(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々がロゴスキ型巻線(C1、C2、...、Cn、...、CN)を含む少なくとも2つの部分回路(CB1、CB2、...、CBn、...、CBN)を含み、前記部分回路の各々は360度にわたって電流変成器の少なくとも1つの一次導体(10、10A、10B、10C)を取り囲む完全回路(CB)の角度部分の形に作成されており、前記完全回路は前記変成器に対するロゴスキ型二次回路の機能を有し、各部分回路(CBn)の巻線(Cn)は前記部分回路(CBn)の角度領域(θn)にわたり延長する復路巻線(Cn1)と共に往路巻線(Cn0)により構成された電流変成器であって、各部分回路(CBn)について、前記往路および復路巻線(Cn0、Cn1)は電気的に直列に接続され、両者とも、1対の隣接する電気的終端(T1n、T2n)を提供する単一の巻線(Cn)を形成するように同じ方向に巻かれた巻きを有し、前記巻線(Cn)の前記1対の電気的終端(T1n、T2n)は前記電流変成器の一次電流(ip)の像である完全信号(vs)を生成するように設計された獲得システム(7、7')に接続されていて、
部分回路(CBn)の1対の電気的終端(T1n、T2n)は前記部分回路の2つの角度端部(E1n、E2n)の1つに配置され、前記往路および復路巻線(Cn0、Cn1)は各々が前記部分回路(CBn)の角度領域(θn)に沿って延長し、かつ、前記部分回路の他の角度端部において電気的に直列に接続されていて、
各部分回路は、2つの面の各々上に複数組(31、32)の金属線路を有する平坦または曲面になったプリント回路基板の形に作成され、1組(31)の線路は、前記部分回路(CBn)の巻線(Cn)を形成するために前記プリント回路基板を通り抜けるメッキされた導通孔(6)を介して他の組(32)の線路に電気的に接続されていて、
前記プリント回路基板は2つの組(31、32)の金属線路の間に一定の厚さの基板層を含み、各組の線路の第1の半体は往路巻線(Cn0)に対して使用されている一方、他の半体は前記部分回路の復路巻線(Cn1)に対して使用されていて、
各部分回路は完全環状回路(CB)を形成するために平坦な輪の角度部分の形になっており、かつ、プリント回路基板の金属線路の各組(31、32)は、実質的に直線的で前記輪の中心(O)において前記輪に垂直な軸(Z)を通過して延長された時に半径に沿って延長する線路を備えて作成されていて、
前記完全環状回路(CB)は、前記輪の1つの側面上の面(A、B)が対で交番している少なくとも4つの同一の部分回路から作成され、そのため、第1の部分回路の前記巻線の1対の電気的終端(T1n、T2n)は、前記第1の部分回路に隣接する2つの部分回路の1つの電気的終端の他の対の隣に配置されている
ことを特徴とする電流変成器。
【請求項２】
各部分回路(CB1、CB2、...、CBN)は2つのプリント回路基板(3、4)から作成され、各板はその2つの面の各々上に1つの組(41、42;51、52)の金属線路を有し、1つのプリント回路基板上の1つの組(41;51)の前記線路は、前記部分回路(CBn)の往路巻線(Cn0)または復路巻線(Cn1)のいずれかを形成するためにメッキされた導通孔を介して同じプリント回路基板上の他の組(42;52)の線路に電気的に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の電流変成器。
【請求項３】
各々がロゴスキ型巻線(C1、C2、...、Cn、...、CN)を含む少なくとも2つの部分回路(CB1、CB2、...、CBn、...、CBN)を含み、前記部分回路の各々は360度にわたって電流変成器の少なくとも1つの一次導体(10、10A、10B、10C)を取り囲む完全回路(CB)の角度部分の形に作成されており、前記完全回路は前記変成器に対するロゴスキ型二次回路の機能を有し、各部分回路(CBn)の巻線(Cn)は前記部分回路(CBn)の角度領域(θn)にわたり延長する復路巻線(Cn1)と共に往路巻線(Cn0)により構成された電流変成器であって、各部分回路(CBn)について、前記往路および復路巻線(Cn0、Cn1)は電気的に直列に接続され、両者とも、1対の隣接する電気的終端(T1n、T2n)を提供する単一の巻線(Cn)を形成するように同じ方向に巻かれた巻きを有し、前記巻線(Cn)の前記1対の電気的終端(T1n、T2n)は前記電流変成器の一次電流(ip)の像である完全信号(vs)を生成するように設計された獲得システム(7、7')に接続されていて、
部分回路(CBn)の1対の電気的終端(T1n、T2n)は前記部分回路の2つの角度端部(E1n、E2n)の1つに配置され、前記往路および復路巻線(Cn0、Cn1)は各々が前記部分回路(CBn)の角度領域(θn)に沿って延長し、かつ、前記部分回路の他の角度端部において電気的に直列に接続されていて、
各部分回路は、2つの面の各々上に複数組(31、32)の金属線路を有する平坦または曲面になったプリント回路基板の形に作成され、1組(31)の線路は、前記部分回路(CBn)の巻線(Cn)を形成するために前記プリント回路基板を通り抜けるメッキされた導通孔(6)を介して他の組(32)の線路に電気的に接続されていて、
前記プリント回路基板は2つの組(31、32)の金属線路の間に一定の厚さの基板層を含み、各組の線路の第1の半体は往路巻線(Cn0)に対して使用されている一方、他の半体は前記部分回路の復路巻線(Cn1)に対して使用されていて、
各プリント回路基板は、対称の軸が前記電流変成器の一次導体の軸(Z)と一致するチューブ状輪の角度部分の形になっており、かつ、プリント回路の金属線路は前記一次導体の前記軸(Z)に平行であり、
前記完全環状回路(CB)は、前記輪の1つの側面上の面(A、B)が対で交番している少なくとも4つの同一の部分回路から作成され、そのため、第1の部分回路の前記巻線の1対の電気的終端(T1n、T2n)は、前記第1の部分回路に隣接する2つの部分回路の1つの電気的終端の他の対の隣に配置されている
ことを特徴とする電流変成器。
【請求項４】
前記完全回路は、垂直に通過する前記電流変成器の少なくとも1つの一次導体(10)を有する平坦なフレーム(15)上に取り付けられており、かつ、弾性的な戻り特性を有するファスナ(16)は前記プリント回路基板の隣接する角度端部を互いに対して保持するために設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電流変成器。
【請求項５】
各部分回路(CBn)について、前記巻線の前記2つの電気的終端(T1n、T2n)の1つは共通基準電位(G)に電気的に接続されている一方、他の終端は、加算および増幅機能を有し、かつ、少なくとも1つの演算増幅器(8)を含む獲得システム(7、7')の入力(En)に電気的に接続されていることを特徴とする請求項1から４のいずれか一項に記載の電流変成器。
【請求項６】
前記部分回路(CBn)は同一であり、かつ、前記獲得システム(7、7')の各入力(En)は、関係
【数１】
0004842562.tif 000021
を満足するように選択された抵抗値R1の抵抗を介して前記演算増幅器(8)の入力(9)に接続されており、
