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JPH081867B2 - 電気導体を流れる電流を測定する計器用変成器 - Google Patents

電気導体を流れる電流を測定する計器用変成器

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Publication number
JPH081867B2
JPH081867B2 JP62181306A JP18130687A JPH081867B2 JP H081867 B2 JPH081867 B2 JP H081867B2 JP 62181306 A JP62181306 A JP 62181306A JP 18130687 A JP18130687 A JP 18130687A JP H081867 B2 JPH081867 B2 JP H081867B2
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JP
Japan
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conductors
air
instrument transformer
conductor
core coil
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP62181306A
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English (en)
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JPS6386507A (ja
Inventor
ブランデンベルク・ウールス
ザイツ・トーマス
Original Assignee
エルゲ−ツエット・ランディス・ウント・ギ−ル・ツ−ク・アクチエンゲゼルシャフト
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by エルゲ−ツエット・ランディス・ウント・ギ−ル・ツ−ク・アクチエンゲゼルシャフト filed Critical エルゲ−ツエット・ランディス・ウント・ギ−ル・ツ−ク・アクチエンゲゼルシャフト
Publication of JPS6386507A publication Critical patent/JPS6386507A/ja
Publication of JPH081867B2 publication Critical patent/JPH081867B2/ja
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/18—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using inductive devices, e.g. transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/20—Instruments transformers
    • H01F38/22—Instruments transformers for single phase AC
    • H01F38/28—Current transformers
    • H01F38/30—Constructions

