JP2010062419A - 零相変流器 - Google Patents

Abstract

【課題】既設の配電線路に容易に設置することができ、しかも残留電流を最も小さくできる零相変流器を提供することである。
【解決手段】複数個の円弧状の鉄心部材１３を接合させて環状に鉄心１１を形成し、複数個の分割２次側コイル１２は鉄心１１への配置位置が移動可能に装着され、分割２次側コイル１２を直列接続して分割２次側コイル１２に発生した電流を出力端子１９から出力する。そして、分割２次側コイル１２を鉄心１１に沿って移動させ、２次側コイル１２に発生する残留電流が最も小さくなる分割２次側コイル１２の位置を特定し、その特定された位置に分割２次側コイル１２を配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、零相電流を検出する零相変流器に関する。

例えば、三相の６ｋＶ配電線の地絡電流は三相の零相変流器（ＺＣＴ）で検出される。すなわち、零相変流器は、配電線に地絡事故が発生した場合に発生する零相電流を検出し地絡方向継電器に入力する。地絡方向継電器は、零相変流器で検出された零相電流に基づいて配電線の地絡事故判定を行う。

図６は配電用変電所における配電系統の一例を示す系統図である。配電用変圧器２１は、一次側の送電線の電圧を降圧して２次側の配電線に電力を供給するものであり、通常、２次側の母線２２には複数の配電線が接続されている。図６では３系統の配電線２３ａ〜２３ｃが接続された場合を示している。各々の配電線２３ａ〜２３ｃは遮断器２４ａ〜２４ｃを介して負荷に電力を供給する。各々の配電線２３ａ〜２３ｃには零相変流器２５ａ〜２５ｃが配置され、零相変流器２５ａ〜２５ｃで検出された零相電流は、それぞれ地絡方向継電器２６ａ〜２６ｃに入力される。地絡方向継電器２６ａ〜２６ｃは零相変流器２５ａ〜２５ｃで検出された零相電流に基づいて配電線２３ａ〜２３ｃの地絡事故判定を行い、地絡事故と判定した場合には、地絡事故と判定した配電線２３ａ〜２３ｃの遮断器２４ａ〜２４ｃを開放する。

三相の零相変流器は、環状鉄心に２次側コイルを巻回し、１次側は環状鉄心で囲まれた空間に３相の導体を貫通して構成される。そして、１次側の３相の導体を流れる電流のベクトル和に対応した２次電流を零相電流として２次側コイルから取り出す。

このような零相変流器では、鉄心材料の透磁率、１次側導体の位置及び２次側コイルの巻き方や配置、鉄心の磁気飽和などの影響で、地絡電流（漏れ電流）がない場合であっても２次側コイルに残留電流が出力されることがある。残留電流は負荷電流に比例して変化する特性を有し、配電線には多くの高調波成分を含んだ電流が流れているため残留電流にも高調波成分が含まれる。また、残留電流は、鉄心を傾けたり、鉄心と導体との距離の変化により変化する。これは、鉄心と１次側導体との位置関係を変化させることにより磁路が変化し、その磁路の変化により残留電流が変化するためである。

零相変流器で検出された信号は、前述したように、地絡方向継電器に入力されて地絡事故の判定に使用されるので、零相変流器から残留電流が出力された場合には地絡方向継電器が誤動作する虞がある。地絡方向継電器は高感度に設定されているので、小さい残留電流であっても地絡方向継電器が誤動作する虞がある。誤動作防止のためには地絡方向継電器の感度を鈍くすることになるが、そうすると、微地絡事故を検出することができなくなる。

そこで、鉄心にパーマロイ等の高磁性体を使用し、負荷電流の流れる導体の間隔を所定寸法に保持して２次側コイルを分布巻きしたりして、残留電流が発生しないように零相変流器を製作している。

また、貫通形の零相変流器は鉄心が環状となっており、環状鉄心に導体を貫通させなければならないので、既設の配電線路に後から設置することが困難である。そこで、鉄心を分割して構成し、既設の導体を挟むように分割鉄心を接合するようにした分割形の零相変流器がある。このような分割形の零相変流器としては、２次側コイルを、巻き数及び長さを同じくした６個のコイルに分割し、その２個を半円状の各鉄心の中央に、他の４個を分割した鉄心の両端で噛合部にかからない位置に近設し、製作に熟練を要せず工数が低減され、しかも残留電流も少なくしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開平１−２１４００３号公報

しかし、特許文献１のものでは、分割した６個のコイルの配置位置は、予め決められた位置であるので、必ずしも残留電流が最小になるとは限らない。残留電流は、前述したように、鉄心材料の透磁率、１次側導体の位置及び２次側コイルの巻き方や配置、鉄心の磁気飽和などの影響を受けるので、分割したコイルを予め決められた位置に配置しただけでは残留電流は最小にならない。

