JP2004119926A

JP2004119926A - 変流器及び変流器システム

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Publication number: JP2004119926A
Application number: JP2002284856A
Authority: JP
Inventors: Minoru Saito; 齋藤　実
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2004-04-15
Also published as: US7106162B2; CN1270332C; CN1497622A; FR2845197A1; FR2845197B1; US20040178875A1

Abstract

【課題】プリント基板で作られたロゴスキーコイルを有する変流器において、巻線が囲む面積と、帰路線が囲む面積を等しくし、外部磁界に起因する電圧の発生を抑え、電流測定誤差を小さくする。
【解決手段】多層のプリント基板７の外側の基板面１１ａ、１１ｂと、基板内層１２ａ、１２ｃに放射状に延びる金属箔２ａ、２ｂ及び２ａ’、２ｂ’を形成し、この金属箔２ａ、２ｂ及び２ａ’、２ｂ’を基板を貫通して電気的に接続することにより多重巻線を形成し、また基板７の内層１２ｂに円周状金属箔３ａ、３ａ’を形成し、帰路線として多重巻線と電気的に直列に接続し、かつ、巻線が囲む面積と、帰路線が囲む面積が等しくなるように円周状金属箔３ａ、３ａ’の半径を決定する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、送変電機器等に通電される主回路交流電流量を測定するために使用される変流器及び変流器システムに関するもので、特にロゴスキーコイルを使用して電子化された変流器及び変流器システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、送変電機器等に通電される交流電流を測定するため貫通形変流器が用いられることが多い。従来の貫通形変流器は、円環状の巻芯に二次巻線を巻回し、測定対象の一次電流が通電される導体を巻芯中央の開口部に貫通した変流器である。このような変流器には上記巻芯として鉄芯を用いるものと、非磁性材料を用いるものとがある。このうち、非磁性材料を用いるものは空芯変流器又はロゴスキーコイルと呼ばれ、飽和のない優れた線形特性を得ることができる。
【０００３】
図１４に一般的なロゴスキーコイルの構成を示す。同図に示すロゴスキーコイル１は非磁性材料の巻芯６の全周にわたって一定の間隔で巻線２を点Ｐから点Ｑまで巻回し、その帰路線３を点Ｑから点Ｒまで巻線２の巻き進み方向と逆方向に巻芯に沿って戻すことにより構成されている。通常、帰路線３は巻芯６と巻線２との間を通して戻される。また、巻芯６の開口部６ａには主回路交流電流が通電する導体５が貫通している。
【０００４】
この時、端子４、４間には導体５に通電される一次電流の時間的変化の大きさに比例した電圧が発生する。従って、この電圧を積分し、コイルの形状によって決まる定数を掛けることにより上記一次電流を測定することができる。理想的なロゴスキーコイルであれば端子４、４間の電圧は導体５と巻芯６の中心位置とのずれや、ロゴスキーコイル外部の磁界等によって影響を受けない。
【０００５】
ここで、理想的なロゴスキーコイルとは、（ａ）巻線２の巻き間隔（ピッチ）が一定であり、（ｂ）巻線２が囲む面積と帰路線３が囲む面積とが等しく、（ｃ）巻芯６の断面積が全周にわたって一定であり、しかも温度の影響を受けることが無く、（ｄ）巻線２が完全に巻芯６の全周にわたって巻回されていて欠落部分が無い、等の特性を備えたロゴスキーコイルを指す。
【０００６】
しかしながら、図１４に示すようなロゴスキーコイルを製作する場合、上記（ａ）の条件を実現すること、すなわち、巻線２を巻芯６に一定の巻き間隔を保ちながら巻き付けることは困難である。これを達成するためには巻線２の位置を固定するための溝、又は突起を巻芯６に設けることにより一定の巻き間隔を保つことができるが、そのためには特殊な巻芯及び巻線器が必要となり、ロゴスキーコイルの価格は極めて高価なものになってしまう。
【０００７】
この点を解決するために従来図１５に示されるロゴスキーコイルの構成が考えられている。同図に示すロゴスキーコイルにおいては、中央に開口部９を有するプリント基板７の表、裏両面に、開口部９の中心から放射状に広がる複数の直線に一致するように金属箔２ｅが形成されている。また、プリント基板７の一方の面の放射状金属箔と反対側の面の放射状金属箔との間がプリント基板７を貫通するメッキした穴により電気的に接続されることにより、巻線２及び帰路線３が形成されている。
【０００８】
図１５に示す例では、帰路線３も巻線を形成しており、それによって単位電流、単位周波数当たりの端子４、４間の出力電圧が大きくなり、ロゴスキーコイルの感度が向上する。なお、巻進み方向は巻線２は時計回りであり、帰路線３は反時計回りに巻かれている。（例えば、特許文献１参照。）
このような従来技術によれば、一般的なプリント基板製作技術を応用することにより、巻線２及び帰路線３の巻間隔が正確に一定となるロゴスキーコイルを、安価に製作することができる。従って、上述した（ａ）の条件をかなりの程度まで実現することが可能となる。
なお、プリント基板に形成する金属箔で巻線を構成したロゴスキーコイルを、以下では、プリント基板形ロゴスキーコイルと呼ぶ。
【０００９】
【特許文献１】
特開平６−１７６９４７号公報（第３頁、図１、図２）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来のロゴスキーコイルでは上述した（ｂ）の条件、すなわち巻線２が囲む面積と帰路線３が囲む面積とを等しくするという条件を完全に満たすことができないため外部磁界の影響を受け易くなり、これが電流測定時の誤差が増大する原因となる。
【００１１】
図１６は、図１４に示すような一般的なロゴスキーコイル１の巻線２に巻芯６の中央の開口部６ａを貫通する方向の外部磁界による磁束Φが鎖交している様子を示した模式図である。また、図１７は、図１４に示すような一般的なロゴスキーコイル１の帰路線３に同じ外部磁界による磁束Φが鎖交している様子を示した模式図である。
【００１２】
図１４に示すロゴスキーコイル１の端子４、４間に発生する電圧は、巻線２の巻き進み方向と帰路線３の巻き進み方向とが逆であるため、図１６に示す点Ｐ−Ｑ間に発生する電圧と、図１７に示す点Ｑ−Ｒ間に発生する電圧との差に等しい。ここで、例えば外部磁界による磁束Φがロゴスキーコイル１の全面にわたって一様であるとすると、図１６における巻線２の囲む面積Ａと、図１７における帰路線３の囲む面積Ｂとが等しくない場合端子４、４間に外部磁界に起因する電圧が発生することとなる。この電圧は本来測定すべき一次電流とは無関係であるため測定誤差の原因となる。
【００１３】
外部磁界の発生する要因には以下のような場合がある。例えば、図１８に示すように、導体５に曲りが存在する場合、又は、ロゴスキーコイル１の外部に通電されている導体８が存在する場合、あるいは、図１９に示すように、ロゴスキーコイル１に対して導体５が斜め方向に配置されている場合等である。実際の送変電機器にロゴスキーコイル１を適用する場合、上述したような要因を完全に排除することは不可能である。加えて、通常現実の外部磁界による磁束Φは一様ではないためその影響はさらに複雑となる。
【００１４】
巻線２の囲む面積Ａと帰路線３の囲む面積Ｂとを等しくすることにより、より好ましくは、巻線２の形状と帰路線３の形状を全く同一にすることにより誤差を低減することが可能であるが、図１４に示す一般的なロゴスキーコイル１においては、特に帰路線３の囲む面積を一定に管理して製造することが困難であるため外部磁界の影響を避けることは極めて困難である。
【００１５】
一方、図１５に示すロゴスキーコイル１においては、外部磁界の影響をかなり低減することが可能であるが、巻線２の囲む面積より帰路線３の囲む面積の方が小さい構成上の理由のため外部磁界の影響を受けることとなる。
【００１６】
さて、ここまでロゴスキーコイルが受ける外部磁界の影響について説明してきたが、ここでもう１つの問題点について説明する。
すなわち、図１５に示すロゴスキーコイルを採用することにより、外部磁界の影響をかなり低減できることはこれまで述べてきた通りであるが、だからといって、図１４に示す一般的なロゴスキーコイルを図１５に示すロゴスキーコイルで単純に置きかえることはできないという問題である。
【００１７】
両者を単純に置き替えることができない理由は１次電流に対するロゴスキーコイル１の２次出力電圧の大きさ（鉄心形変流器でいうところの変流比に相当する）を図１５に示すロゴスキーコイルでは、図１４に示す一般的なロゴスキーコイルのレベルの大きさにすることができないためである。
【００１８】
