JPH09171935A - 零磁束ｃｔ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】第１増幅器の入力回路にハイパスフィルタが接
続されることなく、周波数特性や過渡応答特性のよい零
磁束CT装置を提供する。 【解決手段】鉄心14と，被測定電流を流す１次巻線11
と，フィードバック電流を流す２次巻線12と，鉄心14の
磁束を検出する磁束検出巻線13と，からなる電流トラン
ス１と、磁束検出巻線13から検出される検出電圧を増幅
し２次巻線12にフィードバック電流を流す第１増幅器２
と、を備え、鉄心14内の磁束変化が零レベルで動作する
零磁束CT装置において、磁束検出巻線13に誘起される直
流電圧を監視する監視制御手段３と、この監視制御手段
３が作動したとき、２次巻線12にフィードバック電流を
流す第１増幅器２のオフセット電圧を補償するオフセッ
ト電圧補償手段４と、を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁束検出巻線にて
鉄心内の磁束を検出する巻線型零磁束電流トランス（以
下、電流トランスをCTと略称する）のオフセット電圧を
補償する零磁束CT装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は従来技術による零磁束CT装置の基
本回路構成図を示し、図５は従来技術による増幅器のオ
フセット電圧の影響を除去する零磁束CT装置の回路構成
図である。図４において、零磁束CT装置は、鉄心14と，
被測定電流を流す１次巻線11と，フィードバック電流を
流す２次巻線12と，鉄心の磁束を検出する磁束検出巻線
13と，からなる電流トランス(CT)１と、磁束検出巻線13
から検出される検出電圧を増幅し，２次巻線12にフィー
ドバック電流を流す第１増幅器２と、検出抵抗15と、を
備えて構成される。

【０００３】かかる構成において、１次巻線11に被測定
用の交流電流信号が流れたとき、鉄心14にはこの被測定
電流に対応する磁束変化が発生する。この磁束変化は磁
束検出巻線13で検出され、この検出された検出電圧は第
１増幅器２で増幅され、鉄心14内の磁束変化が零になる
様に２次巻線12にフィードバック電流を流す。このフィ
ードバック電流は検出抵抗15により電圧信号(V) に変換
される。そして、この電圧信号(V) により１次巻線11に
流れる被測定電流を求めることができる。

【０００４】即ち、被測定電流をＩ1,１次巻線11の巻数
をn1, ２次巻線12の巻数をn2, 検出抵抗15の抵抗値をR
f, 検出抵抗15で検出された電圧信号をV とすると、

【０００５】

【数１】Ｉ1 ＝ (n2/n1)・(V/Rf) ……(1) (1) 式において、n1,n2,Rfは既知であるので、電圧信号
V を求めることにより、被測定電流Ｉ1 を求めることが
できる。実際例では、第１増幅器２は、図示省略された
演算増幅器21を使用しており、演算増幅器21のオフセッ
ト電圧により、鉄心14は常に直流励磁された状態とな
る。この直流励磁状態が長時間継続すると、鉄心14の比
透磁率が低下し、鉄心14は磁気飽和し易くなる。鉄心14
が磁気飽和を起こすと、電流検出誤差が大きくなるの
で、通常は図５に図示される様に第１増幅器２の入力回
路にハイパスフィルタ５を介して接続し、演算増幅器21
のオフセット電圧の影響を除去して、鉄心14が直流励磁
されない様に構成されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来技術による零磁束
CT装置では、図５に図示される様に第１増幅器の入力回
路にハイパスフィルタを介して接続し、演算増幅器のオ
フセット電圧の影響を除去している。この様な場合、ハ
イパスフィルタにコンデンサを用い、直流成分を遮断す
ることにより、周波数特性や過渡応答特性が悪化する。
このため、被測定電流として過渡直流電流を含む入力信
号波形に対して忠実な出力波形を必要とする装置では、
従来技術による入力回路にハイパスフィルタを有する回
路方法ではハイパスフィルタそのものの周波数特性や過
渡応答特性が悪いため、零磁束CT装置を適用することが
できないと言う欠点がある。

