JPH067536B2 - ワイドレンジ変流器 - Google Patents

ワイドレンジ変流器

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JPH067536B2
JPH067536B2 JP2139896A JP13989690A JPH067536B2 JP H067536 B2 JPH067536 B2 JP H067536B2 JP 2139896 A JP2139896 A JP 2139896A JP 13989690 A JP13989690 A JP 13989690A JP H067536 B2 JPH067536 B2 JP H067536B2
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勝太郎 松本
照雄 斉藤
国道 稲葉
治 梶家
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Tokyo Electric Power Co Holdings Inc
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Tokyo Electric Power Co Inc
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は変流器の性能改良に関するものである。
[従来の技術] 第4図は従来技術による変流器の原理図を示す。鉄心1
に一次巻線2と二次巻線3が施され二次巻線3には負荷
4が接続される。一次巻線電流5の大きさをI1,二次
巻線電流6の大きさをI2とすると、 の関係にあり、n2/n1が変流比である。
[発明が解決しようとする課題] 第5図は第4図に示す従来形変流器の等価回路である。
第5図において一次巻線2’と二次巻線3’は巻数比を
1:1とした理想的な変流器を示し、二次巻線3’に流
れる電流5は一次電流そのものである。また、同図で6
は二次電流、9は二次電流6を負荷4に流すために必要
な誘起電圧、7は誘起電圧9を誘起するために必要な励
磁電流、8は励磁電流7に対するインピーダンスを示し
ている。第5図からわかるとおり、負荷4に実際に流れ
る二次電流6は一次電流5から励磁電流7を差引いたも
のである。従って励磁電流7が誤差の原因になるわけで
あるが、通常の使用状態では二次電流6に対して励磁電
流7は無視できる程小さいため、これが問題となること
はない。
第6図は第4図に示す鉄心1の励磁電流7(第6図横軸
で示す)と誘起電圧9(第6図縦軸に示す)との関係を
示している。第5図において二次電流6が増加すると、
これにつれて誘起電圧9は第6図に示す曲線10に沿っ
て増加しなければならないが、曲線10上の点10aに
達すると、それ以上増加し得なくなり最大値9Aで飽和
してしまう。この状態で更に一次電流5が増加しても励
磁電流7だけが増加するのみで二次電流6は増加しな
い。したがって、前記(1)式の関係は成立しなくな
り、変流器の機能が失われることになってしまう。この
とき(1)式が成立する限界の一次電流5の大きさが変
流器によって測定可能な電流の上限値である。鉄心1の
断面積を大きくすれば、この上限値を大きくすることが
できるが、変流器の寸法,コストが増大するので限界が
ある。
次に第5図において二次電流6が減少してゆくと、誘起
電圧9は第6図の曲線10に添って減少するが曲線10
上の点10bまで下がったときの誘起電圧9の値を9B
とすると、第5図に示す励磁電流7の二次電流6に対す
る割合いが増大し誤差が増大して変流器の所定の性能が
失われてしまう。このときの一次電流5が変流器によっ
て測定可能な電流の下限値である。
このように鉄心1を使用する変流器にあっては、測定可
能な電流値に上限と下限のあることはやむを得ないこと
ではあるが、従来形変流器にあっては1台の変流器で測
定可能な電流の範囲はそれ程大きくはない。そのため定
格一次電流の種類を標準化しておき、その中から実際に
通電するべき電流値に応じて最も適した定格一次電流の
ものを選んで使い分けなければならない。
本発明は測定可能な上限値と下限値を拡大し、同一変流
器のままで異なる定格一次電流に簡単に設定できるよう
にしたいわゆるワイドレンジ変流器とすることによって
性能を大巾に改良したものである。
[課題を解決するための手段] 鉄心に2組の巻線を設けた電流検出部と増巾部とを設
け、電流検出部の1組の巻線に誘起する電圧を増巾部で
増巾し、それを制御信号として増巾部から電流検出部の
残りの1組の巻線へ、始めの巻線の誘起電圧を相殺する
ように電流を流す。
[作用] 鉄心に設けた2組の巻線のうちの1組が鉄心中の磁束を
検出し、増巾部から残りの1組の巻線に流れる電流によ
って鉄心中の磁束を相殺するように作用する。増巾部の
