(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同心配置した内側及び外側の２つの環状鉄心と、この環状鉄心を貫通させ、かつその中心に対して互いに対称配置した複数の一次導体と、この一次導体に対応する複数の磁気センサとを設け、前記内側鉄心を前記一次導体に合わせて周方向に複数に等分割するとともに、この内側鉄心の隣り合う２つの分割位置の中央に合わせて前記外側鉄心の周方向位置に切欠部を形成し、この切欠部に前記磁気センサをそれぞれ配置したことを特徴とする零相変流器。
【請求項２】
３本の前記一次導体と３個の前記磁気センサとを設け、前記内側鉄心を３分割するとともに、前記外側鉄心に３個の前記切欠部を形成したことを特徴とする請求項１記載の零相変流器。
【請求項３】
２本の前記一次導体と２個の前記磁気センサとを設け、前記内側鉄心を２分割するとともに、前記外側鉄心に２個の前記切欠部を形成したことを特徴とする請求項１記載の零相変流器。
【請求項４】
前記磁気センサとして磁気インピーダンス素子を用いたことを特徴とする請求項１記載の零相変流器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、送配電路において地絡事故や感電が生じた場合に流れる零相電流（地絡電流）を検出する零相変流器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、従来の零相変流器を示す構成図である。図５において、１３は環状鉄心、１４は出力巻線（二次導体）、１ａ，１ｂ，１ｃはＲ相，Ｓ相，Ｔ相の一次導体である。環状鉄心１３にはパーマロイなどの高透磁率材料が使用され、この環状鉄心１３の全周にわたって出力巻線１４が巻かれている。また、一次導体１ａ，１ｂ，１ｃは環状鉄心１３の中空部を貫通するように配置されている。
【０００３】
次に、図５の零相変流器の地絡検出原理について説明する。三相平衡状態（地絡が発生していない状態）では、Ｒ相導体１ａ，Ｓ相導体１ｂ，Ｔ相導体１ｃに流れるＲ相電流Ｉｒ，Ｓ相電流Ｉｓ，Ｔ相電流Ｉｔの総和は常に零であり、環状鉄心１３内に発生する各相電流Ｉｒ，Ｉｓ，Ｉｔの磁束は互いに打ち消し合い、出力巻線１４に電圧は誘起されない。一方、地絡が発生した場合には、各相電流の総和は零ではなくなり、環状鉄心１３内に地絡電流に応じた磁束が発生し、出力巻線１４に電圧が誘起される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような零相変流器は通常、漏電遮断器に搭載されるが、漏電遮断器に要求される機能としては、地絡検出の他に各相の過電流検出がある。ところが、従来の零相変流器は上記した原理による地絡検出のみで、過電流検出は不可能であった。そのため、過電流検出には別途、電流変成器やバイメタルを用いた過電流検出機構を必要とした。
【０００５】
そこで、この発明の課題は、零相変流器により地絡電流と過電流の両方を検出できるようにすることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明は、同心配置した内側及び外側の２つの環状鉄心と、この環状鉄心を貫通させ、かつその中心に対して互いに対称配置した複数の一次導体と、この一次導体に対応する複数の磁気センサとを設け、前記内側鉄心を前記一次導体に合わせて周方向に複数に等分割するとともに、この内側鉄心の隣り合う２つの分割位置の中央に合わせて前記外側鉄心の周方向位置に切欠部を形成し、この切欠部に前記磁気センサをそれぞれ配置するものである（請求項１）。
【０００７】