良く知られているように、ロゴスキーコイルの２次出力電圧は、コイル巻数と１ターン断面積の積に比例する。図１４に示す一般的なロゴスキーコイル１では、通常、定格１次電流に対する２次出力電圧は数１０Ｖである。図１４のロゴスキーコイル１では、（取付けスペースの制約が許す限り）１ターン断面積を任意に決めることができ、またコイルの巻数も２重巻、３重巻と必要な２次出力電圧が得られるように調整することができるので、数１０Ｖの２次出力電圧を容易に実現可能である。
【００１９】
ロゴスキーコイルから数１０Ｖの２次出力電圧を得ることができるのであれば、ロゴスキーコイルが設置されている現場の変電機器から保護制御装置が設置されている電気所本館までの間を、ノイズの影響を大きく受けること無く（すなわち、保護制御装置に影響が出るような信号の劣化を伴うこと無く）、アナログ電圧信号を伝送することが可能である。
【００２０】
しかしながら、図１５に示すロゴスキーコイルでは、プリント基板に形成する金属箔でコイルを構成するという構造上の理由からコイル巻数、１ターン断面積ともにその大きさには物理的限界がある。基板の大きさや金属箔の幅により変わってくるが、コイル巻数はせいぜい１０００ターン程度が限界であり、また１ターン断面積については基板の厚さの製造限界がせいぜい５ｍｍ〜６ｍｍ程度であることから制限される。
【００２１】
従って、図１５に示すロゴスキーコイルの２次出力電圧は、せいぜい１００ｍＶ／ｋＡ程度が限界である。仮に、１０枚のロゴスキーコイルを直列に接続したとしても、２次出力電圧は１Ｖ／ｋＡ程度であり、アナログ電圧信号を電気所本館まで伝送することは耐ノイズ上の観点から困難である。
【００２２】
本発明は、以上のような従来技術の課題を解決するために提案されたものであり、その目的は、巻芯中央の開口部を貫通するような外部磁界が存在する場合でも、外部磁界が電流計測に影響するのを防止し、高精度の電流測定が可能な安価なロゴスキーコイルを有する変流器及び変流器システムを提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達するため、本発明の請求項１に記載の発明は、中央に導体の貫通する開口部を有し、基板表面と、基板裏面と、これら基板表面と基板裏面とに挟まれた複数の基板内層とを有する多層構造のプリント基板を備え、前記基板表面と、基板裏面と、基板内層とに前記開口部の中心を略中心として放射状に広がる複数本の直線形状の放射状金属箔を形成し、任意の２層間の放射状金属箔をプリント基板を厚さ方向に貫通するメッキした穴により電気的に接続して１つの巻線を形成し、少なくとも他の２層間の放射状金属箔をプリント基板を厚さ方向に貫通するメッキした穴により電気的に接続して前記巻線とは別の巻線を形成し、少なくとも１つの層に前記開口部の中心を略中心とする円周状金属箔を形成し、前記複数の巻線を電気的に直列に接続すると共に、前記複数の巻線と前記円周状金属箔を電気的に直列に接続し、前記円周状金属箔を帰路線としたロゴスキーコイルを有することを特徴とする。
【００２４】
この発明によれば、従来の一般的なプリント基板製作技術によりプリント基板に形成する金属箔で巻線を構成し、多重巻線構造のロゴスキーコイルを得、従来のプリント基板形ロゴスキーコイルと同等の誤差性能を達成した上で、従来のプリント基板形ロゴスキーコイルと同等の基板寸法で、多重巻回数に対応した倍数の２次出力電圧を得ることができ、従来のプリント基板形ロゴスキーコイルに対して耐ノイズ性を向上させる。
【００２５】
請求項４に記載の発明は、中央に導体の貫通する開口部を有し、基板表面と、基板裏面と、これら基板表面と基板裏面とに挟まれた複数の基板内層とを有する多層構造のプリント基板を備え、前記基板表面と、基板裏面と、基板内層とに前記開口部の中心を略中心として放射状に広がる複数本の直線形状の放射状金属箔を形成し、任意の２層間の放射状金属箔をプリント基板を厚さ方向に貫通するメッキした穴により電気的に接続して１つの巻線を形成し、このように形成される巻線を（２×Ｎ）個有し、前記巻線のうち、Ｎ個の巻線と残りのＮ個の巻線は互いに反対方向に巻回され、前記（２×Ｎ）個の巻線を電気的に直列に接続したことを特徴とする。
【００２６】
この発明によれば、従来の一般的なプリント基板製作技術によりプリント基板に形成する金属箔で巻線を構成し、偶数個の多重巻線構造のロゴスキーコイルを得、従来のプリント基板形ロゴスキーコイルと同等の誤差性能を達成した上で、従来のプリント基板形ロゴスキーコイルと同等の基板寸法で、多重巻回数に対応した倍数の２次出力電圧を得ることができ、従来のプリント基板形ロゴスキーコイルに対して耐ノイズ性を向上させる。
【００２７】
請求項７に記載の発明は、中央に導体の貫通する開口部を有し、基板表面と、基板裏面と、これら基板表面と基板裏面とに挟まれた複数の基板内層とを有する多層構造のプリント基板を備え、前記基板表面と、基板裏面と、基板内層とに金属箔が前記開口部の中心を略中心としてそれぞれ放射状に配置した複数本の金属箔により形成される層と、前記金属箔が前記開口部の中心を略中心とする円周状金属箔により形成される層とを有し、前記放射状の複数本の金属箔を有する層のうち、任意の２層間の放射状金属箔がプリント基板を厚さ方向に貫通するメッキした穴により電気的に接続されることにより、１つの巻線を形成し、このように形成される巻線を（２×Ｎ＋１）個有し、プリント基板に構成される前記巻線のうち、（Ｎ＋１）個の巻線と残りのＮ個の巻線は互いに反対方向に巻回され、前記（２×Ｎ＋１）個の巻線と前記円周状金属箔とを電気的に直列に接続し、かつ前記円周状金属箔の巻回方向を前記残りのＮ個の巻線と同一方向として、これを帰路線としたロゴスキーコイルを有することを特徴とする。
【００２８】
この発明によれば、従来の一般的なプリント基板製作技術によりプリント基板に形成する金属箔で巻線を構成し、奇数個の多重巻線構造のロゴスキーコイルを得、従来のプリント基板形ロゴスキーコイルと同等の誤差性能を達成した上で、従来のプリント基板形ロゴスキーコイルと同等の基板寸法で、多重巻回数に対応した倍数の２次出力電圧を得ることができ、従来のプリント基板形ロゴスキーコイルに対して耐ノイズ性を向上させる。
【００２９】
請求項９に記載の発明は、中央に導体の貫通する開口部を有し、基板表面と、基板裏面と、これら基板表面と基板裏面とに挟まれた複数の基板内層とを有する多層構造のプリント基板を備え、前記基板表面と、基板裏面と、基板内層とに前記開口部の中心を略中心として広がる複数本の金属箔を形成し、任意の２層間の金属箔をプリント基板を厚さ方向に貫通するメッキした穴により電気的に接続して複数の巻線を形成し、前記複数の巻線を直列に接続して送変電機器の主回路交流電流を検出し、その交流電流量を表すアナログ電圧信号を出力するロゴスキーコイルと、前記アナログ電圧信号をデジタル電気信号に変換するアナログ／デジタル変換器と、そのデジタル電気信号をデジタル光信号に変換する電気／光変換器とを有し、前記ロゴスキーコイル近傍に配置されたセンサユニットと、前記デジタル光信号を伝送する光伝送手段とを有することを特徴とする。
【００３０】
この発明によれば、ロゴスキーコイルの出力電圧は、導体を流れる主回路交流電流の微分値に比例したアナログ電圧信号であり、センサユニットに入力される。センサユニット２０に入力されたアナログ電圧信号は、アナログ／デジタル変換器でデジタル電気信号に変換され、さらに電気／光変換器でデジタル光信号に変換されて、光伝送手段を経由して保護制御装置などの上位システムに伝送される。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による変流器の実施の形態について図面を参照して説明する。図１、図２、図３は本発明の第１の実施の形態による変流器のロゴスキーコイルの構成を示す図である。本実施の形態では、５層構成のプリント基板に巻線として２重巻線を形成した場合について説明する。
【００３２】
図１において、プリント基板７は基板表面１１ａと、基板裏面１１ｂと、これら基板表面１１ａと基板裏面１１ｂとに挟まれた三つの基板内層１２ａ、１２ｂ、１２ｃからなる５層構成のプリント基板である。プリント基板７は中央に主回路交流電流が通電する導体が貫通する円形の開口部９を有する。
【００３３】
図２は図１に示すプリント基板７を開口部９の中心軸方向から見た外形図である。
図３は図１に示すプリント基板７をＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って切断し、矢印方向に見た概略断面図である。
【００３４】
本実施の形態による変流器のロゴスキーコイル１は、プリント基板７の基板表面１１ａ（第１層）に開口部９の中心を略中心として放射状に広がる複数の直線形状の放射状金属箔２ａが形成され、基板裏面１１ｂ（第５層）に同様の放射状金属箔２ｂが形成され、基板表面１１ａ（第１層）の放射状金属箔２ａと基板裏面１１ｂ（第５層）の放射状金属箔２ｂとの間がプリント基板を厚さ方向に貫通するメッキした貫通穴２ｃによって電気的に接続されている。
