(57)【要約】【課題】２基のカレントトランスを用いて３相主回路の電流計測，欠相検出が行えるようにし、併せてカレントトランスから処理回路に給電する操作電源の入力変動幅を低く抑え電源の安定化が図れるようにカレントトランスの構成を改良する。【解決手段】３相電源１から負荷２に給電する主回路３に介挿したカレントトランス５，および該カレントトランスの２次出力を操作電源とする処理回路６からなり、カレントトランスの出力信号を処理回路に入力して主回路の電流および動作状態（欠相）を検出する３相主回路の電流検出装置において、カレントトランスを１次貫通形として、その一方のカレントトランスＣＴ１を主回路３のＲ相とＳ相にまたがって介挿し、他方のカレントトランスＣＴ２はＳ相とＴ相にまたがって介挿し、２基のカレントトランスで得た出力信号を基に、処理回路６で主回路の各相の電流値計測，および１相欠相，２相欠相の通電状態を識別して検知するようにする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３相電源から負荷に給電する主回路に介挿したカレントトランス，および該カレントトランスの２次出力を電源とする処理回路からなり、カレントトランスの出力信号を処理回路に入力して主回路の電流および動作状態を検出する３相主回路の電流検出装置において、
前記カレントトランスを１次貫通形として、２基のカレントトランスを３相主回路の異なる２相にまたがって配置したことを特徴とする３相主回路の電流検出装置。
【請求項２】
請求項１記載の電流検出装置において、２基のカレントトランスで得た出力信号を基に、処理回路が主回路各相の電流値を演算して求めることを特徴とする３相主回路の電流検出装置。
【請求項３】
請求項１記載の電流検出装置において、２基のカレントトランスで得た出力信号を基に、処理回路が各カレントトランスの電流検出値，およびその位相差から主回路の欠相状態を検知することを特徴とする３相主回路の電流検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受配電機器である欠相保護機能を備えた電子式の配線用遮断器，保護リレーなどに搭載して、負荷に給電する３相主回路の通電動作状態（過負荷，短絡，欠相）を検出する電流検出装置に関し、詳しくは主回路に介挿して各相に流れる電流を検出するカレントトランスの構成に係わる。
【背景技術】
【０００２】
頭記の電子式配線用遮断器は、接点引外し部を電子回路で構成（通常の配線用遮断器では、電磁コイル，バイメタル等で過電流引外し部を構成している）したもので、主回路の電流検出手段として電源から負荷（例えば誘導電動機）に給電する主回路の各相に介挿したカレントトランスと処理回路を組み合わせ、カレントトランスの出力信号を処理回路が取り込んで主回路の電流計測および欠相有無を検出し、主回路に過電流，欠相の状態が生じた際に処理回路から出力する異常信号でトリップコイルをトリガし、主回路接点を開路して負荷を保護する。また、保護リレーにおいても前記と同様に主回路の各相にカレントトランスを介挿して電流検出を行うようにしている（例えば、特許文献１参照）。
また、前記処理回路の操作電源として、独立した電源を使用せずに前記カレントトランスを利用し、その２次出力を整流して処理回路の電源回路に給電するようにしたものも公知であり、その従来構成を図２に示す。
【０００３】
図２において、１は３相電源、２は負荷（電動機）、３は負荷２に給電する主回路、４は主回路３に接続した開閉接点（配線用遮断器あるいは電磁接触器の接点）、５は主回路３の各相回路３Ｒ，３Ｓ，３Ｔに介挿した１次貫通形のカレントトランス（変流器）、６は各相のカレントトランス５の２次捲線５ａの出力信号を入力して主回路３の各相に通流する電流の計測，および欠相有無の判定を行う処理回路（マイクロコンピユータ）、７は処理回路６の操作電源として各カレントトランス５の２次出力を整流して処理回路６の直流電源回路（図示せず）に給電する全波整流回路であり、カレントトランス５，処理回路６，整流回路７で電流検出装置８を構成している。
上記の構成で、主回路３のＲ，Ｓ，Ｔ相に流れる電流Ｉｒ，Ｉｓ，Ｉｔは各相ごとに介挿したカレントトランス５から出力信号ｉｒ，ｉｓ，ｉｔとして処理回路６に入力され、同時に各相のカレントトランス５の２次出力は整流回路７を介して処理回路６に給電される。これにより、処理回路６ではカレントトランス５の出力信号ｉｒ，ｉｓ，ｉｔを基に主回路３の各相に流れる電流値を計測するとともに、主回路３の過負荷，短絡，および欠相有無の動作状態を判定し、通電動作状態の異常時には処理回路６から出力した異常信号を外部に報知し、さらに開閉接点４を開極して負荷２を保護する。
【特許文献１】特開２０００−５０４８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、図２に示した従来構成の電流検出装置では、構成，機能面で次記のような問題点がある。すなわち、
