JPH02240903A - 零相変流器の巻線方法 - Google Patents

零相変流器の巻線方法

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JPH02240903A
JPH02240903A JP1061996A JP6199689A JPH02240903A JP H02240903 A JPH02240903 A JP H02240903A JP 1061996 A JP1061996 A JP 1061996A JP 6199689 A JP6199689 A JP 6199689A JP H02240903 A JPH02240903 A JP H02240903A
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magnetic flux
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Fumio Iwasaki
文雄 岩崎
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/20Instruments transformers
    • H01F38/22Instruments transformers for single phase AC
    • H01F38/28Current transformers
    • H01F38/30Constructions
    • H01F2038/305Constructions with toroidal magnetic core
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H83/00Protective switches, e.g. circuit-breaking switches, or protective relays operated by abnormal electrical conditions otherwise than solely by excess current
    • H01H83/14Protective switches, e.g. circuit-breaking switches, or protective relays operated by abnormal electrical conditions otherwise than solely by excess current operated by imbalance of two or more currents or voltages, e.g. for differential protection
    • H01H83/144Protective switches, e.g. circuit-breaking switches, or protective relays operated by abnormal electrical conditions otherwise than solely by excess current operated by imbalance of two or more currents or voltages, e.g. for differential protection with differential transformer

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、零相電流を検出する零相変流器の巻線方法に
関するものである。
〔従来の技術〕
従来の楕円、トラック型など長円形の零相変流器は、第
8図及び第9図示のように保護ケース1の中に鉄心2を
入れ、その外側にコイル3を巻きその内側、側面、外側
に磁性材で内側シールド4、側面シールド5、外側シー
ルドθを施してなる。この長円形零相変流器の磁束分布
についてわかりやすい楕円形のものを考えてみると、第
11図(a)、(b)に示すようになる。磁束の方向は
矢印で示しである。
これから零相電流の含まない1次電流と2次巻線との関
係は、第12図示のようにギャップ付き変流器を2個使
用し、2次側巻線を直列に接続し1次電流は各々逆向き
で同一電流を流している変流器の組合せであることがわ
かる。この等価回路は第13図示のようになる。
第13図においてRtは零相電流の負担抵抗でこの電圧
vLは巻線の誘起電圧の差電圧であり、残留電圧である