ここで、αZは前記巻線(Cn)により形成された前記ロゴスキ型コイルの感度(Sn)の温度係数であり、βは部分回路(CBn)の巻線(Cn)を構成する材料の抵抗率の温度係数であり、かつ、r0は特定の基準温度(T0)における前記巻線(Cn)の内部抵抗であり、前記完全回路(CB)からの前記信号は、一旦獲得システム(7、7')により増幅されれば、前記変成器の温度(T)の変化とは独立であるという形になっていることを特徴とする請求項５に記載の電流変成器。
【請求項７】
前記部分回路により出力された電圧信号(vs(n))は前記獲得システム(7、7')により同相で加算されることを特徴とする請求項５または６に記載の電流変成器。
【請求項８】
相互に平行に配置された複数(p)の完全回路(CB)を含むことを特徴とする請求項1から７のいずれか一項に記載の電流変成器。
【請求項９】
相互に平行に配置された複数(p)の完全回路(CB)を含み、
前記獲得システム(7)は、前記完全回路(CB)を構成している前記部分回路(CBn)の各々に接続された1つの入力(9)を有する演算増幅器(8)を含む増幅器回路を含むことを特徴とする請求項６または７に記載の電流変成器。
【請求項１０】
相互に平行に配置された複数(p)の完全回路(CB)を含み、
前記獲得システム(7')は少なくとも2つの演算増幅器(8)を含む第1の増幅段(71、72)を含み、前記第1段の各増幅器(8)からの出力は前記完全信号(vs)を生成するために設けられた加算第2段に接続されていることを特徴とする請求項６または７に記載の電流変成器。
【請求項１１】
前記加算第2段は、前記増幅器第1段により生成された前記信号の和を増幅するためのフィードバックループを備えた演算増幅器(8')を含むことを特徴とする請求項１０に記載の電流変成器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各々がロゴスキ(Rogowski)型巻線を含む少なくとも2つの部分(partial)回路を含み、部分回路の各々は360度にわたって変成器の一次導体(conductor)を取り囲む完全(complete)回路の角度(angular)部分の形に作成されている電流変成器に関する。各部分回路の巻線は部分回路の角度領域を占有する往路巻線および復路巻線により構成されている。完全回路は変成器のロゴスキ型二次回路に等価である。従って、この二次回路上で測定された電圧信号は一次導体により搬送された電流の導関数に比例している。
【背景技術】
【０００２】
ロゴスキ環とも呼ばれるロゴスキ型コイルが、従来、トロイダル型の成形具上に巻かれた導電体の形になっており、強磁性ではない材料で作られ、それにより、飽和の欠如による線形性という優れた特性をこのコイルに与えていることは思い起こされよう。ロゴスキ型コイルの形の二次回路または導体の手段による一次電流の測定の困難の1つはコイルのパラメータにおける温度変化からもたらされ、大きな測定誤差につながることがある。さらに、もしコイルが正確に軸対称になっていなければ、一次電流の導関数の測定はこの環を通過する一次導体の位置に、および、その向きにも依存する。良好な軸対称は、導電体巻線が少なくとも2つの巻線、すなわち、反対側の復路上に巻かれた同様の巻線が後に続く往路上に巻かれた巻線であって、往路および復路の両巻線に対して磁束を加算性とするために往路および復路の双方に関して同じ方向に巻かれた巻きを有する巻線で構成されていることが必要であることが知られている。このような二連往復巻線は、環の外部に設置された導電体により伝達される強力な電流により生成された電磁場によっても、コイルが影響を受けないことを可能にする。
【０００３】
ロゴスキ型巻線を含む部分回路を使用する最先端の電流変成器が知られている。特許文献DE 4 424 368は、自身の中央を通過する一次導体を基準とした軸対称を示す四角形の完全コイルを開示している。このコイルは、各々が伝導性材料の第1の層内に被覆されたチューブにより構成された4つの部分から構成されており、層は往路巻線を形成する線路を形成するために螺旋状にエッチングされている。伝導性材料は絶縁層内、および、復路巻線を形成するために同様に螺旋状にエッチングされている伝導性材料の第2の層内に被覆されている。4つの往路線路は、各チューブを相互接続している接続要素により互いに直列に接続され、復路巻線も同様である。完全往路線路は完全復路線路と直列に接続され、このようにして作成された完全往復コイルは、一次電流によりコイル内に誘導された電圧をその間で測定することが可能である端子の両端の2つの取出し終端を実現するために、チューブの1つに関して特定の位置で中断されている。
【０００４】
角度部分の形になった部分コイルから完全なロゴスキ型コイルを構築するこの原理は、同じく、特許出願DE 10 161 370またはUS 2003 137 388 Alにおいて開示されている実施形態においても適用されている。特に、8つの半環状回路部分を直列に結合することにより完全コイルが構成されている実施形態が説明されている。各部分は半輪を形成するプリント回路基板(printed circuit board: pcb)により構成され、往路および復路の巻線の各半体を含むコイルの半体を形成するために4つのプレートからなる積層体が作成されている。半輪になった2つの積層体は、変成器の一次導体の周囲に完全コイルを設置することを容易にするために、2つの隣接した角度端部において分離可能となっている。往路巻線の復路巻線との直列接続は前記2つの隣接した角度端部の第1の端部に位置している。完全コイルの2つの出力終端は第1の角度端部に隣接した第2の角度端部に設置されている。従って、これらの2つの隣接した角度端部間には電気的接続がない一方、それにもかかわらず、完全コイルがある程度の軸対称を示すことを可能にするために360度にわたり二連往復路巻線を達成している。
【０００５】
360度にわたり一次導体を取り囲むロゴスキ型コイルの端子間にかかる起電力(emf)信号vsを獲得すること(および、一般に増幅もすること)により測定された電圧vsは、以下の関係に従って、一次電流ipの代数的測定値の時間微分に依存することが知られている。
【０００６】
【数１】
0004842562.tif 000002
【０００７】
ここで、S(T)は測定中の温度Tに対するコイルの感度を示し、定数Dはemf vsを求めるためのシステムに固有な増幅係数を示す。従って、信号vsは間接的に一次電流の像(image)となる。以下、S0は特定の基準温度T0におけるコイルの感度を示す。加えて、もしロゴスキ型コイルが、同じく「成形具」と呼ばれる円弧の形になったチューブ上に巻かれ、特定の角度θを有する角度区間にわたり延長していれば、温度T0における巻線のこの部分の感度s0を、S0×θ/360に等しいと定義することは可能であり、ここで、θは度で表され、S0は円形成形具の周囲に360度にわたり巻線を均一に延長することにより外挿された完全なロゴスキ型コイルの感度である。例えば、もし完全なコイルが、特許出願DE 10 161 370に示されているように2つの半環状巻線部分を直列に接続することにより構成されていれば、各巻線部分の感度s0を完全コイルの感度S0の半分に等しいと定義することが可能である。
【０００８】