これら放射状金属箔２ａ、放射状金属箔２ｂ、及び貫通穴２ｃによりプリント基板７に１つの巻線２が形成されている。
【００３５】
また、図１および図２では図示していないが、図３に示すように、プリント基板７の基板内層１２ａ（第２層）に開口部９の中心を略中心として放射状に広がる複数の直線形状に形成された放射状金属箔２ａ’が形成され、基板内層１２ｃ（第４層）に同様の放射状金属箔２ｂ’が形成され、基板内層１２ａ（第２層）の放射状金属箔２ａ’と基板内層１２ｃ（第４層）の放射状金属箔２ｂ’との間が、プリント基板を厚さ方向に貫通するメッキした貫通穴２ｃ’によって電気的に接続されている。
【００３６】
これらの基板内層に形成された放射状金属箔２ａ’、放射状金属箔２ｂ’、及び貫通穴２ｃ’により、プリント基板７に前記巻線２とは別のもう１つの巻線２’が形成され、プリント基板７に形成された巻線２および巻線２’により２重巻線が形成されている。
【００３７】
また、プリント基板７の厚さ方向の略中央における基板内層１２ｂ（第３層）には、開口部９の中心を略中心とする円周状金属箔３ａ、および円周状金属箔３ａ’が形成されている。そして、この円周状金属箔３ａと円周状金属箔３ａ’は、巻線２および巻線２’に対する帰路線となるように電気的に接続され、巻線２、巻線２’、円周金属箔３ａ、円周金属箔３ａ’は点Ｑで電気的に直列に接続されている。
【００３８】
図２においては、基板表面１１ａ（第１層）の放射状金属箔２ａは実線で示し、基板裏面１１ｂ（第５層）の放射状金属箔２ｂは破線で示している。（第２層と第４層の放射状金属箔２ａ’と２ｂ’は図示していない）また、円周状金属箔３ａと円周状金属箔３ａ’は２点鎖線で示している。
【００３９】
また、基板表面１１ａ（第１層）の放射状金属箔２ａと基板裏面１１ｂ（第５層）の放射状金属箔２ｂから成る巻線２の囲む面積と、帰路線である円周状金属箔３ａの囲む面積とが等しくなるように、プリント基板７の基板内層１２ｂ（第３層）における円周状金属箔３ａの半径が決定されている。また、基板内層１２ａ（第２層）の放射状金属箔２ａ’と基板内層１２ｃ（第４層）の放射状金属箔２ｂ’から成る巻線２’の囲む面積と、帰路線である円周状金属箔３ａ’の囲む面積とが等しくなるように、プリント基板７の基板内層１２ｂ（第３層）における円周状金属箔３ａ’の半径が決定されている。
【００４０】
これらのプリント基板においては、従来の一般的なプリント基板製作技術を用いることで巻線２、巻線２’、円周状金属箔３ａ、及び円周状金属箔３ａ’を十分正確な位置に製作することが可能である。
【００４１】
図４はプリント基板形ロゴスキーコイルのプリント基板７の具体的な外形図の一例である。プリント基板７の外形は正八角形で構成されており、正八角形の各頂点部分に取付け用のきり穴１０を設けている。
以上のような構成を有する本発明の第１の実施の形態による変流器によれば、以下のような作用並びに効果が得られる。
【００４２】
すなわち、プリント基板に形成する金属箔で巻線を構成したプリント基板形ロゴスキーコイルにおいて、多重巻線構造のロゴスキーコイルを提供することが可能となるので、従来のプリント基板形ロゴスキーコイルと同等の誤差性能を達成した上で、従来のプリント基板形ロゴスキーコイルと同等の基板寸法で、多重巻回数に対応した倍数の２次出力電圧を得ることができる。従って、従来のプリント基板形ロゴスキーコイルに対して耐ノイズ性に優れた特性を有する。
【００４３】
また、図１８又は図１９に示したように、導体に曲りが存在する場合やロゴスキーコイルの外部に導体が存在する場合、又は導体がロゴスキーコイルに対して斜め方向に配置されている場合等のように、ロゴスキーコイルの配置が原因でプリント基板７の中央の開口部９を貫通する方向の外部磁界が存在する場合がある。このような場合でも、複数の巻線の囲む面積の合計と、複数の帰路線の囲む面積の合計とが等しくなるよう円周状金属箔３ａ、３ａ’の半径を決定することにより外部磁界の影響を低減できる。
【００４４】
従って、プリント基板７の中央の開口部９を貫通する方向の外部磁界が存在する場合でも、複数の巻線の囲む面積の合計と複数の帰路線の囲む面積の合計とが等しいので、外部磁界による磁束が鎖交するために複数の巻線に発生する電圧の合計と複数の帰路線に発生する電圧の合計は、大きさがほぼ同じで極性が逆となり、ほぼ相殺される。
このため、外部磁界により電流計測に影響を受けるのを防止し、高精度の電流測定が実現できる。
【００４５】
また、プリント基板形ロゴスキーコイルでは、一般的なプリント基板製作技術を用いて、多重巻線および帰路線を正確な位置に容易に製作することができるので、安価に高精度のロゴスキーコイルを製作することができる。
【００４６】
特に２重巻線、３重巻線構造のように、多重巻の回数が比較的少ない場合、帰路となる円周状金属箔も２本、３本と少ないので、複数の円周状金属箔を全て同一の基板内層に配置すれば、基板の層数を少なくすることが可能となり、プリント基板をより安価に製作できる。
【００４７】
また、プリント基板７の外形を正八角形にすることによりプリント基板７の外形を加工費が安価な直線形状で工作できると同時に、正方形などの形状に対してロゴスキーコイルの取付けスペースを小さくすることができる。特に、プリント基板の加工費が高価な外形を円形とした場合に比べ、正八角形であれば同程度の取付けスペースにすることができる。
【００４８】
なお、本実施の形態では、５層構成のプリント基板にコイルとして２重巻線を形成した場合を例として説明したが、７層構成のプリント基板にコイルとして３重巻線を形成した場合、また５重巻線、６重巻線…とより多重の巻線を構成することもでき、その場合も第１の実施の形態と同様な作用効果が得られる。
【００４９】
前記第１の実施の形態では、帰路線である円周状金属箔３ａ、３ａ’をいずれも基板内層１２ｂ（第３層）に形成した。これに対してプリント基板７を６層構造とし、円周状金属箔３ａを第３層に、円周状金属箔３ａ’を第４層に形成することもできる。この場合、第１の実施の形態で第４層、第５層に形成した放射状金属箔は、それぞれ第５層、第６層に形成することになる。
【００５０】
なお、ここでは第１の実施の形態の変形を例に挙げたが、より多重の巻線構造の場合、例えば、３重巻線構造の場合、円周状金属箔は３本となるが、これを３層の基板内層にそれぞれ個別に形成しても良い。また、２本を同一の内層に形成し、もう１本を別の内層に形成しても良い。より多重の巻線構造の場合も同様である。
【００５１】
このような変形例においても第１の実施の形態と同様の作用効果が得られると共に、多重巻の回数が比較的多い場合、帰路線となる円周状金属箔を何層かの内層に分けて形成することにより、帰路線の囲む面積の調整を容易にできる利点を有する。ただし、コストダウンの観点から帰路線を構成する内層の数量をなるべく少なくすることが望ましいことは言うまでもない。
【００５２】
次に本発明の第２の実施の形態について図面を参照して説明する。図５、図６、図７は本発明の第２の実施の形態による変流器のロゴスキーコイルの構成を示す図である。本実施の形態では、８層構成のプリント基板に巻線として４重巻線を形成した場合について説明する。
【００５３】
図５において、プリント基板７は基板表面１１ａと、基板裏面１１ｂと、これら基板表面１１ａと基板裏面１１ｂとに挟まれた六つの基板内層１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆからなる８層構成のプリント基板である。プリント基板７は中央に主回路交流電流が通電する導体が貫通する円形の開口部９を有する。
【００５４】
図６は図５に示すプリント基板７を開口部９の中心軸方向から見た外形図である。
図７は図５に示すプリント基板７をＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿って切断し、矢印方向に見た概略断面図である。
【００５５】
本実施の形態による変流器のロゴスキーコイル１は、プリント基板７の基板表面１１ａ（第１層）に開口部９の中心を略中心として放射状に広がる複数の直線形状に形成された放射状金属箔２ａ−１が形成され、基板内層１２ａ（第２層）に同様の放射状金属箔２ｂ−１が形成され、基板表面１１ａ（第１層）の放射状金属箔２ａ−１と基板内層１２ａ（第２層）の放射状金属箔２ｂ−１との間がプリント基板を厚さ方向に貫通するメッキした貫通穴２ｃ−１によって電気的に接続されている。
【００５６】
これら放射状金属箔２ａ−１、放射状金属箔２ｂ−１、及び貫通穴２ｃ−１によりプリント基板７に１つの巻線２−１が形成されている。