。この電圧を零相電流に換算した値が残留電流である。
ここでXLI及びXL2は、ギャップ付き変流器のりア
クタンスのため、数Ω程度となり、等価回路より2次側
に流れ込むIt/nの電流は殆ど励磁電流となる。その
ため、負担抵抗Rt、を切り離しても鉄心の磁化状態は
殆ど変らず第14図示ような回路となる。鉄心が消磁さ
れ第15図示のB−Hカーブの0点で鉄心が使用されて
いる場合は、第18図示のように各変流器A、B側の出
力も1次電流に対する磁束変化が小さい範囲では正弦波
となる。
第16図(1)は電流と磁界の強さの波形、第18図■
は磁束密度B1第18図■は誘起電圧のvl、Vaの波
形、第16図(2)は残留電圧を示す。すなわち、残留
電流が小さい値となる。しかし零相電流に直流が含まれ
たり、過電流が発生したり、また1次電流に短絡などが
起り、鉄心の磁束が飽和域範囲で急にOとなると着磁さ
れ、第15図のB1点に着磁される。
この時1次電流が流れると、各変流器の磁束、電圧波形
は第17図、第18図示のようになる。
すなわち、磁束が正弦波ではなくなり、磁束の微分値の
最大値は磁界の零点より離れるため、微分値に巻数を掛
算した電圧である誘起電圧のVt+v2は第17図のと
なる。この値が残留電流の基となる。
このような場合、従来は鉄心に入り込む漏れ磁束を少な
くするため、シールド材に高透磁率のものを使用し、体
積も大きくして、シールドで漏れ磁束を吸収させ、鉄心
に入り込む磁束を少なくする方法や、鉄心の断面積を大
゛きクシ、漏れ磁束による鉄心内の磁束密度を小さクシ
、高調波の含まれる量を小さくする方法が行われている
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来の長円形零相変流器は、第10図示のように零
相負担抵抗RLを接続し・、零相変流器の窓θ内に1次
導体8を2本ないし3本貫通させることにより使用され
ている。
ここで残留電流が発生するのは、1次導体8からの漏れ
磁束が鉄心に入り込むことが原因のためシールド材を高
透磁率のもので厚みを大きくして漏れ磁束を多くシール
ドに吸収させ、一部鉄心に入り込んだ磁束量は鉄心が漏
れ磁束により飽和しないようにするためと、漏れ磁束に
より発生する電圧(残留電圧)に高調渡分を小さくする
ために鉄心の断面積を大きくした。
鉄心の磁路の透磁率のバラツキによる漏れ磁束による残
留電圧の補正ということで、部分的に巻線の密度を変え
ることも行われていた。すなわち、鉄心に入り込む漏れ
磁束を少なくするため、シールドを施し鉄心にまで入っ
た漏れ磁束により発生する誘起電圧は零相負担の端子電
圧で相殺させる方法で対策が行われている。そのため、
1次電流が大きくなると、シールドを増やすか、より高
透磁率、高飽和磁束密度のものにするか、鉄心の断面積
を大きくするかの方法しかない。
また鉄心は1次側に地絡電流(零相電流)が流れたり、
2次巻線の抵抗測定時ピ、直流を流したりすることによ
り、最大残留磁束密度B、に着磁されることがある。こ
の状態で1次導体に電流が急流されると、第17図の■
以外に直流電流も含まれ、第19図■のような出力が零
相負担にかかり、過渡状態が安定し、定常状態で第17
図の■のような波形となる。そのため高透磁率材の鉄心
を使用しても、Br点での動作で残留電流を抑える必要
から、長円形零相変流器は零相特性に必要な鉄心の大き
さに対し大きなものとなっている。
本発明は、長円形零相変流器において、シールド材、鉄
心、巻線を従来と同一のものを使用しても、数倍の1次
定格電流時においても従来のものと比べ残留電流を少な
くさせることができる零相変流器の巻線方法を提供する
ことを目的とするものである。
〔問題点を解決するための手段〕
上記の目的を達成するため、本発明は、長円形の零相変
流器に内蔵される長円形の鉄心において、°長径側を2
分する中心線からみて一方の半周部分と、他方の半周部
分とに、巻き回数が同じで巻き方向が互に逆方向の巻き
線をそれぞれ巻き付けこの各巻き線の巻き始めと巻き終
りとを接続させることを特徴とするものである。
〔作用〕
以下本発明の作用について説明をする。
第1図(a)は本発明方法の一例の結線図である1次導
体8に流れる電流を!8.1次導体8より鉄心の一方の
半周部分A側による漏れリアクタンスをXt、^、鉄心
の他方の半周部分B側による漏れリアクタンスをXi、
a−A−B側の巻線をnI零相負担をRい巻線の直流抵
抗をrとすると、第1図(a)の等価回路は第1図(b
)のようになる。これはまた第1図(C)のように書き