この請求項１の零相変流器においては、外側鉄心の各切欠部に発生する磁束は、直近の一次導体の電流に比例する。そこで、この切欠部の磁束を磁気センサで検出することにより、各相の電流値を検出することができる。また、三相平衡時には各相の電流の総和は零であることから、直近導体の電流に比例して発生する各切欠部の磁束の総和も零になるが、地絡発生時には零にならない。そこで、各磁気センサの出力の総和をとることにより、地絡発生を検出することができる。その場合、磁気センサを配置した外側鉄心と同心に内側鉄心を配置した二重鉄心構成とすることにより、三相平衡時の磁束は内側鉄心を主に通るため、外側鉄心を通る磁束を少なくして、電流検知出力を小さくすることができるとともに、地絡発生時には磁束はほぼ外側鉄心を通るため、地絡検出出力を大きくすることができる。
【０００８】
請求項１において、三相電路用には、３本の前記一次導体と３個の前記磁気センサとを設け、前記内側鉄心を３分割するとともに、前記外側鉄心に３個の切欠部を形成する（請求項２）。また、単相電路用には、２本の前記一次導体と２個の前記磁気センサとを設け、前記内側鉄心を２分割するとともに、前記外側鉄心に２個の切欠部を形成する（請求項３）。一方、前記磁気センサとしては、磁気インピーダンス素子が好適である（請求項４）。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、三相電路用零相変流器におけるこの発明の実施の形態を示す構成図である。図１において、１（１ａ，１ｂ，１ｃ）は一次導体（Ｒ相，Ｓ相，Ｔ相）、２は内側鉄心、３は外側鉄心、４（４ａ，４ｂ，４ｃ）は磁気センサとしての小型高感度の磁気インピーダンス素子（以下、「ＭＩ素子」と記す。）である。内側鉄心２と外側鉄心３とは同心配置され、この環状鉄心２，３を貫通する３本の一次導体１ａ，１ｂ，１ｃは、環状鉄心２，３の中心に対して互いに対称配置されている。内側鉄心２は、３本の一次導体１ａ，１ｂ，１ｃに合わせて周方向に３つに等分（１２０°ごと）に分割されている。また、外側鉄心３には、内側鉄心２の隣り合う２つの分割位置の中央に合わせて、つまり内側鉄心２の分割位置より６０°ずれた周方向位置に３個の切欠部３ａ，３ｂ，３ｃが形成され、この切欠部３ａ，３ｂ，３ｃにＭＩ素子４ａ，４ｂ，４ｃがそれぞれ配置されている。
【００１０】
まず、この零相変流器の各相の電流検知機能について説明する。図１において、外側鉄心３の各切欠部３ａ，３ｂ，３ｃとこれに近い側の一次導体（直近導体）１ａ，１ｂ，１ｃ（例えば、切欠部３ａに対して一次導体１ａ）との間のパーミアンス（磁気抵抗の逆数）をαn、各切欠部３ａ，３ｂ，３ｃとこれから遠い側の一次導体（遠方導体）１ａ，１ｂ，１ｃ（例えば、切欠部３ａに対して一次導体１ｂ，１ｃ）との間のパーミアンスをαfとし、Ｒ相，Ｓ相，Ｔ相の電流をIr，Is，Itとすると、各切欠部３ａ，３ｂ，３ｃの磁束φa, φb, φcは以下の通りとなる。
【００１１】
【数１】
0003940947.tif 000002
【００１２】
上記より、各切欠部３ａ，３ｂ，３ｃに発生する磁束φa, φb, φcは、直近導体１ａ，１ｂ，１ｃの電流Ir，Is，Itに比例する。従って、各切欠部３ａ，３ｂ，３ｃの磁束φa, φb, φcをＭＩ素子４ａ，４ｂ，４ｃで検出することにより、各相の電流値を検出することができる。
【００１３】
次に、地絡検知機能について、Ｒ相に地絡電流IΔが発生した場合を例にとって以下に説明する。地絡発生時の各切欠部３ａ，３ｂ，３ｃの磁束φa, φb, φcは次の通りである。
【００１４】
【数２】
0003940947.tif 000003
【００１５】
上記より、各切欠部３ａ，３ｂ，３ｃに発生する磁束の和φtotal（＝φa＋φb＋φc）は、地絡電流IΔに比例する。従って、各切欠部３ａ，３ｂ，３ｃの磁束φa, φb, φcをＭＩ素子４ａ，４ｂ，４ｃで検出し、それらの和をとることにより地絡検出を行なうことができる。
【００１６】