本発明の目的は、既設の配電線路に容易に設置することができ、しかも残留電流を最も小さくできる零相変流器を提供することである。

本発明の零相変流器は、複数個の円弧状の鉄心部材を接合させて環状に形成された鉄心と、前記鉄心への配置位置が移動可能に装着される複数個の分割２次側コイルと、前記分割２次側コイルを直列接続して前記分割２次側コイルに発生した電流を出力する出力端子とを備え、前記分割２次側コイルを前記鉄心に沿って移動させ、前記２次側コイルに発生する残留電流が最も小さくなる前記分割２次側コイルの位置を特定し、その特定された位置に前記分割２次側コイルを配置することを特徴とする。

本発明によれば、複数個の円弧状の鉄心部材を接合させて環状に鉄心を形成しているので、既設の配電線路に容易に設置することができる。また、鉄心に装着する２次側コイルは、複数個に分割して移動可能に鉄心に配置され、分割された分割２次側コイルを鉄心に沿って移動させて２次側コイルに発生する残留電流が最も小さくなる位置を特定し、その特定された位置に分割２次側コイルを配置するので、残留電流が小さい零相変流器を提供できる。従って、零相変流器の出力を入力として動作する地絡方向継電器の誤動作を防止でき、微地絡事故も高感度に検出できる。

図１は本発明の実施の形態に係わる零相変流器の構成図である。図１に示すように、零相変流器は、鉄心１１に複数個の分割２次側コイル１２ａ〜１２ｄが装着されて構成される。図１では４個の分割２次側コイル１２ａ〜１２ｄが装着された場合を示している。鉄心１１は、複数個の鉄心部材１３ａ、１３ｂと、複数個の鉄心部材１３ａ、１３ｂを環状に固定する固定具１４とから構成される。図１では２個の鉄心部材１３ａ、１３ｂである場合を示している。固定具１４は、分割された２個の鉄心部材１３ａ、１３ｂの外周面の１周を巻回して配置され、固定具１４の端部には留め部１５ａ、１５ｂが形成されている。そして、留め部１５ａ、１５ｂの間をボルト１６及びナット１７で固定することにより、固定具１４で分割された２個の鉄心部材１３ａ、１３ｂを固定し鉄心１１を形成する。

このように形成された鉄心１１には、鉄心１１への配置位置が移動可能に装着される４個の分割２次側コイル１２ａ〜１２ｄが装着されている。４個の分割２次側コイル１２ａ〜１２ｄは配線１８にて直列接続され、分割２次側コイル１２ａ〜１２ｄに発生した電流を出力する出力端子１９から外部に出力される。

図２は本発明の実施の形態に係わる零相変流器の鉄心部材の斜視図である。複数個の鉄心部材は環状の鉄心部材を複数個に分割して形成される。図２では、２個の鉄心部材１３ａ、１２ｂに分割された場合を示しており、これら２個の鉄心部材１３ａ、１３ｂは環状の鉄心部材を２分割して形成されることから、各々の鉄心部材１３ａ、１３ｂは円弧状に形成されることになる。そして、分割された部分を接合させて環状の鉄心部材とする。

図３は本発明の実施の形態に係わる零相変流器の鉄心の斜視図である。図３に示すように、分割された２個の鉄心部材１３ａ、１３ｂを接合して環状の鉄心部材とし、その環状の鉄心部材を固定具１４で結合することにより環状の鉄心１１を形成する。固定具１４は、分割された２個の鉄心部材１３ａ、１３ｂの外周面の１周を巻回して配置され、留め部１５ａ、１５ｂでボルト１６及びナット１７で固定される。

次に、鉄心１１への分割２次側コイル１２の装着の仕方について説明する。図４は本発明の実施の形態に係わる零相変流器の鉄心の形成過程の斜視図、図５は分割２次コイル１２の斜視図である。

図４に示すように、１個の鉄心部材１３ａの外周面に固定具１４を接触させた状態の鉄心１１の形成過程において、固定具１４の留め部１５ａ、１５ｂ部分の開口部から図５に示す分割２次側コイル１２を挿入する。

分割２次側コイル１２は、図５に示すように四角筒状に形成され、筒体の表面には絶縁被覆された導体２７が巻回されている。分割２次側コイル１２の筒体の貫通孔２０は、鉄心部材１３ａ及び固定具１４の断面積より大きく形成され、鉄心部材１３ａ及び固定具１４を通すことができる大きさとなっている。そこで、分割２次側コイル１２の貫通孔１８を鉄心部材１３ａ及び固定具１４に通して、順次、４個の分割２次側コイル１２を鉄心部材１３ａ及び固定具１４に挿入する。その後に、もう１個の鉄心部材１３ｂを固定具１４の内側に配置し、４個の分割２次側コイル１２を鉄心部材１３ａ、１３ｂ及び固定具１４に挿入した状態で、留め部１５ａ、１５ｂをボルト１６及びナット１７で固定する。これにより、図１に示した零相変流器が得られる。