それにもかかわらず、360度未満の角度区間にわたり規定されたロゴスキ型巻線の場合、一次導体内の電流の測定値は巻線を基準とした導体の位置により影響を受け、かつ、もし前記角度区間が180度未満であれば、なおさら強力に影響を受けることが観察されよう。実施例の方法により、直線の一次導体に垂直に配置された半環状巻線を取り、そうすると、導体は巻線の両端部から等しい距離にある。一次導体から巻線を離すように移動する傾向にある、例え非常に小さくともいかなる変位も、一次電流が時間にわたり均一であると仮定すれば、巻線の両端子間で測定されるemfの大幅な低下につながる。特定の点において一次電流により発生された磁場は前記点と一次導体の間の距離の増大と共に減少する。その結果、巻線内に誘導された磁束は、上述の変位により減少し、従って、一次電流の測定された像は減衰する。
【０００９】
これらの理由のために、かつ、ロゴスキ型巻線の手段により電流の信頼できる測定値を得ることを可能とするために、巻線が、正確な軸対称を示すことが可能となるために、一次導体の周囲に完全な巻きを行なうことが先ず不可欠である。言い換えれば、360度にわたり変成器の二次回路をループ化することは、二次導体を基準とした一次導体の位置の測定を独立に行なうことを可能とするために必要な条件の1つである。これが、ロゴスキ型巻線の感度の概念が、環を形成する巻線のみに対する、または、完全な巻きを構成するために直列に接続された1組の巻線のみに対する当技術分野に関連する文献において一般に現れる理由である。例えば特許出願DE 10 161 370に示されている変成器などの完全なロゴスキ型コイルの部分から構成される巻線を使用した知られている電流変成器デバイスにおいて、各巻線は、他のコイル部分により形成された少なくとも1つの同様の巻線と直列に電気的に常に接続されており、そのため、これらの部分は一緒になって360度にわたり一次導体を取り囲む完全なロゴスキ型コイルを構成している。
【００１０】
直列に接続された2つの半環状巻線を有する実施形態において、完全な環状巻線の感度は同じ寸法を有する単一の巻線の感度に実際には等しい。さらに、直列接続を設けることは、ほとんど完全な軸対称性を保存するために、2つの巻線間の接合区画において可能な限り巻線の均一性を妨害しないためには十分短く、測定値は一次導体の位置とはほとんど独立のまま留まることができる。閉鎖された支持体上の従来の巻線と比較された、分離可能な巻線に基づくこのような実施形態により暗示される相対的な余分な費用は、特に完全な巻線を一次導体の周囲に設置することができる容易さにより、正当化することができる。部分コイルから、かつ、完全なコイルにより形成されたループ内に一次導体を通過させるために、2つの部分コイルが分離されることを許容する必要性なしに、完全なロゴスキ型コイルを構築することが有利となることがある特定の状況も存在する。
【００１１】
特許文献EP 0 573 350から知られているように、実質的に四角形であり、かつ、一次導体を通過させるための円形の切取り部分が設けられているプリント回路基板からロゴスキ型コイルを作成することは有利である。このタイプのコイルは完全な軸対称性を提示し、かつ、往路および復路の巻線の磁束が加算性である大きな数の巻きを備えた往路巻線および復路巻線を得ることを可能にし、それにより、0.1%のオーダーの非常に優れた測定精度と共に、コイルに対する非常に優れた感度を得ている。精度は時間にわたり安定して留まりもする。なぜなら、実際には、コイルに影響を及ぼす可能性のある振動および温度変化に対して固有に不感応であるからである。特許文献EP 0 587 491に教示されているように、コイルの出力端子と並列であり、かつ、コイルの様々なパラメータに応じて選択された抵抗値を有する抵抗を使用することにより、実際には温度とは独立している測定値を取ることが可能である。
【００１２】
プリント回路基板を作成するための機械は、板が特定の範囲のサイズで生産されることを可能にする。本特許出願が出願された日付において、700ミリメータ(mm)を超える寸法のプリント回路基板を得ることが可能な機械は存在しないようである。例えそのような機械が将来に開発されても、大きな寸法のプリント回路基板を製造する費用は、演繹的に、大きなサイズのプリント回路基板を形成するために一体に組み立てられた複数のプリント回路基板の費用よりも高いままに留まる。例えば気体絶縁されて金属被覆された電気装置または回線などに対して、ロゴスキ型コイルを使用して行なわれた電流の特定の測定は、変成器の二次コイルの線路および印刷導通孔により形成されている輪が、700mmのこの値と少なくとも同じオーダーである内径を有することを必要とする。このような直径に対しては、測定値の精度を0.1%の等級に保持することを可能にするために、コイルをプリント回路基板で作成することが非常に有利であることが観察されよう。なぜなら、導体を巻くことによりコイルを作成するための従来技術は、この精度等級に到達するコイルが生産されることを可能にはしていないからである。
【００１３】
より大きなサイズのコイルがプリント回路基板から作成されることを可能にするための1つの技術的解決策は、複数のプリント回路基板を共通の平面内に一体に組み立てることにあり、各プリント回路基板は、それらにエッチングされた角度コイル部分を有する。完全コイルの角度部分を相互接続する第1の方法は、それらの部分を電気的に直列に一体に、この目的のために特に構成された導体を介して接続すること、すなわち、特許文献DE 4 424 368に示されている接続がエッチングされたチューブ間で行なわれているものと同じ原理に基づき、巻線を2つの隣接するプレート間の各接合部分において直列に一体に同じ往路または復路の方向に接続することを本質とする。例えば、完全環状コイルの4つの四半体を一体に組み立てることが可能であり、各四半体は環状コイルの外径の少なくとも半分に等しい長さを有する側面の四角形のプリント回路基板から作成されている。従って、約1,400mmの外径まではプリント回路基板技術を使用して完全コイルを作成することが可能であり、これにより、周囲に電流変成器の二次回路が現在の金属被覆された電気装置または回線を使用して設置されている金属被覆の最大寸法を超える。
【００１４】
従って、完全環状コイルにより実施された電流変成器の二次回路は、例えば二重金属殻などの周囲に大気温度で設置することができ、加圧された絶縁気体で満たされ、かつ、間を通過する変成器一次導体を有する2つの金属ケース間に、漏れのない接続を提供する。一例では、一次導体は単相金属被覆回線の導体により構成されている。2つの殻は絶縁気体を基準とした封止を提供するガスケットの手段により一体に接続され、ガスケットは電気的絶縁を提供する材料で作成されている。このことは金属ケースに流入する戻り電流が環状コイルの外部に通過していくことを可能にし、従って、電流の測定値が戻り電流によっては影響を受けないことを確実にする。
【００１５】
それにもかかわらず、完全コイルの角度部分を電気的に直列に一体に接続することを本質とするこの技術は、従来のトロイダル巻線の形になったコイル、および、プリント回路技術を使用して作成された環状コイルの双方に対して、特定の短所を提示することがある。第一に、完全コイルの2つの隣接する部分を相互接続する導体ブリッジを介した接続は、ある程度まで、巻線間の接合区画における巻きの分布の均一性を妨害する。このことは、例えば特許文献DE 10 161 370の図3などにおいて特に見ることができる。プリント回路基板四半体の形に実施された角度部分に対しては、測定精度を0.1%等級以内に維持するために、完全なロゴスキ型コイルにおける巻きの分布のほとんど完全な均一性を保持するために非常に短い接続を設けることが必要となる。さらに、2つの隣接するプリント回路基板四半体間の電気的かつ機械的な接合区画は、このような四半体が曝される振動および膨張が与えられた場合の弱点の区画を構成する。四半体間の関節部における振動の振幅および応力を制限するために、四半体が、ゴムで作成された要素などの比較的柔軟である要素上に取り付けられることに対処することによってさえ、もし四半体のプリント回路を相互接続する伝導性ブリッジがそれら自体は堅固な形で設けられていれば、それらのブリッジにおける破壊のリスクを回避することが可能であり、そのため、従って、柔軟な伝導性ブリッジを設けることが一般に必要となる。