図２は図１の零相変流器を用いたシステムの構成例を示した図である。図２において、４ａ，４ｂ，４ｃはＭＩ素子、５ａ，５ｂ，５ｃはＭＩ素子４ａ，４ｂ，４ｃに交流バイアス磁界を印加するためのバイアスコイル、６ａ，６ｂ，６ｃは抵抗、７ａ，７ｂ，７ｃはコンデンサ、８はＭＩ素子４ａ，４ｂ，４ｃに高周波電流を印可するための発振回路、９はバイアスコイル５を駆動する発振コイルである。各相の電流値及び地絡発生の検出回路は、検波回路１５ａ，１５ｂ，１５ｃ、サンプルホールド回路１０ａ〜１０ｆ、差動増幅回路１１ａ，１１ｂ，１１ｃ、加算回路１２により構成される。
【００１７】
切欠部３ａ，３ｂ，３ｃに配置されたＭＩ素子４ａ，４ｂ，４ｃに外部磁界が加わると、ＭＩ素子４ａ，４ｂ，４ｃのインピーダンスが変化する。この変化を検波回路１５ａ，１５ｂ，１５ｃにより検波した後、サンプルホールド回路１０ａ，１０ｃ，１０ｅで検波波形の＋側を保持し、サンプルホールド回路１０ｂ，１０ｄ，１０ｆで検波波形の−側を保持し、それらを差動増幅回路１１ａ，１１ｂ，１１ｃにより増幅し、Ｒ相，Ｓ相，Ｔ相の電流値検出出力を得る。また、各相の電流値検出出力を加算回路１２で加算し、地絡検出出力を得る。
【００１８】
ここで、内側鉄心の作用について説明する。この発明のように、各相の電流を検出し、その加算和から地絡検出を行なう場合、電流検知出力に対して地絡検出出力をできるだけ大きくすることが望ましい。図３は、この発明の二重鉄心構成における磁束線図である。図３（Ａ）は三相平衡時（電流比Ｒ：Ｓ：Ｔ＝１：-0.5：-0.5）の磁束分布であり、磁束は内側鉄心２を主に通るため、外側鉄心３の切欠部３ａ，３ｂ，３ｃを通る磁束は少なく、電流検知出力を小さくすることができる。また、図３（Ｂ）は地絡電流分による磁束分布を示した図であり、磁束はほぼ外側鉄心３のみを通るため、地絡検出出力が大きくなる。
【００１９】
上記実施の形態は三相用のものであるが、図４に単相用の実施の形態を示す。図４において、内側鉄心２と外側鉄心３とは同心配置され、この環状鉄心２，３を貫通する２本の一次導体１は、環状鉄心２，３の中心に対して互いに対称配置されている。内側鉄心２は、２本の一次導体１に合わせて周方向に２つに等分（１８０°ごと）に分割されている。また、外側鉄心３には、内側鉄心２の隣り合う分割位置の中央に合わせて、つまり内側鉄心２の分割位置より９０°ずれた周方向位置に２個の切欠部３ａ，３ｂが形成され、この切欠部３ａ，３ｂにＭＩ素子４ａ，４ｂがそれぞれ配置されている。この単相用の動作原理も三相用と同じなので、その説明は省略する。なお、図示実施の形態では、一次導体１とＭＩ素子４を同一半径上に配置したが、一次導体１と内側鉄心２の分割位置を同一半径上に配置した構成、つまり図１では内側鉄心２に対する一次導体１の相対位置を６０°回転し、図４では同じく９０°回転した構成とすることも可能である。
【００２０】
【発明の効果】
以上の通り、この発明によれば、零相変流器に地絡検出機能のみならず過電流検出機能も持たせ、過電流検出機能付きの漏電遮断器を過電流検出機構を別途設けることなく構成することが可能になり、漏電遮断器の小型化及び低コストを容易に達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態を示す零相変流器の構成図である。
【図２】図１の零相変流器を用いた検出回路のシステム構成図である。
【図３】図１の零相変流器の磁束線図で、（Ａ）は三相交流の平衡時、（Ｂ）は同じく不平衡時を示す。
【図４】この発明の異なる実施の形態を示す零相変流器の構成図である。
【図５】従来の零相変流器を示す構成図である。
【符号の説明】
１    一次導体
２    内側鉄心
３    外側鉄心
３ａ〜３ｂ    切欠部
４    磁気センサ
【図１】
0003940947.tif 000004
【図２】
0003940947.tif 000005
【図３】
0003940947.tif 000006
【図４】
0003940947.tif 000007
【図５】
0003940947.tif 000008