図１に示した零相変流器では、４個の分割２次側コイル１２ａ〜１２ｄは鉄心１１上で摺動可能となっており、鉄心１１上で配置位置が移動可能となっている。分割２次側コイル１２ａ〜１２ｄの配置位置は、直列接続された２次側コイル１２ａ〜１２ｄに発生する残留電流が最も小さくなる位置とする。

２次側コイル１２ａ〜１２ｄに発生する残留電流が最も小さくなる位置の特定は、以下のようにして行う。図１に示した零相変流器の環状の鉄心１１で囲まれた空間に３相の導体を貫通し、その３相の導体に電流を流す。この状態で出力端子１９にシンクロスコープを接続して、２次側コイル１２ａ〜１２ｄに発生する残留電流を測定する。４個の分割２次側コイル１２ａ〜１２ｄを鉄心に沿って移動させ、測定される残留電流が最も小さくなる位置を特定する。例えば、４個の分割２次側コイル１２ａ〜１２ｄのうちの２個の分割２次側コイルを固定しておき、別の２個の分割２次側コイルを動かして、測定される残留電流が最も小さくなる位置を特定する。その後に、最初に固定しておいた２個の分割２次側コイルを動かして、さらに測定される残留電流が最も小さくなる位置があるかどうかを確認して、さらに小さくなる位置があるときは、後で動かした２個の分割２次側コイルをその位置に固定する。

以上の説明では、４個の分割２次側コイル１２ａ〜１２ｄの場合について説明したが、５個以上の分割２次側コイル１２としてもよいし、２個または３個の分割２次側コイル１２としてもよい。また、鉄心１１は、２個の鉄心部材１３ａ、１３ｂの場合について説明したが、３個以上に分割してもよい。さらに、分割２次側コイル１２の配置位置を特定する際に、測定する残留電流に含まれる高調波成分が無視できない場合には、フィルタを用いて残留電流を測定するようにしてもよい。

本発明の実施の形態によれば、複数個の円弧状の鉄心部材１３を接合させて環状に鉄心１１を形成しているので、既設の配電線路に容易に設置することができる。また、鉄心１１に装着する２次側コイル１２は、複数個に分割して移動可能に鉄心１１に配置し、分割された分割２次側コイル１２を鉄心１１に沿って移動させて２次側コイル１２に発生する残留電流が最も小さくなる位置を特定し、その特定された位置に分割２次側コイル１２を配置するので、残留電流が小さい零相変流器を提供できる。

その際に、配電線路の３相の導体が環状の鉄心１１で囲まれた空間を貫通する位置は、環状の鉄心１１で囲まれた空間のいずれの位置であってもよい。これは、３相の導体を環状の鉄心１１で囲まれた空間に貫通させた後に、分割２次側コイル１２を鉄心１１に沿って移動させて２次側コイル１２に発生する残留電流が最も小さくなる位置を特定するからである。

いま、配電線路の導体の負荷電流が２３０Ａ、巻き数が４００回の２次側コイルで２次電流が１０ｍＡ（１次換算値４Ａ）の残留電流が発生する零相変流器に対して、巻き数１２５回の４個の分割２次側コイルを用いて本発明の実施の形態を適用したところ、２次電流が０．０２８ｍＡ（１次換算値１４．０ｍＡの残留電流とすることができ、０．３５％程度に残留電流を低減させることができた。この状況下においては、零相電流成分を５０ｍＡ通電した場合に、確実にその電流値（波形）を確認できる。従って、零相変流器の出力を入力として動作する地絡方向継電器の誤動作も防止でき、微地絡事故も高感度に検出できる。

本発明の実施の形態に係わる零相変流器の構成図。 本発明の実施の形態に係わる零相変流器の鉄心部材の斜視図。 本発明の実施の形態に係わる零相変流器の鉄心の斜視図。 本発明の実施の形態に係わる零相変流器の鉄心の形成過程の斜視図。 本発明の実施の形態に係わる零相変流器の分割２次コイルの斜視図。 配電用変電所における配電系統の一例を示す系統図。

符号の説明

１１…鉄心、１２…分割２次側コイル、１３…鉄心部材、１４…固定具、１５…留め部、１６…ボルト、１７…ナット、１８…配線、１９…出力端子、２０…貫通孔、２１…配電用変圧器、２２…母線、２３…配電線、２４…遮断器、２５…零相変流器、２６…地絡方向継電器、２７…導体

Claims (1)

1. 複数個の円弧状の鉄心部材を接合させて環状に形成された鉄心と、前記鉄心への配置位置が移動可能に装着される複数個の分割２次側コイルと、前記分割２次側コイルを直列接続して前記分割２次側コイルに発生した電流を出力する出力端子とを備え、前記分割２次側コイルを前記鉄心に沿って移動させ、前記２次側コイルに発生する残留電流が最も小さくなる前記分割２次側コイルの位置を特定し、その特定された位置に前記分割２次側コイルを配置することを特徴とする零相変流器。

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