(57)【要約】【課題】正確に２次巻線抵抗の温度補償をすることができる電流検出装置を提供すること。【解決手段】電流検出装置は、変成器１と、変成器１の２次側の端子間に接続された負担抵抗２と、負担抵抗２の両端に生ずる電圧を増幅する電圧増幅器５と、負担抵抗２と並列に変成器１の２次側の一方の端子に接続された入力抵抗３と、入力抵抗３とともに電圧増幅器５の増幅率を決定する帰還抵抗４と、を備え、入力抵抗３は、サーミスタを含んで構成され、かつ、変成器１の巻線抵抗１１の温度特性を補償するものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次巻線に入力された１次電流に対して前記１次巻線と２次巻線との巻数比に応じた２次電流を前記２次巻線に発生させて出力する変成器と、
この変成器の２次側の端子間に接続された負担抵抗と、
この負担抵抗の両端に生ずる電圧を増幅する電圧増幅器と、
この電圧増幅器の増幅率を決定する入力側の抵抗であって、前記負担抵抗と並列に前記変成器の２次側の一方の端子に接続された入力抵抗と、
この入力抵抗とともに前記電圧増幅器の増幅率を決定する帰還抵抗と、
を備え、  
前記入力抵抗は、サーミスタを含んで構成され、かつ、前記変成器の２次巻線抵抗の温度特性を補償するものであることを特徴とする電流検出装置。
【請求項２】
前記入力抵抗は、単一のサーミスタから構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電流検出装置。
【請求項３】
前記入力抵抗は、単一のサーミスタと複数個の抵抗から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電流検出装置。
【請求項４】
前記負担抵抗は前記電圧増幅器の入力インピーダンスの１／１０００以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電流検出装置。
【請求項５】
前記負担抵抗と前記２次巻線抵抗の抵抗値の和は、前記変成器の励磁インピーダンスの０．１倍以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電流検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電力系統を保護する目的で設置される保護リレー装置に用いられる電流検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
保護リレー装置に用いられる電流検出装置は変成器を用いる方式が一般的である。電流検出装置では、変成器の２次巻線の両端に負担抵抗を接続し、負担抵抗に発生する電圧を測定することにより１次巻線に流れる電流を測定することが出来る。しかし、１次巻線、２次巻線に流れる電流等により変成器の温度が変化すると変成器の２次巻線抵抗が変化し、電流を正確に測定することが困難となる問題があった。この問題を解決するために、負担抵抗と直列に２次巻線抵抗の温度変化を打ち消すようにサーミスタを挿入する方法が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−３４３７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のように、従来の電流検出装置では、２次巻線抵抗の温度変化を打ち消すように負担抵抗と直列にサーミスタを挿入している。しかしながら、この場合、サーミスタに負担電流が流れるため、この負担電流によりサーミスタ自体が発熱しサーミスタの抵抗値が変化する。このため、２次巻線抵抗の温度補償を正確に行うことが困難になるという問題があった。
【０００５】