また、図５および図６では図示していないが、図７に示すように、プリント基板７の基板内層１２ｂ（第３層）に開口部９の中心を略中心として放射状に広がる複数の直線形状に形成された放射状金属箔２ａ−２が形成され、基板内層１２ｃ（第４層）に同様の放射状金属箔２ｂ−２が形成され、基板内層１２ｂ（第３層）の放射状金属箔２ａ−２と基板内層１２ｃ（第４層）の放射状金属箔２ｂ−２との間がプリント基板を厚さ方向に貫通するメッキした貫通穴２ｃ−２によって電気的に接続されている。
【００５７】
これらの基板内層に形成された放射状金属箔２ａ−２、放射状金属箔２ｂ−２、及び貫通穴２ｃ−２によりプリント基板７に前記第１の巻線２−１とは別の第２の巻線２−２が形成されている。
【００５８】
同様にプリント基板７には前記第１の巻線２−１、第２の巻線２−２と同様に構成された第３の巻線２−３、第４の巻線２−４が形成されており、プリント基板７には４重巻線が形成されている。
【００５９】
図６において、基板表面１１ａ（第１層）の放射状金属箔２ａ−１は実線で示し、基板内層１２ａ（第２層）の放射状金属箔２ｂ−１は破線で示している。（第３層から第８層の放射状金属箔２ａ−２から２ｂ−４は図示していない）
ここで、巻線２−１と巻線２−３とは図６で開口部９の中心軸を中心として図示時計周りに巻回して巻線を形成している。一方、巻線２−２と巻線２−４は図６で開口部９の中心軸を中心として図示半時計周りに巻回して巻線を形成している。巻線２−１、巻線２−２、巻線２−３、巻線２−４は電気的に直列に接続されている。
【００６０】
また、巻線２−１と巻線２−３の囲む面積の合計と、巻線２−２と巻線２−４の囲む面積の合計とが等しくなるように各巻線の形状を決定している。
以上のような構成を有する本発明の第２の実施の形態による変流器によれば、以下のような作用並びに効果が得られる。
【００６１】
すなわち、プリント基板に形成する金属箔で巻線を構成したプリント基板形ロゴスキーコイルにおいて、多重巻線構造のロゴスキーコイルを提供することが可能となるので、従来のプリント基板形ロゴスキーコイルと同等の誤差性能を達成した上で従来のプリント基板形ロゴスキーコイルと同等の基板寸法で、多重巻回数に対応した倍数の２次出力電圧を得ることができる。従って、従来のプリント基板形ロゴスキーコイルに対して耐ノイズ性に優れた特性を有する。
【００６２】
また、本実施の形態における変流器のロゴスキーコイルでは、プリント基板７に形成された一方の方向（時計周り）に巻回した巻線２−１、２−３が、図１４に示す従来のロゴスキーコイルの巻線２に相当し、その反対方向（半時計周り）に巻回した巻線２−２、２−４が、従来の帰路線３に相当することとなる。外部磁界の影響を低減するためには一方の方向に巻回した複数の巻線が囲む面積の合計と、その反対方向に巻回した複数の巻線が囲む面積の合計がほぼ等しくなるように設計すれば良く、これは一般的なプリント基板技術を用いて、正確な巻線を容易に製作することが可能である。
【００６３】
従って、プリント基板７の中央の開口部９を貫通するような外部磁界が存在する場合でも、外部磁界により鎖交する磁束Φは互いに反対方向に巻回した複数の巻線においてほぼ共通である。そのため、磁束Φにより互いに反対方向に巻回した複数の巻線のそれぞれに発生する電圧は相殺されるため、外部磁界により電流計測に影響を受けるのを防止し、高精度の電流測定が実現できる。
【００６４】
なお、本実施の形態では、８層構成のプリント基板に巻線として４重巻線を形成した場合を例として説明したが、６重巻線、８重巻線…とより多重の巻線（ただし偶数のみ）を構成することもでき、その場合も第２の実施の形態と同様な作用効果が得られる。
【００６５】
また、本実施の形態では４重巻線に対して時計周りの巻回方向の巻線と半時計周りの巻回方向の巻線を交互に形成したが、第１と第２の巻線を時計周りに巻回し、第３と第４の巻線を半時計周りに巻回すように構成する場合でも同様な作用効果が得られる。
【００６６】
さらに（２×Ｎ）個の巻線のうち、Ｎ個の巻線を時計周りに巻回し、残りのＮ個の巻線を半時計周りに巻回する限りにおいてはそれらを任意の順番で積層しても同様な作用効果が得られる。
【００６７】
次に本発明の第３の実施の形態について図面を参照して説明する。図８は本発明の第３の実施の形態による変流器のロゴスキーコイルの構成を示す図である。
本実施の形態では、８層構成のプリント基板に巻線として４重巻線を形成した場合について説明する。
【００６８】
図８において、プリント基板７は基板表面１１ａと、基板裏面１１ｂと、これら基板表面１１ａと、基板裏面１１ｂとに挟まれた六つの基板内層１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、からなる８層構成のプリント基板である。プリント基板７は中央に主回路交流電流が通電する導体が貫通する円形の開口部９を有する。
【００６９】
図示のごとく、プリント基板７の基板表面１１ａ（第１層）に開口部９の中心を略中心として放射状に広がる複数の直線形状に形成された放射状金属箔２ａ−１が形成され、基板内層１２ｃ（第４層）に同様の放射状金属箔２ｂ−１が形成され、基板表面１１ａ（第１層）の放射状金属箔２ａ−１と基板内層１２ｃ（第４層）の放射状金属箔２ｂ−１との間がプリント基板を厚さ方向に貫通するメッキした貫通穴２ｃ−１によって電気的に接続されている。
これら放射状金属箔２ａ−１、放射状金属箔２ｂ−１、及び貫通穴２ｃ−１によりプリント基板７に時計方向に巻回した第１の巻線２−１が形成されている。
【００７０】
同様に、プリント基板７の基板内層１２ａ（第２層）に開口部９の中心を略中心として放射状に広がる複数の直線形状に形成された放射状金属箔２ａ−２が形成され、基板内層１２ｂ（第３層）に同様の放射状金属箔２ｂ−２が形成され、基板内層１２ａ（第２層）の放射状金属箔２ａ−２と基板内層１２ｂ（第３層）の放射状金属箔２ｂ−２との間がプリント基板を厚さ方向に貫通するメッキした貫通穴２ｃ−２によって電気的に接続されている。これらの基板内層に形成された放射状金属箔２ａ−２、放射状金属箔２ｂ−２、及び貫通穴２ｃ−２により、プリント基板７に時計方向に巻回した第２の巻線２−２が形成されている。
【００７１】
時計方向に巻回した巻線２−１と巻線２−２は電気的に直列に接続され、１組の２重巻線２Ｘ−１を形成している。
同様の構成でプリント基板７には半時計周りに巻回した第３の巻線２−３と第４の巻線２−４が形成されており、巻線２−３と巻線２−４は電気的に直列に接続されもう１組の２重巻線２Ｘ−２を形成している。
ここで、１組目の２重巻線２Ｘ−１ともう１組の２重巻線２Ｘ−２は互いに鏡像対象の関係になるように巻線を構成している。
【００７２】
互いに鏡像関係にある２つの２重巻線２Ｘ−１と２Ｘ−２は電気的に直列に接続されている。
以上のような構成を有する本発明の第３の実施の形態による変流器によれば、第２の実施の形態による変流器の作用効果に加えて以下の効果が得られる。
【００７３】
すなわち、プリント基板７に形成された一方の方向（時計周り）に巻回した１組の多重巻線２Ｘ−１が、図１４に示す従来のロゴスキーコイルの巻線２に相当し、その反対方向（半時計周り）に巻回したもう１組の多重巻線２Ｘ−２が従来の帰路線３に相当することとなる。本発明では一方の方向（時計周り）に巻回した１組の多重巻線２Ｘ−１と、その反対方向（半時計周り）に巻回したもう１組の多重巻線２Ｘ−２とは互いに鏡像関係にあるので、２つの多重巻線２Ｘ−１、２Ｘ−２が囲む面積を非常に正確に等しくできる。従って、プリント基板７の中央の開口部９を貫通するような外部磁界が存在する場合でも外部磁界による２つの多重巻線が鎖交する磁束Φは共通であり、そのため、磁束Φにより２つの巻線のそれぞれに発生する電圧は相殺されるため、外部磁界により電流計測に影響を受けるのを防止し、高精度の電流測定が実現できる。
【００７４】
なお、本実施の形態では、８層構成のプリント基板に巻線として４重巻線を形成した場合を例として説明したが、６重巻線、８重巻線…とより多重の巻線（ただし偶数のみ）を構成することもでき、その場合も同様な効果が得られる。
【００７５】
次に本発明の第４の実施の形態について図面を参照して説明する。第４の実施の形態は、第２の実施の形態のロゴスキーコイル１の構成を変形した実施例で、図９に示すプリント基板の概略断面図を用いて説明する。
【００７６】
本実施の形態では、７層構成のプリント基板に巻線として３重巻線を形成した場合について説明する。
図９において、プリント基板７は基板表面１１ａと、基板裏面１１ｂと、これら基板表面１１ａと基板裏面１１ｂとに挟まれた五つの基板内層１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅからなる７層構成のプリント基板である。プリント基板７は中央に主回路交流電流が通電する導体が貫通する円形の開口部９を有する。
【００７７】
図示のごとく、ロゴスキーコイル１は、プリント基板７の表面基板１１ａ（第１層）に開口部９の中心を略中心として放射状に広がる複数の直線形状に形成された放射状金属箔２ａ−１が形成され、基板内層１２ａ（第２層）に同様の放射状金属箔２ｂ−１が形成され、表面基板１１ａ（第１層）の放射状金属箔２ａ−１と基板内層１２ａ（第２層）の放射状金属箔２ｂ−１との間がプリント基板を厚さ方向に貫通するメッキした貫通穴２ｃ−１によって電気的に接続されている。