（１）３相主回路３の各相に流れる電流を検出するために、各相の回路３Ｒ，３Ｓ，３Ｔごとにカレントトランス５を１基ずつ、合計３基のカレントトランスを使用することからカレントトランスの設置スペースが大きくなり、特に配線用遮断器に搭載装備する場合には遮断器が大型化する。
（２）一方、先記のようにカレントトランス５の２次出力を操作電源として処理回路６に給電する方式では、主回路３の欠相発生により通電状態が変化した場合でも処理回路６が安定動作できる給電能力が要求される。これに対して図２の従来構成では、３相主回路３の各相にカレントトランス５を介挿してその２次出力を整流回路７より処理回路６に給電していることから、定常時の３相通電状態から欠相が発生するとカレントトランス５から整流回路７を介して処理回路６に供給する電源入力が大きく変動する。すなわち、図３に示す３相通電状態では、整流回路７の直流出力（処理回路６の電源入力）Ｐｄは図中の太線で表すように高出力(実効値)であるのに対して、図４に示す１相欠相（Ｓ相欠相）の通電状態になると全波整流回路７の出力が減少して処理回路６への給電能力が低下し、また図５に示す２相欠相の通電状態では整流器回路の出力がさらに低下する。このために、処理回路６では図３，図４，図５の各通電状態に対応する電源入力の変動（３段階）に対応した安定化電源回路が必要であり、その電源入力の変動幅が前記のように大きくなると電源回路の負担も大きく、かつその回路設計も困難となる。
【０００５】
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、その目的は前記課題を解決し、３相主回路に介挿するカレントトランスの数を削減して各相の電流計測，欠相検出が行えるようにし、併せて主回路の各相通電状態（欠相有無）によって変化する処理回路の電源入力変動幅を低く抑え操作電源の安定化が図れるように改良した３相主回路の電流検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明によれば、３相電源から負荷に給電する主回路に介挿したカレントトランス，および該カレントトランスの２次出力を電源とする処理回路からなり、カレントトランスの出力信号を処理回路に入力して主回路の電流および動作状態を検出する３相主回路の電流検出装置において、
前記カレントトランスを１次貫通形として、２基のカレントトランスを３相主回路の異なる２相にまたがって配置する（請求項１）。
そして、上記の構成で２基のカレントトランスで得た出力信号を基に、処理回路では主回路各相の電流値を演算して求め（請求項２）、さらに各カレントトランスの電流検出値，およびその位相差から主回路の欠相を検知するようにする（請求項３）。
【発明の効果】
【０００７】
上記の構成によれば、３相主回路の各相電流，および欠相有無の検出を行うために主回路に介挿するカレントトランスの数は２基で済み、各相ごとにカレントトランスを１基ずつ介挿した従来構成と比べて使用するカレントトランスの数が削減できてコスト低減，および装置の小型化が図れる。
また、２基の１次貫通形カレントトランスを３相主回路の異なる２相にまたがって配置することにより、該カレントトランスの２次出力を整流して処理回路へ操作電源として供給する場合に、その給電能力は主回路の１相欠相と２相欠相状態とで変わらず、かつ３相通電を含めた各通電状態による給電能力の変動幅も従来方式より小さくなるので、これにより主回路の通電状態変化に伴う処理回路の電源の負担を軽減して操作電源の安定化が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態を図１に示す実施例に基づいて説明する。なお、実施例の図中で図２に対応する部位には同じ符号を付してその説明は省略する。
すなわち、図１に示す実施例では、３相の主回路３に介挿するカレントトランス（１次貫通形）５の数は２基であり、その一方のカレントトランスＣＴ１は主回路３のＲ相とＳ相にまたがって介挿（カレントトランスの環状コアにＲ相とＳ相の１次導体を貫通させる）し、他方のカレントトランスＣＴ２はＳ相とＴ相にまたがって介挿されている。なお、カレントトランスＣＴ１，ＣＴ２の２次捲線５ａからの出力信号は図２の従来例と同様に処理回路６に入力され、また各カレントトランスの２次出力は全波整流回路７を介して処理回路６の電源回路へ操作電源入力として供給される。
次に前記構成によるカレントトランス５の電流検出動作について説明する。まず、主回路３の各相に電流が流れている３相通電状態では、主回路３のＲ，Ｓ相に流れる電流ＩｒとＩｓの和に相応した電流がカレントトランスＣＴ１より２次出力信号ｉｒ＋ｉｓとして検出される。この電流は３相交流の式（Ｉｒ＋Ｉｓ＋Ｉｔ＝０）から反転Ｔ相電流Ｉｔに対応している（Ｉｒ＋Ｉｓ＝−Ｉｔ）。同様に、カレントトランスＣＴ２では主回路３のＳ相とＴ相に流れる電流ＩｓとＩｔの和に相応した電流が２次出力信号ｉｓ＋ｉｔとして検出される。この検出電流は反転Ｒ相の電流Ｉｒに対応する（Ｉｓ＋Ｉｔ＝−Ｉｒ）。
