次電流の大きさを示したものである。
【図５】図５は１次電流が同一時での各試料の磁束密度の大きさを示した表である。
【図６】図６は従来品のＣＴで３ＣＴとして使用し、１次電流がＡＣ６００Ａとピーク値が３３０Ａ時定数１３６ｍｓのＤＣが加算した時の残留電流波形と直流電流の波形である。
【図７】図６と同一条件で本発明品での試験結果の波形である。
【図８】図６と同一条件で大型品の試験結果の波形である。
【符号の説明】
１・・・１次導体    ２・・・１次電流    ３・・・２次巻線
４・・・２次側電流  ５・・・演算増幅器  ６・・・負担
７・・・Ｖ／Ａ変換器  ８・・・３次巻線  ９・・・３次電流
１０・・３次負担  １１・・・演算増幅器  １２・・１次側漏れインピーダンス
１３・・励磁インピーダンス  １４・・２次漏れインピーダンス
１５・・定電流回路  １６・・３次巻励磁インピーダンス
１７・・３次巻線漏れインピーダンス    １８・・３次巻線負担
１９・・残留電流試験回路  ２０・・従来品と本発明品の同一コア寸法図
２１・・従来の巻線方法による３ＣＴ用コア寸法図
【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７】
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【図８】
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