これら放射状金属箔２ａ−１、放射状金属箔２ｂ−１、及び貫通穴２ｃ−１によりプリント基板７に第１の巻線２−１が形成されている。
【００７８】
同様にプリント基板７の基板内層１２ｂ（第３層）と基板内層１２ｃ（第４層）の間に第２の巻線２−２が形成され、基板内層１２ｅ（第６層）と裏面基板１１ｂ（第７層）との間に第３の巻線２−３が形成されている。
【００７９】
これによりプリント基板７に巻線２−１、巻線２−２、及び巻線２−３により３重巻線が形成されている。
また、プリント基板７の厚さ方向の略中央における基板内層１２ｄには、開口部９の中心を略中心とする円周状金属箔３ａが形成されている。
【００８０】
ここで巻線２−１はプリント基板７に図示時計周りに巻回され、巻線２−３は図示半時計周りに巻回されている。
巻線２−３は巻線２−１に対する帰路線として作用するように形成する。すなわち、巻線２−１が囲む面積と巻線２−３が囲む面積が等しくなるように巻線を形成する。
【００８１】
一方、円周状金属箔３ａは、巻線２−２に対する帰路線となるように形成する。すなわち、巻線２−２の囲む面積と、帰路線である円周状金属箔３ａの囲む面積とが等しくなるようにプリント基板７の基板内層１２ｄにおける円周状金属箔３ａの半径が決定されている。
【００８２】
このように形成した巻線２−１、巻線２−２、円周状金属箔３ａ、巻線２−３は電気的に直列に接続されている。
以上のような構成を有する第４の実施の形態による変流器おいては、第２の実施の形態による変流器の作用効果に加えて以下の効果が得られる。
【００８３】
すなわち、本発明の第２の実施の形態は、その適用対象は多重巻線の数量が偶数個の場合に適用が限定されるが、本実施の形態は多重巻線の数量が奇数の場合に実施し得るものである。多重巻線の数量が奇数、すなわち（２×Ｎ＋１）の場合、互いに反対方向に巻回する２×Ｎ個の巻線２−１、２−３に関して第２の実施の形態の考え方を適用して外部磁界による誤差の低減を行うことができる。残る１つの巻線２−２に関しては、第１の実施の形態の考え方を適用して帰路線にあたる円周状金属箔３ａが囲む面積を調整することにより外部磁界による誤差の低減を行うことができる。
【００８４】
従って、プリント基板７の中央の開口部９を貫通するような外部磁界が存在する場合でも外部磁界により電流計測に影響を受けるのを防止し、高精度の電流測定を実現ができる。
【００８５】
なお、本実施の形態では、７層構成のプリント基板に巻線として３重巻線を形成した場合を例として説明したが、９重巻線、１１重巻線…とより多重の巻線（ただし奇数のみ）を構成した場合でも同様な効果が得られる。
【００８６】
次に本発明の第５の実施の形態について図面を参照して説明する。第５の実施の形態は、第１乃至第４の実施の形態のロゴスキーコイル１の構成を変形した実施例である。従って、適用するプリント基板７の構成は第１乃至第４の実施の形態のいずれかのプリント基板の構成と同様であるので説明を省略する。
【００８７】
図１０において、ロゴスキーコイル１は上述した第１乃至第４のいずれかの実施の形態におけるプリント基板７が複数枚設けられ、それらが、各プリント基板７の中央の開口部９の中心軸が一致するように密着して固定されている。また、各プリント基板７は、電気的に直列に接続されて構成されている。
このような構成を有する第５の実施の形態による変流器おいては、第１乃至第４の実施の形態の変流器の作用効果に加えて、以下の効果が得られる。
【００８８】
すなわち、ロゴスキーコイル１の出力電圧として各プリント基板７の出力が加算され、単位電流、単位周波数当たりの出力電圧がプリント基板７の枚数分だけ倍増して現れる。
【００８９】
従って、本実施の形態によれば、巻線の囲む面積と帰路線の囲む面積とが等しいという関係を保持した状態で、単位電流、単位周波数当たりの出力電圧、すなわちロゴスキーコイル１の感度を調整することができる。そのため、外部磁界により電流計測に影響を受けるのを防止しつつ後述するセンサユニットにおける処理に適したレベルの出力電圧を容易に得ることができる。
【００９０】
次に本発明の第６の実施の形態について図面を参照して説明する。図１１は、本発明による変流器のシステム構成図である。同図において変流器は導体５が貫通して取付けたロゴスキーコイル１と、ロゴスキーコイル１の近傍に配置されるセンサユニット（ＳＵ）２０と、光伝送手段３０とから構成される。
ロゴスキーコイル１とセンサユニット２０との間は、ツイストペア電線３１で接続されている。
【００９１】
ロゴスキーコイル１の構成は前記第１乃至第５の実施の形態のいずれかのプリント基板７の構成を適用したロゴスキーコイルと同様の構成であるのでここでは説明を省略する。
【００９２】
センサユニット２０は、ロゴスキーコイル１からツイストペア電線３１を介して入力されたアナログ電圧信号をアナログ信号処理する積分回路２１と、アナログ／デジタル変換する前段で折り返し誤差を低減させるために高調波をカットオフするローパスフィルタ（ＬＰＦ）２２と、アナログ電圧信号をデジタル電気信号に変換するアナログ／デジタル変換器２３（以下Ａ／Ｄ変換器と略称する）と、デジタル電気信号に関わる処理を行うＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍａｂｌｅ　Ｌｏｇｉｃ　Ｄｅｖｉｃｅ）２４と、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）２５と、デジタル電気信号をデジタル光信号に変換して出力する電気／光変換器２６（以下Ｅ／Ｏ変換器と略称する）と、電源回路２７とから構成されている。
【００９３】
電源回路２７は、図示していない変電所共通電源などから供給されるＤＣ１１０Ｖ（ＤＣ４８ＶやＤＣ２２０Ｖなどでも良い。一般には変電所の標準電源に合わせる）から、ＤＣ±５Ｖ、ＤＣ±３．３Ｖなど、センサユニット２０の動作に必要な電圧を作る。また、図示していないが、センサユニット２０はバッテリなどのバックアップ電源を有しても良い。
【００９４】
なお、同図ではセンサユニット２０に接続されるロゴスキーコイルは１チャンネルであるが、必ずしも入力は１チャンネルである必要はなく、例えば３相一括型ＧＩＳの場合は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相分のロゴスキーコイル出力を１つのセンサユニットに入力する形態としても良い。この場合のセンサユニット２０の構成は、積分器とＬＰＦ２２とから成るアナログ入力回路は入力チャンネル分の回路を構成し、Ａ／Ｄ変換器２３は１つとして、アナログマルチプレクサで多チャンネル入力を切り替えてアナログ／デジタル変換する構成とする。
【００９５】
ＰＬＤ２４以下の構成は１チャンネル入力の場合と同様である。なお、各ロゴスキーコイル１とセンサユニット２０との各入力端子間は、各々１対１でツイストペア電線３１で接続される。
【００９６】
光伝送手段３０は、センサユニット２０からのデジタル光信号を保護制御装置などの上位システムに伝送する。図示していないが、光伝送路３０は１対１の通信路としても良いし、ＬＡＮにより接続される構成としても良い。
【００９７】
以上のような構成を有する本発明の第６の実施の形態による変流器システムによれば、第１乃至第５の実施の形態の変流器の作用効果に加えて、以下に示す作用効果が得られる。
【００９８】
ロゴスキーコイル１の出力電圧は、導体５を流れる主回路交流電流の微分値に比例したアナログ電圧信号であり、ツイストペア電線３１を介してセンサユニット２０に入力される。センサユニット２０に入力されたアナログ電圧信号は、積分回路２１で積分されて主回路交流電流に比例したアナログ電気信号となる。次にローパスフィルタ２１で折り返し誤差要因となる高調波成分がカットされてＡ／Ｄ変換器２３でデジタル電気信号に変換される。デジタル電気信号に関わる処理はＰＬＤ２４及びＣＰＵ２５で行う。ＰＬＤ２４はＡ／Ｄ変換器のタイミング信号（同期信号）の生成、制御信号の生成、ＣＰＵ２５とのデータの受け渡しなどの処理を行う。ＣＰＵ２５はデジタル電気信号を、例えばマンチェスター符号などの伝送フォーマットに変換する。この際、伝送フォーマットにはＣＲＣ符号（Ｃｙｃｌｉｃ　Ｒｅｄｕｎｄａｎｅｙ　Ｃｈｅｃｋ）や反転２重化符号を付加して伝送信頼性の向上を図ることができる。ＰＬＤ２４とＣＰＵ２５で処理されたデジタル電気信号はＥ／Ｏ変換器２６でデジタル光信号に変換されて、光伝送手段３０経由で保護制御装置などの上位システムに伝送される。
【００９９】