【０００９】
これにより、処理回路６では２基のカレントトランス５からの出力信号を基に主回路３のＲ相，Ｔ相の電流が直接計測され、またＳ相の電流ＩｓはカレントトランスＣＴ１とＣＴ２の検出電流値の和を演算し、これを反転することにより求めることができる（Ｉｒ＋Ｉｔ＝−Ｉｓ）。
次に、主回路３に欠相が発生した場合の検出動作について説明する。まず、主回路３のＲ相が欠相した場合には、カレントトランスＣＴ１の１次側にＳ相の電流Ｉｓのみが流れるので、カレントトランスＣＴ１からは電流Ｉｓに相応した電流が検出される。一方、カレントトランスＣＴ２では、先記のようにＳ相とＴ相の電流の和に相当する反転Ｒ相の電流を検出するわけであるが、Ｒ相の欠相状態ではこの電流が零であることから、理論上はカレントトランスＣＴ２からは出力が得られないことになる。しかし、二つの電流の和が理論的に零になる往復電流が１次貫流形のカレントトランスを通過する場合でも、カレントトランスの環状コアとこれを貫通する２本の１次導体との相対的な位置関係から、カレントトランスの２次側には微小な出力信号が現れる。そこで、この微小な出力信号を処理回路６に取り込んで検出することにより、カレントトランスＣＴ２の１次側に全く電流が流れてない状態と往復電流が流れている状態とを区別して主回路３のＲ相欠相を判別することが可能である。また、同様に主回路３のＴ相が欠相した状態をカレントトランスＣＴ１から出力する微小信号から識別できる。
【００１０】
次に、主回路３のＳ相が欠相した場合には、カレントトランスＣＴ１にＲ相の電流Ｉｒが、カレントトランスＣＴ２にＴ相の電流Ｉｔが流れることになるが、その電流の位相に着目すると、３相通電状態ではＲ相の電流とＴ相の電流の位相差は１２０°であるのに対して、Ｓ相が欠相した単相通電状態では一方のカレントトランスＣＴ１を通過した主回路の電流が反転して他方のカレントトランスＣＴ２を通過するので電流の位相差が１８０°となる。そこで、カレントトランスＣＴ１，ＣＴ２で検出した電流の位相差を処理回路６で計測することにより、主回路３のＳ相欠相の状態を識別することができる。
一方、処理回路６の操作電源として前記カレントトランスＣＴ１，ＣＴ２の２次側から整流回路７を介して処理回路に供給する電源入力については次記のようになる。すなわち、表１は本発明（図１）と従来例（図２）とを対比して、３相主回路３の動作状態とカレントトランス５の電流検出，および処理回路６の電源入力との関係を表したものであり、表中の項目欄「ＣＴ出力」に表した記号について、◎はカレントトランスの１次側に主回路２相分の電流が流れている状態、〇は１相分の電流が流れている状態、△は和が零になるような往復電流が流れている状態、×は電流通過がない状態を表している。
【００１１】
【表１】
2005261157.tif 000003
また、「従来の電源入力」の項目欄で、ＩＩＩは図３の３相通電状態で３基のカレントトランス（図２参照）を使って得た電源入力を表し、ＩＩ，Ｉはそれぞれ、図４，図５に対応した欠相時の入力状態を表している。一方、「本発明の電源入力」の項目欄において、ＩＩは３相通電状態で２基のカレントトランス（図１参照）から得た電源入力，Ｉは図４の１相欠相，図５の２相欠相に対応する電源入力を表している。
この表から判るように、本発明によれば２基のカレントトランスで３相主回路の各動作状態（状態１〜８）を識別することができる。また、カレントトランスの２次出力から処理回路６の電源回路に給電する電源入力についても、先記したカレントトランスＣＴ１，ＣＴ２の検出動作から、表中に記したIIとＩとの二通りでその給電能力の変動幅は従来方式（ＩＩＩ,ＩＩ,Ｉの三通り）による変動幅と比べて小さく、これにより処理回路の電源回路にかかる負担を軽減して安定した検出動作を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例による電流検出装置の回路構成図
【図２】従来例の３相主回路の電流検出装置を示す回路構成図
【図３】主回路の３相通電状態を表す電流波形図
【図４】主回路の１相欠相状態を表す電流波形図
【図５】主回路の２相欠相状態を表す電流波形図
【符号の説明】
【００１３】
１    ３相電源
２    負荷（電動機）
３    主回路
３Ｒ．３Ｓ，３Ｔ  各相回路
５    カレントトランス
６    処理回路
７    全波整流回路
【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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