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  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Transformers For Measuring Instruments (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
  • Insulated Conductors (AREA)
  • Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)
  • Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は電気導体を流れる電流を測定する計器用変成
器に係り、さらに詳しくは、少なくとも一つの強磁性シ
ールドと、巻枠上に巻き付けられた巻線からなり電気導
体から電気的に絶縁されている少なくとも一つの空心コ
イルとを備え、電気導体を流れる電流を測定する計器用
変成器に関するものである。
［従来の技術］ この種の計器用変成器は、たとえば電気メータに使用
されている使用者に供給される瞬間電力を求めるもので
ある。この場合、電流の瞬間値が装置を用いて測定さ
れ、次いで供給電圧の瞬間値を用いて乗算される。
冒頭に示す種類の装置は、例えばドイツ特許公告公報
第1079192号から知られている。
［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、大きな出力信号を取り出すことができ正確
な電流を測定することが可能な冒頭に述べた種類の計器
用変成器を提供することを課題とする。
［課題を解決するための手段］ 上記の課題を解決するために本発明によれば、 少なくとも一つの強磁性シールドと、巻枠上に巻き付
けられたコイル巻線からなり電気導体から電気的に絶縁
されている少なくとも一つの空心コイルとを備え、電気
導体を流れる電流を測定する計器用変成器において、 空心コイルは、平坦コイルであって、かつ電気導体の
互いに近接して平行に延びている往路と復路の導体の間
に、空心コイルの軸線が往路と復路の導体を流れる電流
によって発生される磁場の方向に対してほぼ平行に延び
るように配置されており、 空心コイルの外表面と往路と復路の導体間の距離がそ
れぞれ、必要な絶縁電圧によって決定される最小の大き
さに等しい構成が採用されている。
［作用］ このような構成では、空心コイルが電気導体の平行に
延びる往路と復路の導体間に配置されることにより、往
路の導体と復路の導体からそれぞれ発生する磁場はそれ
ぞれ加算されるようになるので、出力信号がほぼ２倍に
なる。また空心コイルの軸線が各磁場の方向に対してほ
ぼ平行に延びるように配置されることにより、また空心
コイルの外表面と往路と復路の導体間の距離がそれぞれ
最小の大きさになっているので、漏れ磁束が少なくなり
磁気結合を高めて導体により発生する磁場を空心コイル
によりほぼ完全に検出することが可能になる。
また、空心コイルとこれを収納するハウジングを一つ
の構成ユニットとすると、これらを簡単に精密にしかも
信頼性よく、機械的な許容誤差を余り問題とすることな
く組み立てることが可能になる。
また強磁性シールドをリングとすると、空心コイルを
外乱磁場の影響から良好に遮蔽することができる。
［実施例］ 本発明の実施例を図示に示し、以下に詳細に説明す
る。
各図において同一部分には同一の参照符号が付されて
いる。
第１図と第２図に示す電気導体１を流れる電流ｉを測
定する計測用変成器には、少なくとも１つの強磁性シー
ルド２と、電気導体１から電気的に絶縁された少なくと
も１つの空心コイル3,4が設けられており、この空心コ
イルは巻枠４に巻回されたコイル巻線３によって形成さ
れている。空心コイルとは一般に強磁性芯を持たないコ
イルと定義されている。図は正確な寸法と対応していな
いが、空心コイル3,4はそれぞれこの空心コイル3,4の近
傍、すなわち空心コイルの表面から多くとも１ミリの距
離を隔てて、互いに平行に延びている電気導体１の往路
と復路の導体1aと1bの間において、空心コイルの軸線が
磁場の方向ａとｂに対してほぼ平行になるように配
置されている。磁場ａは往路導体1aを流れる電流ｉに
よって発生され、磁場ｂは復路導体1bを流れる電流ｉ
によって発生される。往路導体1aとこれに対して平行な
復路導体1bの間の空間において空心コイル3,4の場所に
発生する２つの磁場ａとｂは互いに平行でかつ同方
向になる。空心コイル3,4は好ましくは平坦コイルであ
って、空心コイル3,4の表面と往復路導体1a及び1b間の
距離はそれぞれ必要な絶縁電圧によって決定される最小
値に等しく、最大で1mmである。これによって導体１と
空心コイル3,4の磁気結合は必然的に最大限に大きくな
る。というのは電流ｉによって発生される磁場ａと
ｂの磁束はほぼ完全に空心コイル3,4によって検出さ