【０００７】本発明は上記の点にかんがみてなされたも
のであり、その目的は前記した課題を解決して、第１増
幅器の入力回路にハイパスフィルタが接続されることな
く、周波数特性や過渡応答特性のよい零磁束CT装置を提
供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明においては、鉄心と，被測定電流を流す１次
巻線と，フィードバック電流を流す２次巻線と，鉄心の
磁束を検出する磁束検出巻線と，からなる電流トランス
（CT）と、磁束検出巻線から検出される検出電圧を増幅
し２次巻線にフィードバック電流を流す第１増幅器と、
を備え、鉄心内の磁束変化が零レベルで動作する零磁束
CT装置において、磁束検出巻線に誘起される直流電圧を
監視する監視制御手段と、この監視制御手段が作動した
とき、２次巻線にフィードバック電流を流す第１増幅器
のオフセット電圧を補償するオフセット電圧補償手段
と、を備えるものとする。

【０００９】上記構成により、監視制御手段は、磁束検
出巻線に誘起される直流電圧が予め定められた値を越え
たとき、監視制御動作を作動させ、２次巻線に流れるフ
ィードバック電流を遮断し、オフセット電圧補償手段で
第１増幅器のオフセット電圧を補償する。また、零磁束
CT装置において、磁束検出巻線に誘起される直流電圧を
監視する監視制御手段は、磁束検出巻線に誘起される電
圧をフィルタし直流電圧を検出するローパスフィルタ
と, 基準電圧を備えローパスフィルタの直流電圧を比較
するコンパレータと, を備え、オフセット電圧補償手段
は、積分特性を備え補償電圧を記憶保持する第２増幅器
と、コンパレータが非作動時は磁束検出巻線に誘起され
る電圧を第１増幅器に入力し、コンパレータが作動時は
零電圧を第１増幅器に入力する第１スイッチと、コンパ
レータが非作動時は第１増幅器出力を２次巻線にフィー
ドバック電流を流し、コンパレータが作動時は第１増幅
器出力を第２増幅器に入力する第２スイッチと、を備え
るものとする。

【００１０】上記構成により、第１増幅器は第２増幅器
からの補償電圧で零点補償信号を受け、コンパレータが
作動したとき零電圧が入力される第１増幅器出力は、第
２増幅器に零点誤差信号として入力され、第２増幅器の
積分特性で積分され、この積分出力は第１増幅器に零点
補償信号としてフィードバックし、第２増幅器は第１増
幅器のオフセット電圧相当の補償電圧を記憶保持する。

【００１１】また、コンパレータが作動したとき、第１
増幅器からのフィードバック電流が遮断される２次巻線
に予め定められた負荷抵抗を接続するものとする。上記
構成により、コンパレータが作動し、第１増幅器の零点
補償信号を再設定し、２次巻線のフィードバック電流が
遮断されている期間中も、２次巻線に接続された負荷抵
抗により被測定電流を検出することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は本発明による一実施例の零
磁束CT装置を説明する回路構成図、図２は他の実施例の
零磁束CT装置の回路構成図、図３は鉄心上の磁束動作特
性を説明する説明図であり、図４、図５に対応する同一
部材には同じ符号が付してある。図１において、零磁束
CT装置は、鉄心14と，被測定電流を流す１次巻線11と，
フィードバック電流を流す２次巻線12と，鉄心14の磁束
を検出する磁束検出巻線13と，からなる電流トランス(C
T)と、磁束検出巻線13から検出される検出電圧を増幅し
２次巻線12にフィードバック電流を流す第１増幅器２
と、磁束検出巻線13に誘起される直流電圧を監視する監
視制御手段３と、この監視制御手段３が作動したとき、
２次巻線12にフィードバック電流を流す第１増幅器２の
オフセット電圧を補償するオフセット電圧補償手段４
と、を備えて構成される。