増巾度を大きくすれば鉄心中に残留する磁束の大きさは
従来形CTに比べて非常に小さな値とすることができ
る。
この結果、鉄心飽和が起きにくくなり測定電流の上限値
が拡大される。また、小電流域においても鉄心中の磁束
が小さいため励磁電流も小さな値となり、誤差が小さく
なって測定電流の下限値も拡大される。
[実施例] 第1図は本発明による変流器の一実施例を1相分だけ示
したものである。同図において、1は電流検出部の鉄
心、2および3は鉄心に設けられた2組の巻線を示す。
4は増巾部で、41の制御用増巾器、42のブースタ、
43の抵抗器、44aの出力用増幅器、および44bの
ゲイン設定装置により構成されている。5は直流制御電
源で、5aは正極性の出力端子、5bは負極性の出力端
子、5cはゼロ電位の出力端子である。6は負荷で具体
的には計測装置や保護継電装置などである。7は主回路
導体を、8は主回路に流れる電流を示す。9は巻線3に
流れる電流を示す。
次に動作を説明する。
巻線2に誘起された電圧は制御用増巾器41に入力され
る。このとき制御用増巾器41の入力インピーダンスを
大きくしてあるため、巻線2から電流が供給されること
はない。
制御用増巾器41の出力がブースタ42に入力される
と、ブースタ42は制御電源5から供給される電圧入力
5a,5b,5cを制御して出力端子42aに出力電圧
0を出力する。
出力電圧E0の極性は巻線3の誘起電圧と相加わる向き
となるように設定されている。またその大きさは、巻線
2に誘起した電圧をe1とし、制御用増巾器41の増巾
度をGとすると、E0=G・e1である。また巻線2およ
び3の巻数をそれぞれn3,n2とし、巻線3に誘起する
電圧をe2とすると、e1=n3/n2・e2であるからE0
=G・n3/n2・e2である。
ブースタ42の出力端子42aに出力電圧E0が出力さ
れると巻線3に誘起している電圧e2と相まって巻線3
に電流9を流す。電流9は抵抗器43を流れその両端に
生ずる電圧降下が出力用増巾器44aの入力端子44
c,44dに加えられる。出力用増巾器44aはゲイン
設定装置44bの設定によって決められる値だけ入力値
を増巾し、出力端子44e,44fから負荷6に出力を
供給する。従来形変流器では、出力は電流(例えば5
A)で与えられるが、本発明による出力用増巾器44a
からの出力は電圧で与えられたことになる。しかし、負
荷6が電子化された装置であれば、変流器二次回路に対
する消費VAは極めて小さくまた信号だけを必要とする
ので、むしろ好ましいことである。
さて、第1図における一次電流8の大きさをi1,巻線
3に流れる電流9の大きさi2とすると巻線3の巻数が
2であるから i1×1=i2×n2 ・・・ (2) が成立することはいうまでもない。(2)式は前記
(1)式においてn1=1とおいたものであるから、第
1図に示す変流器においては、巻線3とそれに流れる電
流が従来形変流器におけるそれぞれ二次巻線と二次電流
に相当するものである。しかし本発明による変流器は下
記のような特長を有している。
第1図のブースタ42の出力端子42aと出力用増巾器
44aの入力端子44dとから電流検出部側を見た閉回
路において、抵抗器43の抵抗をRbとしてその他の記
号は前述のものを使用すると、 e2+E0=i2b ・・・ (3) が成立する。出力電圧E0は前述のとおりGn3/n2
2であること、また鉄心1の断面積をS、磁束密度を
Bとするとe2=kn2BS(kは定数)であるから
(3)は、 と表すことができる。ここで鉄心1の断面積だけがS’
と異なる従来形変流器が同じ磁束密度で同じ電圧を誘起
したとすると、 kn2BS’=i2b ・・・ (5) (4)式と(5)式から鉄心断面積の大きさを比べる
と、 (6)式の意味は第1図の制御用増巾器41の増巾度G
を大きくすれば、鉄心断面積をどこまでも小さくし得る
ことを示している。しかし、これは本発明の原理を示す
ものであって鉄心の断面積を極端に小さくすることが必
ずしもメリットをもたらすとはいえない。むしろ測定電
流の上下限値が拡大されるようにすることの方がメリッ
トは大きい。それを次に示す。
第1図の鉄心1の最大磁束密度をBmaxとし、そのと
き巻線3に流れる電流をI2maxとすれば、 同じ磁束密度における従来形変流器の二次電流をI2
ax’とすると、 I2max’Rb=kn2BmaxS・・・(8) (7)式と(8)式から二次側電流の大きさを比較する
と、 (9)式は、同じ磁束密度であるなら本発明による変流
器は従来形のそれに比べてより大きな電流まで測定でき
ることを示すものである。
次に微小電流の測定について説明する。
第1図の鉄心1の最小磁束密度をBminとし、そのと
きの巻線3の電流をI2minとすると、 従来形変流器で同じ電流を測定する場合の磁束密度をB
