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電流変成器(CT)の定義、用途、動作原理

電流変成器(CT)

電流変成器は計器用変圧器の一種です。電圧変圧器(VT/PT)に似ていますが、電圧ではなく電流を変換します。

定義:

「主な目的は、高圧送電線の電流を昇圧/降圧すること。二次巻線の電流は一次巻線の電流に比例するが、電流の大きさは低減される。」

主目的は交流電流の測定です。

電流変成器(CT)の定義、用途、動作原理

なぜ電流変成器を使うのか?

電圧変換には電圧変圧器があるのに、なぜ電流変成器が必要なのか疑問に思うかもしれません。

  1. 標準的なアメーター(測定装置)は大電流を扱えず、高圧送電線に直接接続できません。送電線の実電流を標準アメーターで測定するには、二次側電流が一次側に比例しつつ大きさが低減されるCTを用います。
  2. 測定装置を高圧線から絶縁分離するため。
  3. 保護リレーへの電流入力用(高圧送電線から)。リレー動作には、一次側に比例しつつ電流値を低減した二次電流を出力するCTを用います。電流変成器(CT)の定義、用途、動作原理

動作原理:

CTの基本動作はPTと同様ですが、一次巻線が高圧線と直列に接続されます。高圧線の電流は非常に大きいため、一次線径が細いと損傷する恐れがあります。そのため一次コイルは太線の重負荷仕様です。二次電流は一次に比例しつつ小さく抑えられます。一次・二次巻線の巻数比はどうなるか、変圧器の基本式で確認しましょう。

N₂I₂ = N₁I₁

N₂/N₁ = I₁/I₂

この関係から、二次巻数を多く、一次巻数を少なくすることで電流を降圧(ステップダウン)していることがわかります。

一次コイルが電力線と直列なので、「直列変圧器」とも呼ばれます。

二次巻線は、大断面積・低損失磁性材料の積層鉄心に巻かれます。

CTでは二次側負荷(負担)を非常に小さくして、二次側の高電圧破壊を防ぎます。この点はCT使用上極めて重要です。

二次巻数>一次巻数なので、これは降圧変圧器です。

N₂/N₁ = V₂/V₁ = 10/1

巻数比10:1(N₂/N₁=10/1=I₁/I₂)なら、一次電流は二次の10倍、一次電圧は二次の1/10になります。

N₂/N₁ = V₂/V₁ = 10/1

「二次側に接続されるインピーダンス(負担)は非常に小さい。」

電流変成器(CT)の定義、用途、動作原理

理解のために例を挙げます。

以上から、負荷Rₗが増えると二次側電圧Vₒが上昇することがわかります。二次巻線に接続可能なRₗには限界があり、これを超えるとフラッシュオーバーでCTが焼損します。Rₗを外すと抵抗が無限大になりフラッシュオーバーが起こるため、二次側を開放してはいけません。最小負担を超えてもCTは焼損します。

二次巻線を定格負担から切り離すことはできません。

「負担とは二次巻線両端に接続される負荷である。」

したがってCTは常に短絡状態で運用されます。負担(負荷)は二次電流×二次電圧(VA)で定義され、CTは低電力を扱います。

変流比(電流変換比):

「一次電流と二次電流の比を変流比と呼ぶ。」

一次電流(送電線側)は10〜3000A以上、二次電流は0.1A〜5A程度です。電流変成器(CT)の定義、用途、動作原理

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