【００１６】
それにもかかわらず、機械的に信頼でき、かつ、可能な限り測定を妨害しない2つの隣接するプリント回路基板四半体間の電気的接合部を得るうえでの困難は、柔軟な伝導性ブリッジの技術を特に使用すると克服できる。従って、プリント回路基板四半体で作成された大きなサイズの完全な環状ロゴスキ型コイルを得ることは可能であり、このコイルは、同じサイズかつ特許文献EP 0 573 350に教示されている単一プリント回路基板と同じプリント回路基板を使用するコイルと電気的に等価であり、そのようなサイズのプリント回路基板が作成されることを可能にする機械が利用可能であることを当然仮定している。完全ロゴスキ型コイルの2つの電気的終端は、好ましくは、隣接する四半体との接合部の横のコイルの四半体の1つの端部に設置され、従って、前記接合部は伝導性ブリッジにより横切られていない接合部のみである。
【００１７】
特許文献EP 0 573 350により教示されているプリント回路基板技術実施形態に特に対するロゴスキ型コイル四半体を使用した上記技術を考慮すると、電流変成器の完全なコイルにより形成された輪が、気体絶縁され、金属被覆された電気装置に対する電流変成器への実用例において、700mmより典型的に大きな直径を有することができるという事実に配慮する必要がある。従って、(各々が2つの相対する線路区間およびプリント回路基板における2つのメッキされた導通孔により形成されている)巻きの総数は、完全なロゴスキ型コイルについては非常に大きくすることができる。この段階において、大きな直径のロゴスキ型コイルの総感度S0は、より小さな直径だが巻きの同じ密度を有するコイルの総感度とほとんど異ならないことが思い起こされよう。巻きのより大きな数による感度の増大は、電流を測定するべき一次導体からさらに離れているコイルにより磁場の大きさが小さくなったために釣合いが取られる。
【００１８】
従って、大きな直径のコイルの場合でさえ、コイル内に誘導されたemf信号に干渉する可能性のある寄生サージ電圧信号は、比較的大きな振幅のものである。なぜなら、総感度S0は実際にはコイルの直径とは独立であるからである。干渉信号は、一次電流ipが変成器により測定されている回線中の高周波電流により引き起こされる。emf信号が一次電流ipの導関数に比例しているため、一次電流に影響を及ぼす高周波のいかなる妨害も変成器の二次巻線の端子における電圧サージに不可避につながる。続いて、干渉電圧サージ信号は、高周波電流妨害が濾過された補正済み一次電流信号の像である補正済み信号vs(この信号は通常増幅されている)を生成するために適した獲得およびプロセッサ部により処理されなければならない。
【００１９】
その比較的大きな振幅のために、干渉電圧サージ信号は、測定信号を補正する時に処理することが困難になることがあり、従って、このことは、より低い精度の測定につながる。非常に高い測定精度を得るために、高性能信号補正処理がロゴスキ型コイルの端子間にかかるemf信号に適用された時でさえ、これは、電圧サージ干渉信号がより小さな振幅のものである状況において同じオーダーのものを正確に得ることと比較して、増加された費用を一般に含む。
【００２０】
本発明の主な目的は、大きな直径の完全なロゴスキ型コイルを二次回路が含む電流変成器を提供することであり、この完全なコイルは、この完全なコイルについての軸対称に関した非常に優れた均一性と共に機械的に組み立てられている複数の角度コイル部分から作成されている一方、処理されるべき干渉電圧サージ信号の振幅を制限するために機能する変成器二次回路のための構成も有する。本発明のより詳細な目的は大きな直径である一方、完全なコイルを構築している隣接する部分プリント回路基板のコイル間のいかなる伝導性ブリッジも省いた完全なロゴスキ型コイルのプリント回路基板技術実施形態を提供することであり、この実施形態は、精度が、優れた温度安定性を備えて少なくとも等級0.1%で達成されることを可能にする。
【特許文献１】DE 4 424 368
【特許文献２】DE 10 161 370
【特許文献３】US 2003 137 388 Al
【特許文献４】EP 0 573 350
【特許文献５】EP 0 587 491
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
この目的のために、本発明は各々がロゴスキ型巻線を含む少なくとも2つの部分回路を含み、前記部分回路の各々は360度にわたり変成器の少なくとも1つの一次導体を取り囲む完全回路の角度部分の形に作成され、前記完全回路は変成器に対するロゴスキ型二次回路の機能を有し、各部分回路の巻線は部分回路の角度領域にわたり延長する復路巻線と共に往路巻線により構成された電流変成器であって、各部分回路について、前記往路および復路巻線は電気的に直列に接続され、両者とも、1対の隣接する電気的終端を提供する単一の巻線を形成するように同じ方向に巻かれた巻きを有し、巻線の1対の電気的終端は変成器の一次電流の像である完全信号を生成するように設計された獲得システムに接続されていることを特徴とする電流変成器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
従って、数N個の部分回路を連結することにより構成された完全回路は、同じ数N対の電気的終端を提示する。以下に説明するように、各部分回路の端子間で測定されたemf信号Vs(n)は、特定の基準温度T0において以下の関係
【００２３】
【数２】
0004842562.tif 000003
【００２４】
を満たす完全信号Vsを再作成するように設計された(一般に、増幅を含む)加算獲得システムに送信される。ここで、Kは加算獲得システムの全体的増幅係数を示し、S0は等価完全回路の感度を示す。係数が温度変化に不感応となるように、全体的な増幅係数を規定する抵抗の抵抗値をどのようにしてパラメータ化することができるかを以下に説明する。S0は、一次電流の像を構成するemf信号を獲得するために完全コイルが2つのみの電気的終端を提示する特許EP 0 573 350に説明されている構成に等価な構成を得るために、部分回路の巻線を直列に接続することにより構成されているような完全コイルの感度に等しいことが観察されよう。
【００２５】
本発明の電流変成器において、かつ、部分回路の全てが同一である時、完全等価回路の感度S0は、部分回路の個数Nにより増倍された部分回路の感度s0に等しい。従って、上記等式(2)は、
【００２６】
【数３】
0004842562.tif 000004
【００２７】
のように書くことができ、従って、ロゴスキ型二次回路に対して測定された完全信号vSを時間にわたり積分することにより変成器の一次電流を決定することが可能である。
【００２８】