かえられる。ILAと一夏LBの値は各々 となる。
1次側に換算した残留電流1.は変流器の励磁電となり
、直流抵抗が小さい程、残留電流は小さくなる。第1図
(a)、(b)、(c)よりわかるように、本発明はA
、B側とも各々U字形のギャップ付き変流器の2次側巻
線を短絡させているので、2次側に流れる電流は巻線間
の循環電流として流れ、2次零相出力に影響を与えず、
1次電流による鉄心に入り込む漏れ磁束を減少させるた
めの起磁力として働く。
第2図(a)のように零相電流の窓内に3相電流が流れ
た場合は、中央の11の電流は第2図(b)のように1
.、1.側に1/2・!8ずつ加算された電流値!。
: I、+ 1/2・I、、 −1,:1.÷1/2・
!3の電流がI□、ITに変わり流れ、第1図(a)の
ように回路に置き変えることができる。
第3図は片側によって1次電流が流れている場合で、各
鉄心箇所の漏れ磁束による磁束分布は第3図(b)のよ
うになる。ギャップ付き変流器の2次巻線は図中1−1
011−20間が各変流器の2次側として働くので、第
3図(C)のように!、に比べ少し下った値の11が第
1図(a)の1次電流として等価的に働く。
着磁時においては従来のものは1次電流がU字型ギヤツ
ブ付き変流器の励磁電流として働くので、励磁電流はす
べて交流電流のみとなることから磁束には高調波が含ま
れ、しかも動作点は磁界が正弦波のことから87点のま
ま動かず、長時間大きな残留電流を発生させることとな
る。従来のものは等価回路で見ると巻線の直流抵抗が零
相負担RLと直列になっているため、rlの変化は残留
電流に殆ど影響しない。
本発明は、第1図(0)かられかるようにrの値が小さ
くなる程1t/nはr側に流れ、XLAの誘起電圧は正
弦波成分が増加する。磁束変化も誘起電圧の積分値のた
め、正弦波に近くなり、鉄心が着磁されていると励磁電
流に直流成分が流れ、自己消磁の働きをするので第2調
波成分の発生は即消滅する。
〔実施例〕
以下図面第4図ないし第7図にもとづいて本発明の詳細
な説明すると、第4図(a)において10は長円形の鉄
心で、この鉄心10のうち、長径側を2分する中心線1
1からみて一方の半周部分A側には、中心線11に近接
した一端C3付近から他端C2付近へ巻いていき、次い
で他端C2付近から一端C3付近へ巻き戻してなる巻線
12を巻き付け、巻線12の巻き終りから中間タップ1
3を出し、中心線11からみて他方の半周部分B側には
、中心線11に近接した一端C3付近から他端C2付近
へA側の巻線12と巻き数が同じで巻き方向が逆方向に
巻いていき、他端C2付近から一端C3付近へA側の巻
線12と巻き数が同じで巻き方向が逆方向に巻き戻して
なる巻線14を巻き付け、この巻線14の巻き始めは中
間タップ13に接続し、巻き終りは巻線12の巻き初め
に接続15し、接続部15と中間タップ13の間に零相
負担抵抗1Bを接続する。このようにして巻線12と巻
線14が巻き付けられた鉄心10の外周には従来と同じ
ようなシールドを施す。
本発明は、上記巻線方法のほか、第4図(b)に示すよ
うに鉄心10のA側とB側に巻き回数が同じで巻き方向
が互に逆方向の巻線17.18をそれぞれ巻き付け、巻
線17の巻き始めと巻線18の巻き始めを接続19し、
巻線17の巻き終りと巻線18の巻き終りを接続20し
、これらの接続部19と接続部20の間に零相負担抵抗
21を接続することもあり、第4図(C)に示すように
鉄心10のA側とB側に第4図(b)の巻線と同じ巻線
17.1Bを巻き付け、巻線17の巻き始めと巻線18
の巻き終りを接続22し、巻線17の巻き終りと巻線1
8の巻き始めを接続23し、これら接続部22と接続部
23の間に零相負担抵抗24を接続することもあり、第
4図(d)に示すように鉄心10に従来の巻線方法によ
る巻線25を巻き付け、その巻線25に零相負担抵抗2
6を接続したものにおいて、鉄心10のA側とB側に第
4図(b)の巻線と同じ巻線17.18を巻き付け、巻
線17の巻き始めと巻線18の巻き始めを接続27し、
巻線17の巻き終りと巻線18の巻き終りを接続28す
ることもある。この巻線17.18は巻線25の外側に
巻き付けてもよく、内側に巻き付けてもよい。
従来のものと本発明方法による残留電流特性の違いを第
6図と第7図に示す。第5図■が従来のもので鉄心に巻
線を均一に巻き、内側、外側、側面シールド29を施し
、零相負担RLを接続されたものを示す。
この巻線の中間点Pで巻線を切断し、第5図(1)のよ
うに結線を変え負担抵抗□を172とし、零相特性を同