【００１３】かかる構成において、零磁束CT装置のオフ
セット電圧補償方法は、磁束検出巻線に誘起される直流
電圧が予め定められた値を越えたとき、監視制御手段３
は監視制御動作を作動させ、２次巻線12に流れるフィー
ドバック電流を遮断し、オフセット電圧補償手段４で第
１増幅器２のオフセット電圧を補償する。

【００１４】

【実施例】さらに本発明による一実施例の零磁束CT装置
を詳細に説明すると、第１増幅器２は、演算増幅器21と
入力抵抗22と負帰還抵抗23とから構成され、安定した増
幅度を有する。磁束検出巻線13に誘起される直流電圧を
監視する監視制御手段３は、磁束検出巻線13に誘起され
る直流電圧および交流電圧をフィルタし、この内、直流
電圧だけを検出するローパスフィルタ31と, 基準電圧33
を備えローパスフィルタ31の直流電圧とを比較するコン
パレータ32と, を備えて構成される。

【００１５】オフセット電圧補償手段４は、高入力イン
ピーダンス演算増幅器44と積分コンデンサ46とからなり
積分特性を備え補償電圧を保持する第２増幅器40と、コ
ンパレータ32が非作動時は磁束検出巻線13に誘起される
電圧を第１増幅器２に入力し, コンパレータ32が作動時
は零電圧を第１増幅器２に入力する第１スイッチ34と、
コンパレータ32が非作動時は第１増幅器２の出力を２次
巻線12にフィードバック電流を流し, コンパレータ32が
作動時は第１増幅器２の出力を第２増幅器40に入力する
第２スイッチ35と、を備えて構成される。

【００１６】図１の図示例では、第２増幅器40は、第１
増幅器２への零点補償信号を負帰還回路構成するため、
演算増幅器41と抵抗42、43からなる反転増幅器と、第２
スイッチ35のａ接点を介して、上述の演算増幅器44と入
力抵抗45と積分コンデンサ46とからなる積分回路と、備
えて構成される。また、第１スイッチ34および第２スイ
ッチ35は連動スイッチであり、図示例では、コンパレー
タ32が非作動時は一方の接点ｂがONとなり、他方の接点
ａがOFFとなる。コンパレータ32が作動時は接点ｂがOFF
となり、接点ａがONとなる。尚、第１スイッチ34およ
び第２スイッチ35の接点回路は、半導体スイッチ回路あ
るいは機械的接点回路で構成される。

【００１７】かかる構成において、第１増幅器２は、第
２増幅器40が記憶保持した補償電圧を抵抗47を介して演
算増幅器21のオフセット電圧の零点補償信号としてこれ
を受け取る。即ち、第１増幅器２のオフセット電圧はオ
フセット電圧補償手段４によって零点補償された状態で
使用することができる。また、何等かの要因により鉄心
14が直流励磁されコンパレータ32が作動したとき、第１
スイッチ34の接点ａを介して前記零電圧が入力される第
１増幅器２の出力信号は、反転増幅器で信号の極性を反
転し、第２スイッチ35の接点ａを介して積分回路を構成
する演算増幅器44に零点誤差信号として入力され、第２
増幅器40の積分特性で積分される。この積分出力は第１
増幅器２に零点補償信号としてフィードバックされ、第
１増幅器２のオフセット電圧が補償される。また、第２
増幅器40は第１増幅器２のオフセット電圧相当の補償電
圧を記憶保持する。

【００１８】次に、図３により鉄心14上の磁束動作特性
を説明する。図３において、鉄心14のＢ−Ｈ特性を図示
する。今、第１増幅器２のオフセット電圧が零あるいは
補償されて零の状態にあるときの零磁束CT装置の動作を
考える。１次巻線11に交流の被測定電流が流れると、鉄
心14は励磁され、磁束検出巻線13に誘起電圧を発生し、
第１スイッチ34のｂ接点を介して第１増幅器２に入力さ
れ、第１増幅器２で増幅された出力信号が第２スイッチ
35のｂ接点を介して２次巻線12にフィードバック電流が
流れる。１次巻線11に流れる被測定電流の電流と巻数の
積（以下、AT（アンペアターン）と略称する）と、２次
巻線12に流れるフィードバック電流のATと、磁束検出巻
線13に流れる検出電流のATと、の合計のATが被測定電流
の極性に応じて、Loop1 で図示される磁束ループを描い
て動作する。