好ましくは、部分回路の電気的終端の対は部分回路の2つの角度端部の1つに定置され、往路および復路の巻線は各々が部分回路の角度領域にわたり進んで、かつ、他の角度端部において直列に電気的に一体に接続されている。部分回路の1つの角度端部における端子のこの配置は、信号獲得システムに双方の回路を接続するために同じ長さの2つの比較的短いシールドケーブルを使用するために、特に2つの隣接した部分回路の端子が横に並んで定置されることを可能にしている。電流変成器に隣接した一次導体中で搬送されている電流による強い電磁場によりケーブル配線中に発生される可能性のある干渉信号を最小に抑えるために、かつ、それらの干渉信号を、0.1%等級にある精度を妨害しないレベルにまで低く保つために、ケーブルがともに比較的短く、かつ、同じ長さであることが重要であることが見出されている。
【００２９】
本発明の電流変成器の好ましい実施形態において、各部分回路は、その2つの面の各々上に1組の金属線路を有する平坦または曲面になったプリント回路基板により具体化され、1組の線路は、前記部分回路の巻線を形成するためにプリント回路基板を通り抜けるメッキされた導通孔を介して他の組の線路に電気的に接続されている。
【００３０】
本発明の電流変成器の他の有利な実施形態において、各部分回路の巻線の2つの終端の1つは共通の基準電位に電気的に接続されている一方、他の終端は、フィードバックループを持つ少なくとも1つの演算増幅器を含む増幅機能を提供する獲得システムの入力に電気的に接続されている。有利には、獲得システムの各入力は、獲得システムからの出力において測定された電圧信号が変成器の二次回路の温度変化とは独立しているように選択された抵抗値の抵抗を介して演算増幅器入力に接続されている。
【００３１】
本発明、本発明の特徴、および、本発明の長所を以下の図面を参照して以下により詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
図1において、本発明の電流変成器のための部分回路CBnがプリント回路基板技術を使用して作成された平面環状四半体の形に模式的に示されている。プリント回路基板ロゴスキ型巻線の巻きを作成する方法は特許文献EP 0 573 350から知られており、この方法は、プリント回路の2つの面上に設けられた直線状の金属線路が、延長されると環状四半体の中心Oを通過する半径上に配置されることを可能にする。ロゴスキ型変成器の二次導体を構成するために4つの同一の部分回路を共通な平面内で互いに連結することにより完全な回路が形成されるように、部分回路の角度領域θnはこの場合では90度に等しい。以下、用語「二次回路」は、特にプリント回路基板技術を使用して作成された時に、本発明の電流変成器の二次導体を指定するために使用されている。プリント回路基板を製造するための現在の機械を使用すると、最大寸法で約700mmの長さである長方形プリント回路基板を使用して、最大約500mmの外部半径までの環状四半体を占有する部分回路を作成することが可能となる。
【００３３】
従って、部分回路CBnは、この場合、特許EP 0 573 350に説明されているような環状二次回路の四半体により形成されている。それにもかかわらず、部分回路CBnは、上記に詳述した最先端技術におけるロゴスキ型コイルを構成しているプリント回路を単に切り出すことによって得られるような四半体とは電気的には同一ではない。図1(b)に見られるように、各部分回路CBnは、第1の環状端部E1nにおいて、単一の連続した巻線Cnの2つの端部を構成する隣接する電気的終端の対T1nおよびT2nを有する。部分回路の角度領域を覆う往路および復路の巻線、それぞれCn0からCn1は回路の第2の角度端部E2nにおいて電気的に直列に接続されており、そのため、コイルCnは終端T1nおよびT2nにより構成された2つの端子間で連続している。連続した線に示されている金属線路が部分回路の1つの面上に形成されている一方、断続線に示されている線路は回路の他の面上に形成されている。
【００３４】
図1(a)および1(b)に見られるように、本発明の電流変成器のための部分回路CBnの2つの角度端部E1nおよびE2nは、他の部分回路への接続のためのいかなる伝導性ブリッジも含まない。なぜなら、部分回路CBnの巻線Cnは、360度にわたり完全である回路の他の部分回路の巻線とは独立しているからである。図1(b)に示すように、emf信号vS(n)は各部分回路の2つの終端T1nおよびT2nにより構成された端子間で測定することができる。
【００３５】
図1(a)および1(b)の図を簡略化するために、往路および復路の巻線それぞれCn0およびCn1は、連続した巻線Cnが輪の周囲に巻かれた導体電線によりあたかも形成されたかのように示されている。それにもかかわらず、巻線のこの方法は、例えこの方法が往路および復路の巻線間で電線がこれらを越えて交差することを回避する必要性を満たすとしても、事実、本発明の電流変成器のための部分回路には適合されていない。図1(a)に見られるように、往路巻線Cn0はその巻きを復路巻線Cn1と同じ方向に巻かれていない。より詳細には、往路巻線Cn0の巻きが図1(a)の右に向けて巻かれた観察者にとって反時計回りとなる方向に進行している一方、復路巻線Cn1の巻きは同じ観察者にとって時計回りの方向に進んでいる。従って、巻線のこの方法は、磁束が往路および復路の巻線間で加算的となることを可能とすることができず、本発明の電流変成器における使用のためである部分回路の特定の巻線を作成するために、他の方法が使用されなければならない。例えば、プリント回路基板技術を使用すると、特許文献EP 0 573 350の図2bに示す金属線路の構成を参照して、同文献に説明されている交互配置された往路および復路の巻線を備えた巻線方法を採用することが可能となる。
【００３６】
図2はプリント回路基板技術を使用して自身が作成されている4つの部分回路を連結することにより構成された完全な環状回路CBを示す模式的斜視図である。完全回路は本発明の電流変成器の二次回路を構成し、変成器の一次導体は、この場合、好ましくは垂直に、かつ、輪の中心Oにおいて輪を通過する軸Zの棒10により構成されている。4つの部分回路は共通の平面環状フレーム15上に取り付けられた交番する面AおよびBを有する同一の四半体を構成し、そのため、部分回路の隣接する角度端部は互いの隣に保持されている。2つの隣接する角度端部を一体に保持するために、弾性戻り特性を有するファスナ16が設けられている。温度変化の間に2つの隣接する部分回路間に現れるいかなる緩みまたは過剰な応力も回避するために、フレーム15の膨張係数は、好ましくは、プリント回路基板の基板の膨張係数に実質的に等しい。
【００３７】
従って、4つの同一な部分回路CB1からCB4は環状フレーム15上に組み立てられており、完全回路は、例えばプリント回路の外側エッジからの放射状投影を介して形成された円形孔の手段などにより、フレーム上に保持されている。ここで、これらの孔は、対応する円柱状の埋込みボルトを遊びがほとんどなく通過させるために設けられなければならず、これらの埋込みボルトはフレーム上に固定され、2つの円柱状埋込みボルトはフレーム上に1つの部分回路を取り付けるために十分であることが可能である。同一の部分回路で構成された完全環状回路のこの実施形態において、2つの隣接する部分回路は、輪の同じ側から見ると、交番するA面およびB面を有し、そのため、それらの部分回路の端子の個々の2つの対は横に並んで配置されている。この配置の長所を、図8に示す実施形態を参照して以下に説明する。
【００３８】