第１乃至第５の実施の形態で説明した本発明の変流器におけるロゴスキーコイル１はプリント基板で構成しているため、多重巻線構造を採用していると言えどもその２次出力電圧の上限は数Ｖ／ｋＡ程度であり、２次出力電圧を長距離伝送することは耐ノイズ性の面で問題がある。しかし、本実施の形態ではロゴスキーコイル１の２次出力電圧をデジタル光信号に変換するセンサユニット２０をロゴスキーコイル１（プリント基板７）の近傍に配置しているので、アナログ電気信号として伝送される距離はせいぜい１ｍ以下であり、外部ノイズの影響による信号品質劣化の問題を回避できる。特に、ロゴスキーコイル１とセンサユニット２０の間はツイストペア電線３１で接続しているので、ロゴスキーコイル１の微弱なアナログ電圧出力がロゴスキーコイル１とセンサユニット２０間の伝送時に受ける、外部磁界による電磁誘導の影響を小さくすることができる。
【０１００】
センサユニット２０と電気所本館の保護制御装置との間は、デジタル光信号で伝送されるので、長距離伝送においてもノイズの影響による信号劣化はなく、高品質な交流電流量を保護制御装置に提供できる。
【０１０１】
また、本発明におけるプリント基板形ロゴスキーコイルは多重巻線構造を採用しているので、従来のプリント基板形ロゴスキーコイルを使用した場合よりも数倍大きいロゴスキーコイル２次出力電圧をセンサユニットに入力できる。従って、センサユニットのＳ／Ｎの向上が容易であり、従来以上に高品質な交流電流量を保護制御装置に提供できる。
【０１０２】
なお、ＣＰＵ２５で主回路交流電流量を表すデジタル電気信号にデジタルフィルタをかけても良いし、ロゴスキーコイル１のバラツキや、積分回路、ローパスフィルタ回路などアナログ回路のバラツキを補正する（感度補正、および位相補正する）ようにソフトを構成しても良い。また、従来ＢＣＵ（Ｂａｙ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）などの上位システムで行っていた主回路電流の実効値の演算を行い、上位システムに伝送しても良い。
また、図示していないが、センサユニット２０に温度センサを設けて、温度補正計算をＣＰＵ２５で行っても良い。
【０１０３】
本発明の構成では、センサユニット２０はロゴスキーコイル１の近傍に配置するので、センサユニット２０で測定する温度はロゴスキーコイル１の周囲温度と略等しいとみなせ、木目細かい温度補正が可能である。
【０１０４】
さらに、本発明の付帯的な効果として、以下に示す効果が得られる。すなわち、従来、保護制御装置に実装していた変電機器本体間との入出力回路が削除でき、且つ、入出力が全て通信経由となり、大電圧、大電流を扱う回路が存在しなくなるため、保護制御装置のハードウェア構成としては保護制御機能を処理するためのディジタル演算処理部と通信処理を行う通信部のみで構成でき、大幅にハードウェア削減が可能となる。
【０１０５】
さらに、本発明の変流器はＣＰＵによる演算機能を持っているので、従来保護制御装置で行っていた演算の一部を代行することができ、保護制御装置側の演算負担を軽減することができる。さらに、変流器が保護制御装置で行っていた演算の一部を分担することにより生じる保護制御装置のＣＰＵの空き時間を利用して、保護制御装置はさらに高度な保護制御演算や監視機能を実装することができるようになるので、保護制御システム全体としてのパフォーマンスを向上することができる。
【０１０６】
次に本発明の第７の実施の形態について図面を参照して説明する。図１２は、本発明の第７の実施形態による変流器のシステム構成図である。同図において変流器は導体５が貫通して取付けたロゴスキーコイル１と、ロゴスキーコイル１の近傍に配置されるセンサユニット（ＳＵ）２０と、光伝送手段３０と、複数のセンサユニット２０から伝送されるデジタル光信号を統合する統合ユニット（ＭＵ）４０から構成される。
【０１０７】
同図においてロゴスキーコイル１の構造は第１乃至第５の実施の形態のロゴスキーコイルのうちいずれを使用しても良いので説明を省略する。また、センサユニット（ＳＵ）２０の構成は第６の実施の形態で説明した図１１の構成と同じなので説明を省略する。
統合ユニット（ＭＵ）４０の構成例を図１２を用いて説明する。センサユニット２０と統合ユニット４０は光伝送手段３２で接続されている。
【０１０８】
統合ユニット４０は、各センサユニット２０からのデジタル光信号を入力して第２のデジタル電気信号に変換する光／電気変換器４１（以下Ｏ／Ｅ変換器と略称する）と、第２のデジタル電気信号を統合して電気統合伝送信号を生成する統合手段４２と、上位システムとの通信インターフェース４６と、電気統合伝送信号を第２のデジタル光信号に変換する第２の電気／光変換器４７（以下第２のＥ／Ｏ変換器と略称する）と、電源回路４９などから構成されている。
【０１０９】
統合手段４２は、ＰＬＤ４３、ＣＰＵ４４、同期手段４５などから構成されている。上位システムと接続するＯ／Ｅ変換器４８は、上位システムから光信号として送信される同期信号を電気同期信号に変換するものである。
【０１１０】
電源回路４９は、変電所共通電源５０などから供給されるＤＣ１１０Ｖ（ＤＣ４８ＶやＤＣ２２０Ｖなどでも良い。一般的には変電所の標準電源に合わせる）から、ＤＣ±５Ｖ、ＤＣ±３．３Ｖなど、統合ユニット４０の動作に必要な電圧を作る。また、図示していないが、統合ユニット４０はバッテリなどのバックアップ電源を有しても良い。
【０１１１】
統合ユニット４０に接続するセンサユニット２０からの交流電流量の情報を含むデジタル光信号は、相単位で統合伝送信号に統合する場合や、回線単位で統合伝送信号に統合する場合や、保護制御単位で統合伝送信号に統合する場合や、保護制御単位の中で２つ以上の統合伝送信号に統合する場合などさまざまなバリエーションが考えられる。統合ユニットにおける信号の統合は、ある決まった形式の統合伝送信号に統合することに限定されるものではなく、変電所のレイアウトや保護制御装置のシステム構成などに応じて最適な形式の統合伝送信号に統合するものである。
以上のような構成を有する本発明の第７の実施の形態による変流器システムによれば、以下のような作用効果が得られる。
【０１１２】
ロゴスキーコイル１とセンサユニット２０の作用効果については、第１乃至第６の実施の形態で説明した作用効果と同様なので、説明を省略する。
統合ユニット４０は、Ｏ／Ｅ変換器４１で各センサユニット２０からのデジタル光信号を受信して第２のデジタル電気信号に変換する。統合手段４２は、各第２のデジタル電気信号を統合して電気統合伝送信号を生成する。この電気統合伝送信号を通信インターフェース４６とＥ／Ｏ変換器４７で、第２のデジタル光信号に変換して保護制御装置などの上位システムへ伝送する。
【０１１３】
次に、統合手段４２の作用について詳細に説明する。Ｏ／Ｅ変換器４１で変換された第２のデジタル電気信号は、ＰＬＤ４３でＣＰＵ４４とのデータ受け渡しが行われる。この時、ＰＬＤ４３は第２のデジタル電気信号に付加されているＣＲＣ符号や反転２重化符号のチェックを行い、伝送エラーを検出する。
【０１１４】
同期手段４５は、上位システムから送信される変電所共通の時刻同期用基準信号と基準時刻データを受信し、サンプリング同期信号とタイムスタンプ用の時刻データを抽出、生成する。
【０１１５】
ＣＰＵ４４は、各センサユニット２０から受信した第２のデジタル電気信号から交流電流量のデジタル値を取り出し、各センサユニット間のサンプリング同期のずれをサンプリング同期信号に基づいて同期補完演算を行い、同期補完演算後の交流電流デジタル値にタイムスタンプやＣＲＣ符号など必要な情報を付加して統合伝送信号を生成する。また、ＣＰＵ４４はセンサユニット２０の異常監視、および統合ユニット４０の自己異常監視を行い、異常が生じた場合に上位システムに警報を送信する。なお、センサユニット２０の異常監視とは、例えば、センサユニット２０の電源異常監視やＡ／Ｄ変換器の精度監視、アナログ回路監視などである。
【０１１６】
図１３は保護制御単位であるところの回線単位内の複数の交流電流量を１つの統合伝送信号として送信する場合のシステム構成例である。同図は単母線構成１０５の単相形開閉装置の線路回線１０１の例であり、３相結線図で図示している。ロゴスキーコイル１は遮断器１０２の両側に導体５を貫通して取付けられており、各々のロゴスキーコイル１の近傍にセンサユニット２０が取付けられている。各センサユニット２０ａ１〜２０ａ３、２０ｂ１〜２０ｂ３と統合ユニット４０は光伝送手段３２で接続されている。統合ユニット４０と保護制御装置などの上位システム１０４は第２の光伝送手段１０３で接続されている。統合ユニット４０は、遮断器の両側に取付けられた線路回線１０１の全てのセンサユニット２０ａ１〜２０ａ３、２０ｂ１〜２０ｂ３から伝送される交流電流量のデジタル値（デジタル光信号）を統合伝送信号に統合して、上位システム１０４へ伝送する。
【０１１７】
このように現場の変電機器本体の近傍に配置する統合ユニット４０によって保護制御単位で交流電気量情報を伝送することができるので、伝送手段を効率よく運用することができる。統合ユニット４０と電気所本館の保護制御装置との間は、デジタル光信号で伝送されるので、長距離伝送においてもノイズの影響による信号劣化は無く、高品質な交流電流量を保護制御装置に提供できる。