【００１９】即ち、被測定電流が正の極性の電流を流し
ているとき、例えば、鉄心14はLoop1 上のL11 からL12
への磁束変化を生じる。次に、被測定電流が負の極性の
電流に反転すると、Loop1 上のL12 からL13 にジャンプ
し、L13 からL14 への磁束変化を生じ、以下この繰り返
しを行う。第１増幅器２のオフセット電圧は零であるの
で、即ち、全巻線における合計のATが零であるので、Lo
op1 が描く平均電流のATは零となり、鉄心14のＢ−Ｈ特
性の中央部分に点線で図示する曲線上の点M1を中心にLo
op1 の磁束変化特性が描かれる。

【００２０】次に、第１増幅器２のオフセット電圧が発
生すると、２次巻線12に流れるフィードバック電流に直
流磁化電流が流れ、Loop2 で図示する磁束変化特性が描
かれる。この時の２次巻線12に流れる直流磁化電流のAT
が、Ｂ−Ｈ特性上のＨ軸でのシフト量となり、Loop2 が
描く中心点M2は、この直流磁化電流のATとＢ−Ｈ特性の
中央部分の点線で図示する曲線との交点で定まる点で動
作する。

【００２１】第１増幅器２のオフセット電圧がさらに増
加すると、磁束変化特性が移行し、M3点の周辺を動作す
るLoop3 の磁束変化を生じる。この様な鉄心14が飽和状
態に近いところでは、１次巻線11に流れる被測定電流の
ATと、２次巻線12に流れるフィードバック電流のATと、
の間に大きなAT差が生じ、被測定電流の測定に大きな誤
差を生じる。本発明はかかる大きな測定誤差を生じない
ように第１増幅器２のオフセット電圧を補償するもので
ある。また、第１増幅器２のゲインを増やすことによ
り、磁束検出巻線13に誘起する電圧を小さくすることが
できる。即ち、例えば、Loop1 上のL11 とL12 の間隔を
狭くすることができる。また、２次巻線12にフィードバ
ック電流を流す零磁束CT装置の代わりに、通常の電流ト
ランス(CT)の場合では、Loop-0で図示されるL01,L02,L0
3,L04 の磁束変化特性を描く。

【００２２】図１において、鉄心14が直流励磁されコン
パレータ32が作動したとき、第１スイッチ34および第２
スイッチ35の接点ｂは開路され、接点ａが閉路される。
第１スイッチ34および第２スイッチ35の接点ａが閉路さ
れることにより、前述の第１増幅器２に零点補償動作の
再設定および、オフセット補償手段４が第１増幅器２の
オフセット電圧相当の補償電圧を記憶保持することがで
きる。しかし、この状態では、２次巻線12に流れるフィ
ードバック電流が第２スイッチ35の接点ｂで遮断されて
いるので、電流検出を行うことができない。

【００２３】図２はかかる問題を解決する構成である。
図２において、図１との差異は、図１の回路構成に第３
スイッチ36と負荷抵抗37が追加されている点にある。即
ち、コンパレータ32が作動し、２次巻線12に流れるフィ
ードバック電流が第２スイッチ35の接点ｂで遮断された
とき、第３スイッチ36により２次巻線12に並列に負荷抵
抗37を接続する。

【００２４】かかる構成により、コンパレータ32が非作
動時は、上記図１で説明した零磁束CT装置として動作
し、コンパレータ32が作動時は、１次巻線11に流れる被
測定電流のATと、２次巻線12に流れるフィードバック電
流のATとの間のイーコルアンペアターンの法則に従う通
常の電流トランス(CT)として動作する。従って、オフセ
ット電圧補償中でも、１次巻線11に流れる被測定電流の
検出を行うことができる。