この発明は、上記に鑑みてなされたもので、正確に２次巻線抵抗の温度補償をすることができる電流検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る電流検出装置は、１次巻線に入力された１次電流に対して前記１次巻線と２次巻線との巻数比に応じた２次電流を前記２次巻線に発生させて出力する変成器と、この変成器の２次側の端子間に接続された負担抵抗と、この負担抵抗の両端に生ずる電圧を増幅する電圧増幅器と、この電圧増幅器の増幅率を決定する入力側の抵抗であって、前記負担抵抗と並列に前記変成器の２次側の一方の端子に接続された入力抵抗と、この入力抵抗とともに前記電圧増幅器の増幅率を決定する帰還抵抗と、を備え、前記入力抵抗は、サーミスタを含んで構成され、かつ、前記変成器の２次巻線抵抗の温度特性を補償するものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、負担抵抗の両端に発生する電圧を測定するための電圧増幅器の入力抵抗をサーミスタとして温度補償を実施することにより、正確に変成器の２次巻線抵抗の温度補償を行うことができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施の形態１に係る電流検出装置の構成図である。
【図２】図２は、変成器１の巻線抵抗１１及び負担抵抗２の端子間電圧の温度特性の一例を示す図である。
【図３】図３は、入力抵抗３のサーミスタ抵抗値及び電圧増幅器５のゲインの温度特性の一例を示す図である。
【図４】図４は、実施の形態２に係る電流検出装置の構成図である。
【図５】図５は、変成器１の巻線抵抗１１及びサーミスタ抵抗の温度特性の一例を示す図である。
【図６】図６は、変成器１の巻線抵抗１１、抵抗とサーミスタの組合せた電圧増幅器５の入力抵抗３及び負担抵抗２の端子間電圧の温度特性の一例を示す図である。
【図７】図７は、従来の電流検出装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明に係る電流検出装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態に係る電流検出装置の構成図である。図１において、本実施の形態に係る電流検出装置は、変成器１、負担抵抗２、電圧増幅器５、電圧増幅器５の入力抵抗３、及び電圧増幅器５の帰還抵抗４を備えて構成される。
【００１１】
変成器１は、１次巻線２０と２次巻線２１とを備え、１次巻線２０に入力された１次電流Ｉ１に対して１次巻線２０と２次巻線２１との巻数比に応じた２次電流Ｉ２を２次巻線２１で発生させて出力する。巻線抵抗１１は、変成器１の２次巻線抵抗である。変成器１の２次側の両端子間には負担抵抗２が接続されている。即ち、２次巻線の両端には負担抵抗２が接続されている。２次電流Ｉ２は負担抵抗２の両端に電圧ＶＬを発生する。
【００１２】
電圧増幅器５は、その入力側が負担抵抗２の両端に接続され、電圧ＶＬを増幅して出力する。電圧増幅器５はオペアンプであり、入力抵抗３及び帰還抵抗４とともに反転増幅回路３０を構成する。電圧増幅器５は二つの入力端子と一つの出力端子を備える。電圧増幅器５の一方の入力端子である反転入力端子（−）には入力抵抗３が接続され、入力抵抗３は変成器１の２次側の一方の端子及び負担抵抗２の一端に接続されている。入力抵抗３は、負担抵抗２と並列に、変成器２の２次側の一方の端子と接続されている。電圧増幅器５の他方の入力端子である非反転入力端子（＋）はグランドに接続されている。電圧増幅器５の反転入力端子（−）と非反転入力端子（＋）との間には帰還抵抗４が接続されている。この電流検出装置では、電圧ＶＬを電圧増幅器５で増幅することにより１次電流Ｉ１に応じた電圧信号を得ることが出来る。電圧増幅器５は、そのゲイン（電圧増幅率）が入力抵抗３と帰還抵抗４の比で決まる。
【００１３】
ここで、２次電流Ｉ２自体は温度特性を持たないが、変成器１の巻線抵抗１１が図２のような温度特性を持っている。図２は、変成器１の巻線抵抗１１及び負担抵抗２の端子間電圧ＶＬの温度特性の一例を示す図である。図２では、横軸を温度Ｔ（℃）、縦軸を巻線抵抗（Ω）又は端子間電圧（Ｖ）とし、変成器１の巻線抵抗１１の抵抗値をＲで示し、負担抵抗２の端子間電圧をＶＬで示している。この温度特性が出力に影響しないようにするには、変成器１の励磁インピーダンスを巻線抵抗１１と負担抵抗２の和に比べて十分大きくなるように設計すれば良いが、励磁インピーダンスを大きくすると、大きな１次電流Ｉ１が流れた場合に変成器１が飽和する問題がある。