れ、かつ電流ｉによって発生される磁場線部分に沿った
コイルの軸方向の延びは可能な限り小さくなるからであ
る。
空心コイル3,4は好ましくは電気的に絶縁された材料
からなるハウジング10内に配置されており、このハウジ
ングの壁自体が空心コイル3,4を往復路導体1aと1bに対
して電気的に絶縁している。ハウジング10は好ましくは
セラミックから形成され、かつ好ましくは底部10aとハ
ウジングカバー10bとを有する。空心コイル3,4は好まし
くは絶縁材料の支持体、例えば別体の電子部材上に設け
られており、好ましくはハウジング10の底部10aがこの
支持体となる。これによって、両者が一体となって１つ
の構成ユニットを形成し、ハウジング10と空心コイル3,
4を簡単に精密にしかも信頼でき、機械的な許容誤差を
余り問題とすることなく組立てることが可能になる。強
磁性シールド２の材料としては好ましくは鉄ニッケル合
金がその透磁性の大きさによって適している。鉄ニッケ
ル合金として例えばパーメノーム（Permenorm）、ヴァ
コパーム（Vacoperm）、トラフォパーム（Trafoper
m）、パーマックス（Permax）、ウルトラパーム（Ultra
perm）あるいはムーメタル（Mumetall）などが挙げられ
る。この強磁性シールド２は好ましくはリングからな
り、このリングは製作を著しく容易にするためにリング
状に屈曲された少なくとも１枚の薄板から形成され、か
つ往路と復路の導体1aと1bを包囲してこれを電気的に絶
縁している。リングの幅Ｌはリングの最大の内則よりも
大きいので、このリングによって空心コイル3,4は外乱
磁場の影響から良好に遮蔽される。電気導体１はたとえ
ば矩形の断面を有する。その場合、強磁性シールドも矩
形であることが望ましい。電気導体１は好ましくはＵ字
状のループ11を形成し、その往路と復路の導体が電気導
体１の互いに平行に延びている往路と復路の導体部分1a
と1bとなる。電気導体１の矩形の断面積は例えば100Aの
電流ｉを流す場合2mm×10mmである。ハウジング10の内
部あるいは外部において支持体上に例えば計器用変成器
の電子回路の一部のような不図示の他の構成部材を配置
することも可能である。
第１図においては、ハウジング10の幅は電気導体１の
幅よりも大きく設定されている。この場合、Ａ−Ｂ線に
沿った断面においてハウジング10は例えばループ11の往
路と復路の導体1aと1b間の空間を完全に塞いでいる。ま
たハウジング10の幅を電気導体１の幅と同じかあるいは
それよりも小さくすることも可能である。電気導体１の
幅よりも小さくした場合には、Ａ−Ｂ線に沿った断面に
おいてハウジング10はループ11の往路と復路の導体1aと
1b間の空間の一部しか塞いでいない。すべての場合にお
いて幅Ｌの強磁性シールドがループ11の往復路導体1aと
1b及びハウジング10を包囲している。ループ11の往路と
復路の導体1aと1bは、ハウジング10と強磁性シールド間
の空間内でハウジング10に対してはできるだけ空間的に
接触し、強磁性シールドに対しては電気的に絶縁された
状態になるように配置されている。したがって強磁性シ
ールド２と往復路の導体1a及び1bの間には絶縁層13aが
設けられている（第１図と第２図参照）。
好ましくは強磁性シールド２の外表面は、ほぼ平行な
リング状のより幅広の外部シールド12によって包囲され
ている。強磁性シールド２と外部シールド12間には例え
ば絶縁層13bが設けられている。外部シールド12は強磁
性シールドの幅Ｌよりも広い幅Ｚを有し、それによって
強磁性シールドの端面部分もシールドすることが可能に
なる。この幅Ｚはたとえば30mmである。
この外部シールド12は好ましくは深絞り鋼あるいは鉄
ニッケル合金から形成されている。ここで強磁性シール
ド２と外部シールド12間の絶縁層13bは両者間の空間的
な距離を増大させるために用いられ、それによって外部
シールド12の遮蔽効果を向上させることができる。この
空間的な距離は、例えば0.05mmである。この外部シール
ドの役目は、外乱磁場が強い場合に透磁率は大きいが容
易に飽和する強磁性シールドの負荷を軽減させることで
あって、この強磁性シールド自体もシールドの役目を果
す。したがってこの強磁性シールドと外部シールド12は
二重のシールドとして機能する。外部シールド12がない
と、強磁性シールドによって形成されるシールドは外乱
磁場の値が約50A/cmになると飽和してしまう。これに対
して二重シールドが存在する場合には、強磁性シールド
によって形成されるシールドは外乱磁場の値が約200A/c
mになるまでは飽和されない。空心コイル内で誘導され
る電圧はｄ（ａ＋ｂ）/dtに比例する。すなわち正
弦形状の磁場ａとｂの場合には合計（ａ＋ｂ）
＝２ａに比例する。というのは両磁場ａとｂは同
じ大きさであって、かつ同方向を向いているからであ
る。非正弦形状の磁場の場合には空心コイル3,4の両端
子は図示されていない積分器の２極の入力端子と接続し
なければならない。この場合、積分器の出力信号は、ど