【００２５】

【発明の効果】以上述べたように本発明の構成によれ
ば、増幅器の入力回路にハイパスフィルタを接続するこ
となく、周波数特性や過渡応答特性のよい零磁束CT装置
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による一実施例の零磁束CT装置の回路構
成図

【図２】他の実施例の零磁束CT装置の回路構成図

【図３】鉄心上の磁束動作特性を説明する説明図

【図４】従来技術による零磁束CT装置の基本回路構成図

【図５】増幅器のオフセット電圧の影響を除去する零磁
束CT装置の回路構成図

【符号の説明】

１ CT 11 １次巻線 12 ２次巻線 13 磁束検出巻線 14 鉄心 15,22,23,37,42,43,45,47 抵抗 ２ 第１増幅器 21,41,44 演算増幅器 ３ 監視制御手段 31 ローパスフィルタ 32 コンパレータ 33 基準電圧 34,35,36 スイッチ ４ オフセット電圧補償手段 46 積分コンデンサ L01 〜L34 磁束位置 M1〜M3 動作点

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鉄心と，被測定電流を流す１次巻線と，フ
   ィードバック電流を流す２次巻線と，鉄心の磁束を検出
   する磁束検出巻線と，からなる電流トランス（以下、電
   流トランスをCTと略称する）と、磁束検出巻線から検出
   される検出電圧を増幅し２次巻線にフィードバック電流
   を流す第１増幅器と、を備え、鉄心内の磁束変化が零レ
   ベルで動作する零磁束CT装置において、 磁束検出巻線に誘起される直流電圧を監視する監視制御
   手段と、 この監視制御手段が作動したとき、前記２次巻線にフィ
   ードバック電流を流す第１増幅器のオフセット電圧を補
   償するオフセット電圧補償手段と、を備え、 監視制御手段は、 磁束検出巻線に誘起される直流電圧が予め定められた値
   を越えたとき、監視制御動作を作動させ、２次巻線に流
   れるフィードバック電流を遮断し、オフセット電圧補償
   手段で前記第１増幅器のオフセット電圧を補償する、 ことを特徴とする零磁束CT装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の零磁束CT装置において、 磁束検出巻線に誘起される直流電圧を監視する監視制御
   手段は、 磁束検出巻線に誘起される電圧をフィルタし直流電圧を
   検出するローパスフィルタと, 基準電圧を備え前記ロー
   パスフィルタの直流電圧を比較するコンパレータと, を
   備え、 オフセット電圧補償手段は、 積分特性を備え補償電圧を記憶保持する第２増幅器と、 コンパレータが非作動時は磁束検出巻線に誘起される電
   圧を第１増幅器に入力し、コンパレータが作動時は零電
   圧を第１増幅器に入力する第１スイッチと、 コンパレータが非作動時は第１増幅器出力を２次巻線に
   フィードバック電流を流し、コンパレータが作動時は第
   １増幅器出力を第２増幅器に入力する第２スイッチと、
   を備え、 第１増幅器は第２増幅器からの補償電圧で零点補償信号
   を受け、コンパレータが作動したとき、前記零電圧が入
   力される第１増幅器出力は、第２増幅器に零点誤差信号
   として入力され、第２増幅器の積分特性で積分され、こ
   の積分出力は第１増幅器に零点補償信号としてフィード
   バックし、第２増幅器は第１増幅器のオフセット電圧相
   当の補償電圧を記憶保持する、 ことを特徴とする零磁束CT装置。
3. 【請求項３】請求項２に記載の零磁束CT装置において、
   コンパレータが作動したとき、第１増幅器からのフィー
   ドバック電流が遮断される２次巻線に予め定められた負
   荷抵抗を接続する、ことを特徴とする零磁束CT装置。