このため、保護リレー装置に用いられるような広いダイナミックレンジで用いられるような変成器１の場合は、励磁インピーダンスを巻線抵抗１１と負荷抵抗２の和に比べて十分大きく出来ないため、負担抵抗２の両端に発生する電圧ＶＬも巻線抵抗２の温度特性に影響され、図２のように温度特性を持つことになる。例えば保護リレー装置に用いられる変成器１についてこれらの抵抗値の一例を挙げれば、負担抵抗２の抵抗値〜２０（Ω）、巻線抵抗１１の抵抗値（温度２０℃の場合）〜７０（Ω）、変成器１の励磁インピーダンス〜３５０（Ω）であり、巻線抵抗１１と負担抵抗２の抵抗値の和と変成器１の励磁インピーダンスとの比は〜０．２６であり、十分に小さいとはいえない。実際、この場合、負担抵抗２に発生する電圧ＶＬは温度が１０℃変化すると〜０．２％変動する。従って、保護リレー装置の使用温度範囲：−１０〜５０℃では〜１．２％変動することになるが、要求性能を例えば０．５％以下とすると、かかる温度変動を補償する必要がある。
【００１４】
そこで、本実施の形態では、この負担抵抗２の両端に発生する電圧ＶＬの温度特性を補償するために、電圧増幅器５の入力抵抗３をサーミスタにする。電圧増幅器５のゲイン（Ｇ）は入力抵抗３と帰還抵抗４の比で決まるが、入力抵抗３を負担抵抗２の電圧ＶＬの温度特性を打ち消すような温度特性を持つサーミスタとすることにより、電圧増幅器５のゲイン（Ｇ）を図３のように負担抵抗２の電圧ＶＬの温度特性を打ち消すようにすることができる。ここで、図３は、入力抵抗３のサーミスタ抵抗値及び電圧増幅器５のゲインの温度特性の一例を示す図である。図３では、横軸を温度Ｔ（℃）、縦軸をサーミスタ抵抗値（Ω）又は電圧増幅率（ゲイン）Ｇとし、入力抵抗３の抵抗値をＲＴで示し、電圧増幅器５のゲインをＧで示している。図２と図３の比較から明らかなように、入力抵抗３の抵抗値ＲＴは巻線抵抗１１の抵抗値Ｒの温度特性を相殺するように温度の増加とともに減少する。よって、電圧増幅器５のゲイン（Ｇ）は負担抵抗２の電圧ＶＬの温度特性を相殺するように温度の増加とともに増加する。このように電圧増幅器５の入力抵抗３をサーミスタにすることにより、電流検出装置の温度特性が改善できる。
【００１５】
また、電圧増幅器５の入力インピーダンスは負担抵抗２に比べて非常に高くすることができる。通常、負担抵抗２は数百Ω程度であるが、電圧増幅器５の入力インピーダンスは１ＭΩ以上ある。即ち、負担抵抗２は電圧増幅器５の入力インピーダンスの１／１０００以下とすることができる。このため、負担抵抗２に直列にサーミスタを追加した場合に比べて、サーミスタを電圧増幅器５の入力抵抗３とした場合、サーミスタに流れる電流は１／１０００以下になる。そのためサーミスタを流れる電流による発熱は抑えられ、正確に負担抵抗２の電圧ＶＬの温度補償を行うことができる。
【００１６】
なお、図７は、従来の電流検出装置の構成図である。図７では、図１と同一の構成要素には同一の符号を付している。入力抵抗７は、サーミスタとは異なる通常の抵抗である。従来の電流検出装置では、サーミスタ６が、負担抵抗２と直列に、変成器１の２次側の一方の端子に接続されている。即ち、負担抵抗２と直列にサーミスタ６を挿入することにより、２次巻線抵抗の温度変化を打ち消すようにしている。しかしながら、この構成では、サーミスタ６に２次電流Ｉ２が流れるので、サーミスタ６自体が発熱し、サーミスタ６の抵抗値が変化することとなる。このため、従来の構成では、２次巻線抵抗の補償を正確に行うことが困難であった。
【００１７】
以上のように、本実施の形態によれば、電圧増幅器５の入力抵抗３をサーミスタにすることにより正確に負担抵抗２の電圧ＶＬの温度補償を行うことができるという効果がある。また、電圧増幅器５の入力インピーダンスは負担抵抗２に比べて非常に高いので（負担抵抗２は電圧増幅器５の入力インピーダンスの例えば１／１０００以下）、電圧増幅器５の入力電流は非常に小さくなる。そのためサーミスタの発熱は抑えられ、正確に２次巻線抵抗の温度補償を行うことができる。従って、本実施の形態によれば、電流検出装置の電流検出精度が向上する。
【００１８】