んな場合にも（ａ＋ｂ）＝２ａに比例する。この
積分器はたとえばミラー積分器であって、公知のように
演算増幅器から形成され、その出力はコンデンサを介し
て演算増幅器の反転入力へフィードバックされている。
積分器の入力の２つの極は内部でそれぞれ抵抗を介して
演算増幅器の反転入力ないし非反転入力と接続されてい
る。
導体１の往路及び復路の導体1aと1bと空心コイル3,4
との磁気結合が非常に密接なので、この計器用変成器は
非常に正確でかつ信頼できる。
強磁性シールド２と、もしある場合には、外部シール
ド12によって計器用変成器は外部磁場に対して不感能に
なる。
第２及び第３図の実施例は第１の実施例とは電気導体
１の形状のみが異なる。
第３図に示す装置においては電気導体１は少なくとも
２つのＵ字状のループ11aと11bを形成しており、この２
つのループの側方は互いに平行に配置され、かつ両者は
電気的には直列に接続されている。ここで各ループの一
方11aないし11bの２つの導体16と17ないし18と19は互い
に平行に重なり合って配置されている。２つのループ11
aと11bの２つの導体16と18及び17と19はそれぞれ同一平
面に並んで配置されている。ハウジング10、従って空心
3,4もそれぞれ２つの往路導体16及び18と２つの復路導
体17,19の間に配置されており、これらすべての往復路
導体はハウジング10の近傍に配置されている。強磁性シ
ールド２と外部シールド12が存在している場合には、こ
の外部シールド12が２つのＵ字状のループ11aと11bの側
方を包囲して、これらを電気的に絶縁している。このよ
うな配置によって、強磁性シールド２とハウジング10の
配置を変えることなく、たとえば50Aという半分の電流
で計器用変成器を励磁することが可能になる。この半分
の電流は２つのループ11aと11bによって１つのループ11
による電流ｉと同じ大きさの磁場を発生させる。
もちろん、このＵ字状のループ11aと11bを互いに入り
組んだ形に重ねて配置することも可能である。この場合
には両往路導体16及び18と両復路導体17と19が並ぶ代わ
りに重なり合って配置される。その場合には往路と復路
の導体16〜19をほぼ２倍の幅と半分の厚さに形成するこ
とができる。
第４図に示す第３図の実施例の場合には、電気導体１
は２つの導体20と21から形成されており、この２つの導
体は少なくともリングの内側においては平行であって、
かつ少なくとも１回は次のように、すなわちまずリング
を一方向に横断し、続いて電気的に絶縁された状態で交
差して反対方向に改めてリングを横断するように配置さ
れている。この場合、ハウジング10、従って空心コイル
3,4もそれぞれ両方向に関して２つの導体20と21間に配
置されている。２つの導体20と21はたとえば平行に重な
り合った状態で配置されている。この実施例でも外部シ
ールド12は好ましくは強磁性シールドの側方を包囲す
る。この配置はたとえば米国の電気メータに使用され
て、ハウジング10と強磁性シールド２の配置を変えるこ
となく、たとえばそれぞれ200Aという互いに独立した２
つの単相電流i1とi2により計器用変換器を励磁すること
を可能にし、極端な場合には２つの電流i1ないしi2のう
ち一方を０にすることができる。導体20と21を全体とし
てこのように形成することによって、２つの電流i1とi2
の変成定数を正確に同じ大きさにすることができる。
［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明においては、
空心コイルが電気導体の平行に延びる往路と復路の導体
間に配置されることにより、往路の導体と復路の導体か
らそれぞれ発生する磁場はそれぞれ加算されるようにな
るので、出力信号をほぼ２倍にすることが可能になる。
更に、空心コイルの軸線が各磁場の方向に対してほぼ平
行に延びるように配置されることにより、また空心コイ
ルの外表面と往路と復路の導体間の距離がそれぞれ最小
の大きさ（必要な絶縁電圧によって決定される）になっ
ているので、漏れ磁束が少なくなり磁気結合を高めて導
体により発生する磁場を空心コイルによりほぼ完全に検
出することが可能になる。これにより、本発明は、大き
な出力信号を取り出すことができ正確な電流を測定する
ことが可能な計器用変成器を提供することが可能にな
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は計器用変成器の第１の実施例の概略構造を示す
第２図のＡ−Ｂ線に沿った第１の断面図、第２図は第１
の実施例の第１図のＣ−Ｄ線に沿った第２の断面図、第
３図は計器用変成器の第２の実施例の構造を示す斜視
図、第４図は計器用変成器の第３の実施例の構造を示す
斜視図である。 １……電気導体、２……強磁性シールド 3,4……空心コイル、10……ハウジング 11……ループ、12……外部シールド 16,18……往路導体 17,19……復路導体 20,21……導体