図2に示す完全回路CBの部分回路CB1を図2aに模式的に示す。プリント回路の2つの端子T11およびT21は、この場合、環状四半体の第1の角度端部E11においてプリント回路基板を形成する基板の単一層3の面A上に所在する。これらの2つの端子が、回路CB1のemf  vs(1)を測定するための獲得システムにおいて終端している2本のケーブルに、例えばハンダ付けなどにより、個々に接続されることを可能にするために、これらの2つの端子は一般に10分の数ミリの距離により間隔を空けられている。好ましくは、これらの2つの端子は、プレート3の厚さを通過しているメッキされた導通孔により構成され、かつ、部分回路CB1の巻線の終端T11およびT21を構成する。このように、2つの上述のケーブルに対するハンダ付けは回路の2つの面AおよびBのいずれかからも行なうことができる。特に、図2において見られる部分回路CB2は回路CB1と同一となるように設計されているが、回路のemf vs(2)を測定するための2つのケーブルのハンダ付けは回路の面B上に行なわれる。このように、部分回路からのケーブルの対は、完全回路CBの同じ側面上に、例えば、図2において見られる側面上に全て設置することができる。
【００３９】
図2bにおいて、図2aの部分回路CB1の二次環状端部E21の面Aが模式的に示され、この面上の金属線路の組31を示す。往路巻線C10の線路および復路巻線C11の線路は交互配置され、かつ、ほとんど相互に並列であり、従って、部分回路の巻線に高い感度を与えるために、線路密度を高くすることを可能にしている。この二次角度端部E21の面Bは、金属線路の自身の組32と共に図2cに模式的に示されている。メッキされた導通孔6は線路の端部において回路の基板を通過し、特許文献EP 0 573 350に説明されているように、ロゴスキ型巻線の巻きを作成するために与えられた往路巻線C10または復路巻線C11の線路を相互接続するために機能する。
【００４０】
図3は相互に平行に定置された2つの完全回路を比較する二次回路の分解模式部分図である。簡略化の理由のために、部分回路CBnおよびCBn+4のみを示す。特許文献EP 0 573 350に説明されているものと同じ原理に基づき、かつ、同文献の図3を参照すると、複数のロゴスキ型コイルを重ね合わせることは、これに対応して全二次回路の感度を増倍するために有利である。この場合、各完全コイルは環状フレーム15に固定された支柱により所定の場所に保持されるように取り付けられる。環状金属シールド17が2つのコイル間に挿入され、かつ、部分回路CBn+4が平坦となることを確実にするための支持体として機能する。このシールドは、この場合に同じく金属で作成されている環状フレーム15により形成された主支持体を基準として容量性を持った形で機能する。2つの挿入された金属フレーム15および17は、フレーム15に固定された支柱により軸上に位置合わせされて保持されている。従って、プリント回路基板で作成された、および、金属シールド17で作成されたロゴスキ型コイルの交番する層の積層体を構築することが可能である。有利に、シールド17の各面とこの面に対して押圧されて保持されている完全コイルのプリント回路との間にマイラーシートを挿入することができる。
【００４１】
図4は相互に平行に配置された2つの完全回路を含む他の二次回路の模式部分図である。この場合では取り除かれている容量性スクリーンを除いては、この二次回路は図3の二次回路と電気的に等価である。各部分回路CBnとこれの上に挿入されている部分回路CBn+4の間には、樹脂または何らかの他の絶縁材料の層5が挿入され、挿入された部分回路の各グループが2つのプリント回路基板からなる積層体を形成することを可能にしている。2つのプリント回路基板を分離している絶縁層5の材料は、プリント回路基板の基板の膨張係数に近いか、または、等しい膨張係数を有していなければならず、かつ、同じく、プリント回路基板を一体に結合する機能も任意で有することができる。図には1つのグループのみを示すが、同じ環状フレーム15上に取り付けられた4つのグループの挿入部分回路から二次回路が構成されていることを理解されたい。
【００４２】
図5は、単一の完全コイルによりこの場合は構成されている本発明の電流変成器の他の二次回路の模式部分図である。完全コイルの各部分回路は、絶縁材料の層5により分離された2つの挿入プリント回路四半体を含む。この場合、四半体を形成する各プリント回路基板3または4は、プリント回路基板により形成された巻線が単一の往路または復路巻線により構成されている形でエッチングされている。例えば、もし往路巻線がプリント回路基板3上で四半体の1つの角度端部における終端T1nにより構成された端子から開始してエッチングされていれば、プレート4上にエッチングされた復路巻線と接続するために、電気的接続が反対側の角度端部において作成される。復路巻線の線路は、復路の巻線方向が往路巻線に対して同じであるように配置されなければならず、そのため、往路および復路の巻線の個々の磁束は加算される。復路巻線の端子T2nは端子T1nに非常に近く設置することができ、絶縁層5の厚さによりこれから分離されている。この厚さは、好ましくは、10分の数ミリに制限される。
【００４３】
図5aは断続線の矢印により示されている方向Yに沿って見たこの部分回路の模式平面図である。知られている方法では、プレート4の2つの面上にエッチングされた線路の2つの組それぞれ41および42はプリント回路基板の厚さを通過しているメッキされた導通孔により相互接続されている。同じことは、プレート3の2つの面上にエッチングされた線路の2つの組それぞれ51および52に対しても適用する。絶縁層5の厚さは、好ましくは、プリント回路基板3または4のいずれの厚さよりも薄い。
【００４４】
図6は特定の構成のものである本発明の他の電流変成器の斜視図である。変成器の二次回路は同一の四半体を形成する4つの部分回路を連結することにより構成された完全チューブ状環状回路により形成され、この完全回路は環状フレーム15に固定されている。従って、各プリント回路基板は、対称の軸が変成器の一次導体10の軸Zと実質的に一致するチューブ状輪の角度部分の形状を有するように曲げられている。図6aに見られるように、部分回路の面AおよびBの各々の金属線路は前記対称の軸に平行である。部分回路の各角度端部E1nまたはE2nは回路を形成している曲げられたプリント回路基板の直線エッジに沿って所在する。
【００４５】
本発明の電流変成器の電気回路図を図7に示す。例の方法により、変成器は図2に示すものと対応し、かつ、交番する面を備えた4つの同一の部分回路を連結することにより構成された完全二次回路CBを含む。変成器の二次回路は、この場合では加算するため、および、増幅するための双方に機能し、ならびに、この目的のために、フィードバックループと共に演算増幅器8を含む獲得システム7に電気的に接続されている。各部分回路CBnについて、巻線の2つの端子T1nまたはT2nの1つは共通基準電位Gに接続されている一方、他の端子は獲得システム7の入力Enに電気的に接続されている。
【００４６】
例えば、部分回路CB1の端子T11は接地電位にあるアースに接続され、他の端子T12は獲得システム7の入力において抵抗R1に接続されている。同図に模式的に示すように、各部分回路CBnの巻線は、往路と復路の巻線Cn0とCn1の間で加算性の磁束を有するために、自身の巻きを、往路および復路の双方の経路に関してそれぞれ同じ方向に巻かれなければならない。例えば、端子C11から端子C12に進行すると、往路巻線C10および復路巻線C11はそれらの巻きが反時計周りである同じ方向に巻かれることが分かる。