min’とすると、 I2minRb=kn2Bmin’S・・(11) (10)式と(11)式から必要な磁束密度の大きさを
比較すると (12)式は本発明による変流器は同じ大きさの電流を
測定するのに従来形変流器と比べて低い磁束密度で測定
することができること、磁束密度が低いため励磁電流も
小さくてよく、結果として誤差が小さいことを示してい
る。また同一誤差を許容するならより小さな電流まで測
定できることを示している。
以上に述べたごとく本発明の変流器は従来形変流器に比
べて測定電流の上限値も下限値も拡大できるものであ
る。次に第1図ゲイン設定装置44bの効用を説明す
る。
第2図は第1図の出力用増巾器44aの入出力特性を示
したものである。横軸は出力増巾器44aの入力44
c,44dに入力される信号の大きさを一次電流に換算
して示してある。縦軸は出力用増巾器44aの出力端子
44e,44fに出力される信号の大きさを示してい
る。いま、ゲイン設定装置44bの増巾度の設定がG1
であると、入出力関係は直線G1に添って変化し、一次
電流Imax1のときフルスケール値VFULLが出力
される。同様にしてゲイン設定装置44bの増巾倍率を
2,G3と変化させるとそれぞれImax2およびIm
ax3に対してフルスケール値が出力されることにな
り、いわうるワイドレンジ変流器を実現している。第3
図は実施例を具体的に示したもので定格一次電流を10
Aから600Aまで10段階に設定できるようにした例
である。
[発明の効果] 本発明による変流器は特に多段積みキュービクルに組込
む場合に効果が大である。従来形変流器にあっては小電
流測定で良好な特性を得るにはどうしても巻線構造とな
り、その上主回路の短絡容量の大きさによっては寸法が
大形化して多段積みキュービクルへの組込みが困難な場
合がある。一方本発明による変流器では小電流の測定に
も主回路導体を一本貫通させるだけでよく多段積みキュ
ービクルへの組込みも容易で据付けスペースの縮小化に
効果がある。その上、負荷設備の詳細が決まらないうち
にキュービクルの製作を行い、詳細が決定してから変流
比を設定すればよいので、設計製作時間を大巾に短縮す
ることができる。
また、定格の異なる何種類かの変流器を仕込み生産する
無駄を省くことができるなどその効果は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による変流器の一実施例で1相分のみ示
す図、第2図は第1図44a出力増巾器の入出力特性を
示す図、第3図は第1図のゲイン設定装置44bによっ
て定格一次電流が設定できるようにした具体例を示す図
である。 第4図は従来形変流器の原理図、第5図は第4図の等価
回路図、第6図は鉄心の励磁特性を示す図。 1…鉄心、2,3…鉄心に設けられた巻線、2a,2b
…巻線2の端子、3a,3b…巻線3の端子、4…増巾
部、41…制御用増巾部、42…ブースタ、42a…ブ
ースタの出力端子、43…抵抗器、44a…出力増巾
器、44b…ゲイン設定装置、44c,44d…出力増
巾器の入力端子、44e,44f…出力増巾器の出力端
子、5…電源、5a,5b,5c…電源のそれぞれ正極
性,負極性およびゼロ電圧出力端子、6…負荷。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 梶家 治 東京都千代田区内幸町1丁目1番3号 東 京電力株式会社内 審査官 酒井 朋広

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電流検出部と、この電流検出部に接続され
    た増巾部と、この増巾部に外部から電圧を供給する直流
    制御電源と、前記増巾部からの出力が供給される負荷と
    を備え、 前記電流検出部は、鉄心に2組の巻線を施して形成さ
    れ、 前記増巾部は、前記2組の巻線のうち1組の巻線出力を
    入力とする制御用増巾器と、この制御用増巾器の出力を
    制御信号とし、かつ前記直流制御電源から供給される電
    圧入力を制御して、その極性が前記2組の巻線のうちの
    残る1組の巻線に誘起される電圧と同一で、かつ大きさ
    が前記制御用増巾器の出力に比例する電圧を前記残る1
    組の巻線の一方の端子に出力するブースタと、前記残る
    1組の巻線の他方の端子に接続された抵抗器と、この抵
    抗器の両端からの信号を入力とし、かつ前記負荷に出力
    を供給する出力用増巾器とから形成された、 ことを特徴とするワイドレンジ変流器。
  2. 【請求項2】前記出力用増巾器の増巾度が可変式であ
    り、複数の定格一次電流に対してフルスケール出力が得
    られるようにしたことを特徴とする請求項(1)記載の
    ワイドレンジ変流器。
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