本実施の形態は、例えば保護リレー装置に用いられる変成器１のように、変成器１の励磁インピーダンスを巻線抵抗１１と負担抵抗２の和に比べて十分大きく設定することが困難な構成においても負担抵抗２の電圧ＶＬの温度補償を実施することができる。例えば（負担抵抗２＋巻線抵抗１１）／（励磁インピーダンス）が０．１以上となり、２次巻線抵抗の温度補償の実施が必要となる構成に対して好適である。
【００１９】
実施の形態２．
図４は、本実施の形態に係る電流検出装置の構成図である。なお、図４では、図１と同一の構成要素には同一の符号を付している。実施の形態１では、電圧増幅器５の入力抵抗３を単一のサーミスタにするようにしたが、この実施の形態２では、電圧増幅器５の入力抵抗３を図４のように抵抗とサーミスタの組合せとするようにしたものである。
【００２０】
具体的には、入力抵抗３は、抵抗６０と、抵抗６０に直列に接続されたサーミスタ６１と、抵抗６０及びサーミスタ６１と並列に接続された抵抗６３と、抵抗６０及びサーミスタ６１と直列に接続された抵抗６２と、を備えて構成される。また、図４では、抵抗６０の抵抗値をＲ１で、サーミスタ６１の抵抗値をＲＴ１で、抵抗６２の抵抗値をＲ３で、抵抗６３の抵抗値をＲ２で表している。また、入力抵抗３の抵抗値はＲｉｎで表している。
【００２１】
図５は、変成器１の巻線抵抗１１及びサーミスタ抵抗の温度特性の一例を示す図である。巻線抵抗１１の温度特性（Ｒ）は図５のように温度に比例するが、一般に入手しやすいサーミスタは図５のように対数的な温度特性（ＲＴ）を持っている。なお、実施の形態１のサーミスタは図３のように線形的な温度特性（ＲＴ）を持っている。
【００２２】
このような例えば対数的な温度特性を持つサーミスタを用いて温度補償をするためには、図４のようにサーミスタ６１と抵抗６０，６２，６３を組合せて入力抵抗３を構成し、図６のように入力抵抗３の抵抗値Ｒｉｎを巻線抵抗１１の温度特性（Ｒ）を打ち消すような抵抗６０，６２，６３とサーミスタ６１の組合せとすることにより可能となる。入力抵抗Ｒｉｎは次の式で求められる。
Ｒｉｎ＝１／（１／（Ｒ１＋ＲＴ１）＋１／Ｒ２）＋Ｒ３
ここで、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の値を適切に選べば、図６のように入力抵抗３の抵抗値を巻線抵抗１１の温度特性Ｒを打ち消すようにすることができる。なお、図６は、変成器１の巻線抵抗１１、抵抗とサーミスタの組合せからなる入力抵抗３及び負担抵抗２の端子間電圧の温度特性の一例を示す図である。図６では、横軸を温度Ｔ（℃）、縦軸を抵抗（Ω）又は電圧（Ｖ）としている。Ｖ０は、負担抵抗２の端子間電圧を表している。入力抵抗３をサーミスタ６１と複数個の抵抗６０，６２，６３で構成する方法は図示例に限定されないが、図示例は最も簡素かつ十分な構成を与える。
【００２３】
このようにすれば、一般に入手しやすいサーミスタを用いることが可能となるため安価に温度補正を実施することができる。また、電圧増幅器５のゲインの温度特性を、抵抗６０，６２，６３を用いて微調整することができるため、より正確に温度補正をすることが出来るという効果がある。なお、本実施の形態のその他の効果は、実施の形態１と同様である。
【００２４】
上記説明では、この発明の用途として電力系統を保護する目的で設置される保護リレー装置に用いる電流検出装置の場合を例に説明したが、その他の変成器を用いて電流検出する装置にも利用できる。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明は、電力系統を保護する目的で設置される保護リレー装置に適用できる電流検出装置として有用である。
【符号の説明】
【００２６】
１  変成器
２  負担抵抗
３  入力抵抗
４  帰還抵抗
５  電圧増幅器
１１  巻線抵抗
２０  １次巻線
２１  ２次巻線
３０  反転増幅回路
６０，６２，６３  抵抗
６１  サーミスタ
【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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