【００４７】
有利に、部分回路の2つの端子T1nおよびT2nは、隣接する部分回路の2つの端子T1n+1およびT2n+1を基準として交番する形で、それぞれ接地と、獲得システム7の入力E1からE4のうちの1つとに接続されている。このようにして、部分回路の出力電圧信号vs(1)からvs(4)は、獲得システムにより同相で加算される。これらの信号が逆相において加算されることを回避することは重要である。なぜなら、獲得システムの出力端子11において測定された電圧信号vsは実質的にゼロとなるからである。部分回路がそれらの面を対で交番して図2に示すように一体に組み立てられているために、この構成においては、部分回路の端子と獲得システムの入力の間の接続の極性を交番することが必要となる。従って、演算増幅器8の反転入力9には、電圧信号の同相加算が適用されている。
【００４８】
図7の回路により示されている加算および増幅の原理は、電流変成器が相互に平行に配置された複数p個の完全回路を有する時にも適用することができる。完全回路のこのような配置は図3および4を参照して上記に説明されている。演算増幅器8の入力9は、p個の完全回路を構成している部分回路CBnの各々の端子の1つに抵抗R1を介して接続されている。もし各完全回路が4つの部分回路を含んでいれば、獲得システム7への4p個の入力抵抗R1がある。
【００４９】
以下に示すように、獲得システム7からの出力において測定された信号vsは、獲得システム7の各入力抵抗R1の抵抗値が以下の関係(9)を満たすことを条件として、温度変化とは独立になる。
【００５０】
部分回路の感度sが、部分回路の端子間で測定されたemf信号vsが以下の関係を満たすように定義されることが上記に示された。
【００５１】
【数４】
0004842562.tif 000005
【００５２】
さらに、部分回路の巻線の内部抵抗値rは、それ自体ではよく知られている以下の関係の適用において部分回路の温度Tと共に線形的に変化する。
【００５３】
【数５】
0004842562.tif 000006
【００５４】
ここでδT = T- T0であり、βは巻線を構成する材料の抵抗率に対する温度係数であり、かつT0は基準温度である。例えば、もし材料が銅であれば、βは摂氏温度当たり約3,900百万分率(ppm/℃)である。
【００５５】
同様に、部分回路の感度sは基板の温度Tと共に線形的に変化する。なぜなら、基板の膨張は部分回路の巻きの区間を増加させ、前記区間は基板の厚さに比例しているからである。この関係は以下のように記述される。
【００５６】
【数６】
0004842562.tif 000007
【００５７】
ここで、αzは基板の表面に垂直な方向における基板の線形膨張の係数である。図2に示す実施形態において、この方向は軸Zに相当する。係数αZは範囲40ppm/℃から60ppm/℃にあり、使用されている材料に依存する。
【００５８】
演算増幅器8の反転入力9における電流は、増幅器が理想的なものであると仮定すると、ゼロであり、そのため、キルヒホッフの法則は、以下の関係を導く。
【００５９】
【数７】
0004842562.tif 000008
【００６０】
ここで、Nは部分回路の数である。関係(4)が与えられれば、以下が得られる。
【００６１】
【数８】
0004842562.tif 000009
【００６２】
N個の部分回路が同一であり、かつ、同じ温度Tにおけると仮定したため、巻線全てが前記温度Tにおいて関係(5)および(6)をそれぞれ満たす同じ内部抵抗値rおよび同じ感度sを有すると仮定することができる。従って、関係(7)は以下のようになる。
【００６３】
【数９】
0004842562.tif 000010
【００６４】
もし以下の関係を満たすように値R1が選択されれば、
【００６５】
【数１０】
0004842562.tif 000011
【００６６】
関係(8)は以下のように記述できることが分かる。
【００６７】
【数１１】
0004842562.tif 000012
【００６８】
従って、関係(2)を参照すると、加算獲得システム7の全体的な増幅係数Kは以下の関係を満たす。
【００６９】
【数１２】
0004842562.tif 000013
【００７０】
または、確かに、R1を関係(9)の関数として置き換えると以下のようになる。
【００７１】
【数１３】
0004842562.tif 000014
【００７２】
絶対項において、抵抗値R1およびR2は温度の変化と共に完全に安定ではない。しかし、実際には、第一に、各抵抗値の温度係数は非常に小さく(例えば、NiCrで作成された抵抗値に対して5ppm/℃未満)選択することができ、かつ、第二に、温度の関数としての個々の抵抗値R1およびR2の僅かな変化は、以下の比
【００７３】
【数１４】
0004842562.tif 000015
【００７４】
が温度に関して完全に安定していると考えることができるように、一緒に、かつ、同じ方向に発生する。従って、係数K、および、従って、測定された信号vsは温度の変化とは独立している。従って、信号vsは一次導体10により伝えられる電流ipの非常に正確な像となっている。
【００７５】
図8は、図3および4を参照して上記に説明したように2つの完全回路が相互に平行に配置されている本発明の電流変成器の電気回路図である。各完全回路は図2を参照して上記に説明した種類の回路である。変成器の二次回路と加算獲得システムの間に電気的接続を作成するために示した原理が、2より大きい完全回路の数pに適用できることを理解されたい。
【００７６】
加算獲得回路7'は増幅の2つの段を含む。第1の増幅段は、この場合、各々が部分回路のemf信号vs(n)の半分を取り扱う2つの演算増幅器8を含む。従って、第1の増幅段は、各々が図7に示す獲得回路7の回路に類似している2つの同一の増幅下位組立体(subassembly)71および72により構成されている。第1段における各増幅器8からの出力は、一次電流の像である完全信号(vs)を生成するように設計された第2の加算段に接続されている。この第2の段は第1の増幅段により生成された信号の和を増幅するためのループを備えた演算増幅器8'を含む。
【００７７】
この獲得回路7'の主な長所は電流変成器の部分回路の端子の配置に関連する。完全回路の数pがいくつであれ、端子の2つの直径上で反対側にあるグループが得られる。例えば、部分回路CB1、CB2、CB5、および、CB6の端子は互いに近くにあり、かつ、第1のグループを形成する一方、残りの部分回路の端子は直径上で反対側にある第2のグループを形成する。端子の各グループは増幅下位組立体71または72に電気的に接続され、もし各下位組立体71または72が端子のその組立体自身のグループの横に配置されていれば、ケーブル配線を構成している同じ長さのケーブルの長さは特に短くすることができる。従って、端子のグループに割当てられた各ケーブルの、および、同じく、各増幅下位組立体の効果的な電磁遮蔽は大きな困難なしに達成することができ、そのため、獲得システム7'の入力E1からE4およびE5からE8のそれぞれにおける2つのグループの信号vs(n)は、電流変成器に隣接する一次導体中に流れている電流による電磁場によっては妨害されない。
【００７８】
第1の増幅段により生成された信号v71およびv72は以下の関係を満たす。
【００７９】
【数１５】
0004842562.tif 000016