じくした本発明方法によるものと従来品との残留電流特
性の違いを見る。
第6図は鉄心を消磁させ1次電流を増加させた時の残留
電流の値を従来品と本発明によるもので示しある。グラ
フ中の図は零相変流器窓内の1次導体の位置及び2相か
3相かを示している。第6図(1)、■I■、(2)よ
り消磁されている場合は残留特性に大きな差はない。
第7図は鉄心に直流電流を加え着磁させた時の比較を示
しである。
従来品は原理上残留電流には第2高調波など偶数調波を
多く含み、しかも消磁させなければいつまでも残る。本
発明方法は、零相変流器の2次巻線がギャップ付き変流
器の2次側短絡として働くので、鉄心内の漏れ磁束が減
少し、残留電流が小さくなる。本発明方法は、鉄心の上
、または鉄心に従来の巻線を施し、その上にシールドを
当て、その上から行っても同様の効果がある。
〔発明の効果〕
楕円及びトラック型など長円形の零相変流器に本発明の
巻線方法を行うことにより、1次側からの鉄心内に及ぶ
漏れ磁束量を抑制することが可能となり、残留電流、特
に着磁時の残留電流を抑制することができるので特性の
向上が計られる。巻線の径を太くして行くことにより直
流抵抗も減少していき、残留電流も小さくすることがで
きる。
鉄心9巻線、シールド材に同じものを使用しても、本発
明方法を行うことにより定格1次電流を数倍までのばす
ことができる。
【図面の簡単な説明】
図面第1図ないし第7図は本発明方法の実施例を示すも
ので、第1図(a)は本発明方法の一例の結線図、第1
図(b)、(c)は第1図の等価回路図、第2図(a)
 、(b)は3相の場合の本発明の詳細な説明する図、
第3 (a) 、(b) 、(c)は1次導体の片寄り
の場合の本発明の詳細な説明する図、第4図(a) 、
(b) 、(c) % (d)は本発明方法による巻線
の4つの例を示す図、第5図は本発明と従来品の比較実
験のための結線例を示す図、第6図(1)、■、■、(
2)は第5図において鉄心を消磁させた時の特性を示す
図、第7図は鉄心に着磁させた時の本発明と従来品の残
留電流特性の比較を示す図、第8図は従来の長円形の零
相変流器の構造を示す図、第8図は第8図のA−A線断
面図、第10図は上記従来品の使用例を示す図、第11
図は(a)、(b)は第10図においてR相、T相のみ
に電流が流れた時の1次電流から発生する漏れ磁束の分
布を示す図、第12図は漏れ磁束から見た等価磁束分布
を示す図、第13図は第12図の等価回路を示す図、第
14図は第12図の等価回路を示す図、第15図は鉄心
材のB−Hカーブを示す図、第18図(1)、■、■、
(2)は各箇所の波形図、第17図は鉄心が着磁された
場合において鉄心の一方の半周側の1次電流にともなう
各波形図、第18図は鉄心が着磁された場合において鉄
心の他方の半周側の1次電流にともなう各波形図、第1
9図は(1)、■は鉄心が着磁された場合の本発明と従
来品の1次電流突入時の残留電流の波形図である。 10・・・長円形の鉄心、11・・・中心線、12・・
・巻線13・・・中間タップ、 4・・・巻線、 6・・・接続部 7・・・巻線、 8・・・巻線、 9・・・接続部、 ・・・接続部。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 長円形の零相変流器に内蔵される長円形の鉄心において
    、長径側を2分する中心線からみて一方の半周部分と、
    他方の半周部分とに、巻き回数が同じで巻き方向が互に
    逆方向の巻き線をそれぞれ巻き付け、この各巻き線の巻
    き始めと巻き終りとを接続させることを特徴とする零相
    変流器の巻線方法。
JP1061996A 1989-03-14 1989-03-14 零相変流器の巻線方法 Granted JPH02240903A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010230456A (ja) * 2009-03-26 2010-10-14 Panasonic Electric Works Co Ltd 漏電検出装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010230456A (ja) * 2009-03-26 2010-10-14 Panasonic Electric Works Co Ltd 漏電検出装置

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