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】少なくとも一つの強磁性シールド（２）
    と、巻枠（４）上に巻き付けられたコイル巻線（３）か
    らなり電気導体（１）から電気的に絶縁されている少な
    くとも一つの空心コイル（3,4）とを備え、電気導体
    （１）を流れる電流（ｉ）を測定する計器用変成器にお
    いて、 空心コイル（3,4）は、平坦コイルであって、かつ電気
    導体（１）の互いに近接して平行に延びている往路と復
    路の導体（1a,1b）の間に、空心コイル（3,4）の軸線が
    往路と復路の導体（1a,1b）を流れる電流（ｉ）によっ
    て発生される磁場（a,ｂ）の方向に対してほぼ平行
    に延びるように配置されており、 空心コイル（3,4）の外表面と往路と復路の導体（1a,1
    b）間の距離がそれぞれ、必要な絶縁電圧によって決定
    される最小の大きさに等しいことを特徴とする電気導体
    を流れる電流を測定する計測用変成器。
  2. 【請求項２】強磁性シールド（２）が、少なくとも一つ
    の環状の薄板からなりかつ往路と復路の導体（1a,1b）
    を電気的に絶縁状態で包囲しているリングから形成され
    ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
    計器用変成器。
  3. 【請求項３】リングの幅（Ｌ）がリングの最大の内径よ
    りも大きいことを特徴とする特許請求の範囲第２項に記
    載の計器用変成器。
  4. 【請求項４】電気導体（１）の断面が矩形であり、リン
    グも同様に矩形であることを特徴とする特許請求の範囲
    第２項あるいは第３項に記載の計器用変成器。
  5. 【請求項５】空心コイル（3,4）が電気的に絶縁性の材
    料からなるハウジング（10）内に配置されており、この
    ハウジングの壁によって空心コィル（3,4）が往路と復
    路の導体（1a,1b）に対して電気的に絶縁されることを
    特徴とする特許請求の範囲第１項から第４項までのいず
    れか１項に記載の計器用変成器。
  6. 【請求項６】電気導体（１）がＵ字状のループ（11）を
    形成し、このループの往路と復路の導体が電気導体
    （１）の互いに平行に延びている往路と復路の導体部分
    （1a,1b）であることを特徴とする特許請求の範囲第１
    項から第５項までのいずれか１項に記載の計器用変成
    器。
  7. 【請求項７】電気導体（１）が、側方を互いに平行に並
    べて配置され電気的に直列に接続されている少なくとも
    ２つのＵ字状のループ（11a,11b）を形成しており、各
    ループ（11aないし11b）のうち一方のループの２つの導
    体（16,17ないし18,19）は互いに平行に重なり合ってお
    り、２つのループ（11a,11b）の２つの往路導体（16,1
    8）と２つの復路導体（17,19）がそれぞれ同一平面に互
    いに並んで配置されており、 空心コイル（3,4）が２つの往路導体（16,18）と２つの
    復路導体（17,19）間に配置されていることを特徴とす
    る特許請求の範囲第１項から第５項までのいずれか１項
    に記載の計器用変成器。
  8. 【請求項８】電気導体（１）が、互いに入り組んだ形で
    重なり合って配置され、電気的に直列に配置されている
    少なくとも２つのループ（11a,11b）を形成しており、
    すべてのループ（11a,11b）の導体（16,17,18,19）が互
    いに平行に重なり合って配置されており、 空心コイル（3,4）が２つの往路導体（16,18）と２つの
    復路導体（17,19）との間に配置されていることを特徴
    とする特許請求の範囲第１項から第５項までのいずれか
    １項に記載の計器用変成器。
  9. 【請求項９】電気導体（１）が少なくとも強磁性シール
    ドの内部において２つの平行な導体（20,21）から形成
    され、この導体はまず強磁性シールドを一方向において
    横断し、それから電気的に絶縁された状態で交差して強
    磁性シールドを改めて反対方向において横断するように
    配置されており、この場合、空心コイル（3,4）はそれ
    ぞれ両方向に関して２つの導体（20,21）の間に配置さ
    れていることを特徴とする特許請求の範囲第２項から第
    ５項までのいずれか１項に記載の計器用変成器。
  10. 【請求項１０】空心コイル（3,4）が、絶縁材料からな
    る支持体上に配置されていることを特徴とする特許請求
    の範囲第５項から第９項までのいずれか１項に記載の計
    器用変成器。
  11. 【請求項１１】支持体がハウジング（10）の底部（10
    a）であることを特徴とする特許請求の範囲第10項に記
    載の計器用変成器。
  12. 【請求項１２】ハウジング（10）がセラミック製である
    ことを特徴とする特許請求の範囲第11項に記載の計器用
    変成器。
  13. 【請求項１３】支持体上にさらに電子部材が配置されて
    いることを特徴とする特許請求の範囲第10項から第12項
    までのいずれか１項に記載の計器用変成器。
  14. 【請求項１４】リングが鉄−ニッケル合金から形成され
    ることを特徴とする特許請求の範囲第２項から第13項ま
    でのいずれか１項に記載の計器用変成器。
  15. 【請求項１５】強磁性シールドの外表面がほぼ平行で幅
    広のリング状外部シールド（12）によって包囲されてい
    ることを特徴とする特許請求の範囲第２項から第14項ま
    でのいずれか１項に記載の計器用変成器。
  16. 【請求項１６】外部シールド（12）が深絞り鋼から形成
    されることを特徴とする特許請求の範囲第15項に記載の
    計器用変成器。
  17. 【請求項１７】外部シールド（12）が鉄−ニッケル合金
    からなることを特徴とする特許請求の範囲第15項に記載
    の計器用変成器。
  18. 【請求項１８】強磁性シールドと外部シールド（12）の
    間に空間的な距離が設けられることを特徴とする特許請
    求の範囲第15項から第17項までのいずれか１項に記載の
    計器用変成器。
JP62181306A 1986-09-29 1987-07-22 電気導体を流れる電流を測定する計器用変成器 Expired - Lifetime JPH081867B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH03899/86-7 1986-09-29
CH389986 1986-09-29

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6386507A JPS6386507A (ja) 1988-04-16
JPH081867B2 true JPH081867B2 (ja) 1996-01-10

Family

ID=4265897

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP62181306A Expired - Lifetime JPH081867B2 (ja) 1986-09-29 1987-07-22 電気導体を流れる電流を測定する計器用変成器

Country Status (9)

Country Link
US (1) US4810989A (ja)
EP (1) EP0262293B1 (ja)
JP (1) JPH081867B2 (ja)
AT (1) ATE59480T1 (ja)
AU (1) AU603382B2 (ja)
DE (1) DE3767106D1 (ja)
DK (1) DK166641B1 (ja)
ES (1) ES2019323B3 (ja)
NO (1) NO170179C (ja)

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