【００８０】
完全信号vsは以下の関係を満たす。
【００８１】
【数１６】
0004842562.tif 000017
【００８２】
完全回路の感度Sおよび部分回路の内部抵抗rがそれぞれ以下の関係を満たすとすれば、
【００８３】
【数１７】
0004842562.tif 000018
【００８４】
関係(9)を満たすようにR1を選択することが再び可能となり、そのため、獲得システム7'からの出力電圧vsは完全回路の温度Tとは独立となる。
【００８５】
従って、関係(14)は以下のようになる。
【００８６】
【数１８】
0004842562.tif 000019
【００８７】
抵抗値R3およびR4は、第2の増幅段が第1の2つの段71および72からの出力電圧を単に加算するように、同一となるように選択することができる。従って、上記の関係は以下のように記述することができる。
【００８８】
【数１９】
0004842562.tif 000020
【００８９】
関係(10)と(15)を比較することは、平行に接続された2つの同一の完全回路に等価の感度が1つの完全回路の感度S0の2倍に等しいことを明確に示す。加えて、相互に平行に配置された複数の完全回路を有する長所は、獲得システムの出力信号vsに対する信号対雑音比の増大を可能にすることでもある。
【００９０】
p個の同一の完全回路に対する信号対雑音比は単一の完全回路に対する信号対雑音比より√p倍大きい。
【００９１】
本発明の電流変成器の二次回路により提供された信号獲得システムに対して演算増幅器を使用することは不可欠ではない。二次回路の各部分回路の感度は、関係(9)を満たし、かつ、部分回路の2つの隣接する電気的終端T1nおよびT2nを相互接続している抵抗R1の端子間の電圧信号vs(n)を得るために十分であるとすることができる。従って、N個の信号vs(n)は別個に獲得することができ、その各々は、N個の部分回路により形成された完全回路の二次信号を再作成するために、(増幅を備えた、または、備えない)加算システムに搬送することができる。例えば、抵抗R1の端子間の各電圧信号vs(n)はアナログ/デジタル変換器により獲得することができ、続いて、デジタル信号は二次回路から離れて設置することができる加算システムに光学的に搬送される。
【００９２】
図7に示す獲得システム7'の第2の増幅/加算段における演算増幅器8'を省くことも可能である。アナログ/デジタル変換器は第1の増幅器段の2つの増幅下位組立体71および72の各々からの出力に設けることができ、続いて、2つのデジタル信号は信号vsを再作成するためのデジタル加算システムに、例えば光学的に送信することができる。
【００９３】
従って、本発明の電流変成器はいかなる残留電流も検出するために使用することができる。図9は、二次回路が、三相回線の3つの一次導体10A、10B、および、10Cを取り囲むために、3つの部分回路を一体に組み立てることにより形成された変成器の図である。続いて、全一次電流の像ip、すなわち、3つの一次導体中の3つの電流のベクトル和により構成されている残留電流の像を得るために、部分回路CB1からCB3の3つの出力電圧vs(1)からvs(3)は獲得システムにより同相で加算されるべきである。いかなる故障電流もなければ、このベクトル和はゼロであり、従って、獲得システムからの出力は実質的にゼロである電圧信号を生成する。しかし、地絡(earth fault)が生じた場合には、ベクトル和は最早ゼロではなく、従って、獲得システムは残留電流の像を得ることを可能にする。測定システムの精度は、上記に説明した完全円形環状コイルについてのものより劣るが、測定システムは困難なしに満足させることができる。なぜなら、残留電流を測定することは、通常、保護動作のきっかけとなるように機能するからである。このような状況下では、0.1%等級における測定精度を有する必要はない。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】プリント回路基板技術を使用して作成された平面環状四半体の形になった本発明の電流変成器の部分回路の図であり、（ａ）は部分回路の第1の角度端部を拡大して示す図であり、（ｂ）は部分回路の第2の角度端部を拡大して示す図である。
【図２】交番する面を持ち、かつ、変成器の二次回路を構成する同一の四半体を形成する4つの部分回路を連結することにより構成された完全な環状回路を含む本発明の電流変成器の模式的斜視図である。
【図２ａ】図2の完全回路を構成する四半体の1つを形成する部分回路の図である。
【図２ｂ】図2aの部分回路の1つの角度端部の1つの面を示し、前記面上の金属線路の組を示す図である。
【図２ｃ】図2bに示される部分回路の環状端部の他の面を、これの金属線路の組と共に示す図である。
【図３】相互に平行に定置された2つの完全回路を含む本発明の電流変成器の二次回路の模式的部分図である。
【図４】本発明の電流変成器の他の二次回路の模式的部分図である。
【図５】内部で各部分回路が2つの重ねあわされたプリント回路基板を含む単一の完全回路で構成された本発明の電流変成器の他の二次回路の模式的部分図である。
【図５ａ】支持部を備えた図5に示された部分回路の模式的平面図である。
【図６】同一な四半体を形成する4つの部分回路を連結することにより構成された完全なチューブ状環状回路を含む本発明の電流変成器の模式的斜視図である。
【図６ａ】図6の完全回路を構成する四半体の1つを形成する部分回路の2つの面の図である。
【図７】4つの交番する同一の部分回路を連結することにより構成された完全回路を含み、かつ、加算獲得システムをさらに含む本発明の電流変成器の電気回路図である。
【図８】相互に平行に配置された2つの完全回路を含み、かつ、増幅の2つの段を有する加算獲得システムをさらに含む本発明の電流変成器の電気回路図である。
【図９】3相回線中のいかなる可能な残留電流も検出することに適用された本発明の電流変成器の図である。
【符号の説明】
【００９５】
A、B  面
C1、C2、...、Cn、...、CN  ロゴスキ型コイル
Cn1  復路コイル
Cn0   往路コイル
CB1、CB2、...、CBn、...、CBN  部分回路
E1n、E2n  角度端部
G  共通基準電位
O  中心
T  温度
T1n、T2n  電気的端子
Z  軸
θn  角度領域
ip  一次電流
vs  完全信号
7、7'  獲得システム
8、8'  演算増幅器
9  入力
10、10A、10B、10C  一次導体
15  フレーム
16  ファスナ
31、32、41、42、51、52  金属線路
【図１】
0004842562.tif 000022
【図２】
0004842562.tif 000023
【図２ａ】
0004842562.tif 000024
【図２ｂ】
0004842562.tif 000025
【図２ｃ】
0004842562.tif 000026
【図３】
0004842562.tif 000027
【図４】
0004842562.tif 000028
【図５】
0004842562.tif 000029
【図５ａ】
0004842562.tif 000030
【図６】
0004842562.tif 000031
【図６ａ】
0004842562.tif 000032
【図７】
0004842562.tif 000033
【図８】
0004842562.tif 000034
【図９】
0004842562.tif 000035