また、現場の変電機器と電気所本館の保護制御装置間を接続する大量の電気ケーブルを大幅に削減できるので、機器据付工事の据付時間、コストを低減できる。
【０１１８】
加えて、本発明の付帯的な効果として以下に示す効果が得られる。すなわち、従来、保護制御装置に実装していた変電機器本体間との入出力回路が削除でき、且つ、入出力が全て通信経由となり、大電圧、大電流を扱う回路が存在しなくなるため、保護制御装置のハードウェア構成としては保護制御機能を処理するためのディジタル演算処理部と通信処理を行う通信部のみで構成でき、大幅にハードウェア削減が可能となる。
【０１１９】
さらに、本発明の変流器はＣＰＵによる演算機能を持っているので、従来保護制御装置で行っていた演算の一部を代行することができ、保護制御装置側の演算負担を軽減することができる。さらに、変流器が保護制御装置で行っていた演算の一部を分担することにより生じる、保護制御装置のＣＰＵの空き時間を利用して、保護制御装置はさらに高度な保護制御演算や監視機能を実装することができるようになるので、保護制御システム全体としてのパフォーマンスを向上することができる。
【０１２０】
なお、交流電流量のデジタル値の統合伝送信号への統合は、前述したように必ずしも１つの統合伝送信号に統合することに限定されるものではない。以下に２つの統合伝送信号に統合する場合の一例を説明する。
【０１２１】
図１３で遮断器１０２の母線１０５側に取付けられたロゴスキーコイル１ａによる交流電流量は、図示していない線路保護継電器の保護演算に使用する。一方、遮断器１０２の図示していない送電線側に取付けられたロゴスキーコイル１ｂによる交流電流量は、図示していない母線保護継電器の保護演算に使用する。保護継電器側で送信される電流量の種類の判別をしなくても良いように、線路保護継電器には、センサユニット２０ａ１〜２０ａ３から伝送される交流電流量を第１の統合伝送信号に統合して線路保護継電器に伝送する。一方、母線保護継電器には、センサユニット２０ｂ１〜２０ｂ３から伝送される交流電流量を第２の統合伝送信号に統合して母線保護継電器に伝送する。
【０１２２】
このような形式で統合伝送信号を生成する方式は、特に統合ユニット４０と上位システム１０４の各装置（線路保護継電器、母線保護継電器、ＢＣＵなど）間を１対１の伝送路で接続する構成とした場合に有効である。
【０１２３】
次に、本発明の実施の形態の変形例を説明する。第６の実施形態の説明で、センサユニット２０のＣＰＵ２５の各種演算機能について説明したが、このうち、センサユニット２０と統合ユニット４０間のデータ伝送に関わる演算を除く、各種演算機能（感度補正、位相補正など）については、その一部、もしくは全ての演算を統合ユニット４０のＣＰＵ４４で行っても良い。
【０１２４】
このような変形例においても第７の実施形態と同様な作用効果が得られることは明らかである。この場合、センサユニット２０はロゴスキーコイル１の出力であるアナログ電圧信号をデジタル光信号に変換し、光伝送手段３０を経由してデータを統合ユニット４０に送信する機能を持てば良いので、センサユニット２０のＣＰＵ２５を削除することができる。従って、センサユニット２０の構成は、極めてシンプルなハード構成となる。
【０１２５】
なお、センサユニット２０のＣＰＵ２５が不要とは高精度なＣＰＵ相当の制御ＬＳＩが不要という意味であり、アナロ／デジタル変換に必要な制御や光伝送手段を実現するために必要な最低限の制御手段の実装は必要である。この点については、例えばＰＬＤ２４による制御、もしくはそれを実現するために汎用ロジックＩＣを組み合わせることによってそのような制御の実現が可能である。
【０１２６】
さらにまた、本実施の形態の別の変形例を説明する。第７の実施の形態では、センサユニット２０で行うアナログ電圧信号のアナログ／デジタル変換のサンプリングタイミングを各センサユニット２０間では非同期とし、統合ユニット４０のＣＰＵ４４で上位システムから伝送されるサンプリング同期信号に基づいて同期補完演算を行う構成とした。これに対して、サンプリング同期信号を統合ユニット４０からセンサユニット２０に伝送し、センサユニット２０では、このサンプリング同期信号に基づいてアナログ／デジタル変換のサンプリングを行う構成とすることができる。すなわち、センサユニット２０におけるサンプリングタイミングは、変電所共通の時刻同期基準信号に同期させることができる。
【０１２７】
この場合、統合ユニット４０からセンサユニット２０へのサンプリング同期信号の伝送は光伝送で行う。図示しないが、センサユニット２０と統合ユニット４０には、それぞれサンプリング同期信号伝送用の光伝送手段がハードとして追加される。この場合もセンサユニット２０はＣＰＵ２５を有する構成、有しない構成いずれの構成も採用できることは明白であるが、いずれの場合でも、タイムスタンプの付加は統合ユニット４０のＣＰＵ４４で実現することが効率的である。
【０１２８】
このような変形例においても第７の実施の形態と同様な作用効果に加えて以下の作用効果がある。本変形例によれば、通常複数配置される各センサユニット２０間におけるアナログ電圧信号のサンプリングタイミングは、変電所共通の時刻同期基準信号に合わせて同期が取れている。従って、統合ユニット４０のＣＰＵ４４はサンプリング同期補完演算をする必要がなくなり、ＣＰＵ４４の負荷が軽くなると共に、ソフトウエアの開発負担が軽減される。
【０１２９】
なお、本変形例では、変電所共通の時刻同期基準信号を統合ユニット４０経由でセンサユニット２０へ伝送する構成としたが、変電所共通の時刻同期基準信号をセンサユニット２０に直接伝送するハード構成とした場合も同様な効果が得られることは明白である。
【０１３０】
なお、本発明は上記のような実施の形態に限定されるものではなく、例えば、請求項１２を包含する変流器として、統合ユニットと上位システムの各装置（回線保護継電器、母線保護継電器、ＢＣＵなど）間とが１対１の伝送路により接続された実施の形態も包含する。このような実施形態によれば、本発明の変流器と上位システム間の伝送情報が単純化できるため、システム全体を単純化することが可能となる。この場合の統合ユニットにおいて生成する統合伝送信号は、回線保護継電器、母線保護継電器など、送信先に応じて複数生成するように構成することが効率的な場合が多い。
【０１３１】
また、請求項１４を包含する変流器として、統合ユニットと上位システムの各装置（回線保護継電器、母線保護継電器、ＢＣＵなど）間とがＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）により接続された実施の形態も包含する。このような実施形態によれば、本発明の変流器と上位システム間の伝送情報が１つのＬＡＮ上を伝送されるようになるため、１つの情報を各所で共有化することができ、接続部の構成も標準化を図ることができる。
【０１３２】
また、本発明の変流器システム全体の信頼性の向上のために、ロゴスキーコイル、センサユニット、統合ユニットを２重化する構成とすることができる。冗長構成については、全てのコンポーネントを完全に２重化して各々の相互運用を図る構成、各々のコンポーネントの完全独立２重化構成、一部２重化構成など、さまざまな構成が考えられる。これについては、本発明の変流器を適用するシステムが要求する信頼度とコストバランスによって決定されるものであり、ある１つの冗長構成に限定するものではない。
【０１３３】
また、本発明は電子化された変流器に関するものであるが、その発明の一部については、電子化された計器用変圧器を組み合わせて適用できるものである。すなわち、採用する計器用変圧器が電子化された計器用変圧器であり、かつデジタル化された出力を有する場合、もしくは電子化計器用変圧器の出力がアナログ信号の場合、又は従来型の計器用変圧器を採用する場合でも、そのアナログ出力をアナログ／デジタル変換するユニットを追加する場合は、第７の実施の形態で説明した統合ユニットで計器用変圧器のデジタル出力信号も合わせて処理することができる。すなわち、統合ユニットは変流器と計器用変圧器で検出する主回路交流電気量（電流、および電圧情報）をまとめて保護制御単位で上位システムに伝送することができる。この場合、さらに伝送手段を効率よく運用することができるとともに、現場の変電機器と本館の保護制御装置間を接続する大量の電気ケーブルをさらに大幅に削減でき、機器据付工事の据付時間、コストをさらに低減できることは言うまでもない。
【０１３４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、一般のプリント基板の多層基板製作技術を応用して、多層のプリント基板の外側の基板面と、基板内層に金属箔を形成し、この金属箔をを基板を貫通して電気的に接続することにより複数の巻線を形成し、また基板の内層に帰路線となる金属箔を形成し、この帰路線と複数の巻線とを電気的に直列に接続し、かつ、巻線が囲む面積と、帰路線が囲む面積が等しくなるように巻線の半径を決定するようにしたので、ロゴスキーコイルの中央の開口部を貫通するような外部磁界に影響されず、耐ノイズ性に優れ、高精度の電流計測が行える安価な変流器を得ることができる。
【０１３５】
また、プリント基板からなる多重巻線ロゴスキーコイルと、その近傍に配置されるロゴスキーコイルの２次出力電圧をデジタル光信号に変換するセンサユニットとを組み合わせることにより、ロゴスキーコイルの中央の開口部を貫通するような外部磁界に影響されず、耐ノイズ性に優れ、高精度の電流計測が行える安価な変流器システムを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるロゴスキーコイルの構成を示す斜視図。
【図２】本発明の第１の実施の形態におけるプリント基板の構成を示す正面図。
【図３】図１をＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って切断し、矢印方向に見た断面図。
【図４】本発明の第１の実施の形態おけるプリント基板の具体的な例を示す外形図。
【図５】本発明の第２の実施の形態におけるロゴスキーコイルの構成を示す斜視図。
【図６】本発明の第２の実施の形態におけるプリント基板の構成を示す正面図。
【図７】図５をＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿って切断し、矢印方向に見た断面図。
【図８】本発明の第３の実施の形態におけるプリント基板の構成を示す断面図。
【図９】本発明の第４の実施の形態におけるプリント基板の構成を示す断面図。
【図１０】本発明の第５の実施の形態におけるロゴスキーコイルの構成を示す斜視図。
【図１１】本発明の第６の実施の形態による変流器システムの構成を示すブロック図。
【図１２】本発明の第７の実施の形態による変流器システムの構成を示すブロック図。
【図１３】本発明の第７の実施の形態における回線単位の複数の交流電流量を１つの統合伝送信号として伝送する場合のシステム構成例を示すブロック図。
【図１４】従来の一般的なロゴスキーコイルの構成を示す正面図。
【図１５】従来の他のロゴスキーコイルの構成例を示す正面図。
【図１６】図１４に示すロゴスキーコイルにおいて巻線に外部磁界が鎖交している状態を説明する模式図。
【図１７】図１４に示すロゴスキーコイルにおいて帰路線に外部磁界が鎖交している状態を説明する模式図。
【図１８】外部磁界の発生する要因の一例を説明する斜視図。
【図１９】外部磁界の発生する要因の他の例を説明する斜視図。
【符号の説明】
１…ロゴスキーコイル、２−１〜２−４…巻線、２Ｘ−１、２Ｘ−２…多重巻線、２ａ、２ｂ…放射状金属箔、２ｃ…貫通穴、３…帰路線、３ａ…円周状金属箔、４…端子、５…導体、６…巻芯、７…プリント基板、９…開口部、１１ａ…基板表面、１１ｂ…基板裏面、１２ａ〜１２ｆ…基板内層、２０…センサユニット、２１…積分器、２２…ローパスフィルタ、２３…アナログ／デジタル変換器、２４…ＰＬＤ、２５…ＣＰＵ、２６…電気／光変換器、２７…電源回路、３０、３２…光伝送手段、３１…ツイストペア電線、４０…統合ユニット、４１…光／電気変換器、４２…統合手段、４３…ＰＬＤ、４４…ＣＰＵ、４５…同期手段、４６…通信インターフェース、４７…第２の電気／光変換器、４８…光／気変換器、４９…電源回路、５０…変電所共通電源、１０１…線路回線、１０２…遮断器、１０３…第２の光伝送手段、１０４…上位システム、１０５…単母線。

Claims

中央に導体の貫通する開口部を有し、基板表面と、基板裏面と、これら基板表面と基板裏面とに挟まれた複数の基板内層とを有する多層構造のプリント基板を備え、前記基板表面と、基板裏面と、基板内層とに前記開口部の中心を略中心として放射状に広がる複数本の直線形状の放射状金属箔を形成し、任意の２層間の放射状金属箔をプリント基板を厚さ方向に貫通するメッキした穴により電気的に接続して１つの巻線を形成し、少なくとも他の２層間の放射状金属箔をプリント基板を厚さ方向に貫通するメッキした穴により電気的に接続して前記巻線とは別の巻線を形成し、少なくとも１つの層に前記開口部の中心を略中心とする円周状金属箔を形成し、前記複数の巻線と前記円周状金属箔とを電気的に直列に接続し、前記円周状金属箔を帰路線としたロゴスキーコイルを有することを特徴とする変流器。
前記巻線と前記円周状金属箔は同じ数形成され、複数の円周状金属箔は全てプリント基板の同一層に形成したことを特徴とする請求項１に記載の変流器。
前記巻線と前記円周状金属箔は同じ数形成され、複数の円周状金属箔はプリント基板の異なる層に形成したことを特徴とする請求項１に記載の変流器。
中央に導体の貫通する開口部を有し、基板表面と、基板裏面と、これら基板表面と基板裏面とに挟まれた複数の基板内層とを有する多層構造のプリント基板を備え、前記基板表面と、基板裏面と、基板内層とに前記開口部の中心を略中心として放射状に広がる複数本の直線形状の放射状金属箔を形成し、任意の２層間の放射状金属箔をプリント基板を厚さ方向に貫通するメッキした穴により電気的に接続して１つの巻線を形成し、このように形成される巻線を（２×Ｎ）個有し、前記巻線のうち、Ｎ個の巻線と残りのＮ個の巻線は互いに反対方向に巻回され、前記（２×Ｎ）個の巻線を電気的に直列に接続したことを特徴とする変流器。
一方の方向に巻回した巻線とその反対方向に巻回した巻線が交互に積層され、交互に積層された互いに反対方向に巻回した巻線を直列に接続したことを特徴とする請求項４に記載の変流器。
一方の方向に巻回した巻線を直列に接続して一組の多重巻線を形成し、その反対方向に巻回した巻線を直列に接続してもう一組の多重巻線を構成し、互いに反対方向に巻回した２組の多重巻線は、プリント基板上に互いに鏡像関係にあるように電気的に直列に接続したことを特徴とする請求項４に記載の変流器。
中央に導体の貫通する開口部を有し、基板表面と、基板裏面と、これら基板表面と基板裏面とに挟まれた複数の基板内層とを有する多層構造のプリント基板を備え、前記基板表面と、基板裏面と、基板内層とに金属箔が前記開口部の中心を略中心としてそれぞれ放射状に配置した複数本の金属箔により形成される層と、前記金属箔が前記開口部の中心を略中心とする円周状金属箔により形成される層とを有し、前記放射状の複数本の金属箔を有する層のうち、任意の２層間の放射状金属箔がプリント基板を厚さ方向に貫通するメッキした穴により電気的に接続されることにより、１つの巻線を形成し、このように形成される巻線を（２×Ｎ＋１）個有し、プリント基板に構成される前記巻線のうち、（Ｎ＋１）個の巻線と残りのＮ個の巻線とは互いに反対方向に巻回され、前記（２×Ｎ＋１）個の巻線と前記円周状金属箔とを電気的に直列に接続し、かつ前記円周状金属箔の巻回方向を前記残りのＮ個の巻線と同一方向として、これを帰路線としたロゴスキーコイルを有する変流器。
一方の方向に巻回した巻線とその反対方向に巻回した巻線および円周状金属箔が交互に積層され、交互に積層された互いに反対方向に巻回した前記巻線および円周状金属箔とを電気的に直列に接続したことを特徴とする請求項７に記載の変流器。
中央に導体の貫通する開口部を有し、基板表面と、基板裏面と、これら基板表面と基板裏面とに挟まれた複数の基板内層とを有する多層構造のプリント基板を備え、前記基板表面と、基板裏面と、基板内層とに前記開口部の中心を略中心として広がる複数本の金属箔を形成し、任意の２層間の金属箔をプリント基板を厚さ方向に貫通するメッキした穴により電気的に接続して複数の巻線を形成し、前記複数の巻線を電気的に直列に接続して送変電機器の主回路交流電流を検出し、その交流電流量を表すアナログ電圧信号を出力するロゴスキーコイルと、前記アナログ電圧信号をデジタル電気信号に変換するアナログ／デジタル変換器と、そのデジタル電気信号をデジタル光信号に変換する電気／光変換器とを有し、前記ロゴスキーコイル近傍に配置されたセンサユニットと、前記デジタル光信号を伝送する光伝送手段とを有する変流器システム。
前記複数個のロゴスキーコイルから前記複数個のセンサユニットを経て複数個の光伝送手段によって伝送された前記デジタル光信号を統合して、少なくとも１つの統合伝送信号を生成し、この統合伝送信号を上位システムに伝送する統合ユニットを有することを特徴とする請求項９に記載の変流器システム。
統合ユニットは、前記各デジタル光信号をそれぞれ第２のデジタル電気信号に変換する複数個の光／電気変換器と、前記各第２のデジタル電気信号を統合して電気統合伝送信号を生成する統合手段と、前記電気統合伝送信号を第２のデジタル光信号に変換する第２の電気／光変換器とからなることを特徴とする請求項１０に記載の変流器システム。
統合ユニットと前記上位システムとが１対１の伝送路により接続されたことを特徴とする請求項１０に記載の変流器システム。
統合ユニットと前記上位システムとがＬＡＮにより接続されたことを特徴とする請求項１０に記載の変流器システム。