計器用変成器 - 目指せ！電気主任技術者～解説ノート～

交流の高電圧又は大電流を測定する場合，変圧器を用いて計器の測定範囲に適した電圧や電流に変換することがある。

これらの変圧器を計器用変成器といい，電圧測定用のものを計器用変圧器（VT，PT），電流測定用のものを変流器（CT）という。

電力系統の電流，電圧は，大電流，高電圧であることから，これを保護リレー装置や制御装置に取り込むために，計器用変成器で小電流，低電圧に変換する必要がある。

計器用変成器の役割は，保護リレーや計器を高圧回路や特別高圧回路から絶縁し，電流や電圧を適当な大きさに小さく変成して継電器や計器に与えることである。

定格二次電圧は，通常 110 V に変成される。

定格二次電流は，通常 5 A または 1 A に変成される*1。

計器用変成器の二次側負荷は計器や継電器などであり，線路の一般的な負荷と区別するためこれを負担という。

計器用変成器は，等価回路としては普通の電力用変圧器と同じであるが，変圧比及び変流比の精度を良くするためには，高透磁率の鉄心を使用して励磁電流を小さくするとともに，一次及び二次巻線の巻線抵抗と漏れリアクタンスを極力小さくする必要がある。

実際の計器用変成器では誤差が含まれるため，公称変圧比又は公称変流比と実際の変圧比及び変流比との差を，実際の変圧比又は変流比で除して百分率で表したものを計器用変成器の比誤差という。

変流器の使用中に二次側に接続されている機器を切り離す場合には，まず，変流器の二次端子を短絡するなどの過電圧対策をしておかなければならない。

最も代表的な計器用変成器として，電流を変換する計器用変流器（CT : Current Transformer），電圧を変換する計器用変圧器（VT : Voltage Transformer*2）がある。

また，計器用変圧器と計器用変流器とを組み合わせて一体として，高電圧回路の電圧と電流を同時に変成し，主として電力の軽量の目的で使用される計器用変圧変流器（PCT）*3がある。

計器用変成器を使用目的で分類したものを下図に示す。

変流器（CT：Current Transformer）は，主回路に流れる交流の大電流を，測定しやすい大きさの電流に変換する場合や主回路と測定回路を絶縁する場合などに使われる変圧器である。

変流器の二次側には電流計などが接続されるが，これらの負荷は負担と呼ばれる。

変流器の一次巻線の巻数は 1 ～数回程度で，一次電流が定格電流のとき二次電流が 1 [A] 又は 5 [A] となるように作るのが標準である。

等価回路としては通常の変圧器と同じであるから，励磁インピーダンスが十分大きければ，一次電流 $I_1$ と二次電流 $I_2$ の比はほぼ正確に巻数に反比例する。

一次電流の大きさは一次側回路の条件で決まり，一次電流の起磁力を打ち消すように二次電流が流れるので，二次側を開くと一次電流が励磁電流となって，二次端子には極めて高い電圧が発生して危険である。

保護リレーと組み合わせて使用される変流器では，系統短絡事故時の過電流で変流比誤差が変化すると，保護リレーの誤・不動作の原因となるため，過電流域でも一次電流と二次電流の比例関係が良好に維持されることが必要である。

CT 本体の鉄心に変流比に応じた一次巻線，二次巻線を巻いた構造である*4。低電流領域の精度は良いものの，高コストであること，モールド金型に制約があり寸法や形状が制限されることから，主に 6 kV 系統における保護用，制御・計測用として用いられている。

ドーナツ形の環状鉄心に一様に二次巻線が巻かれ，環状鉄心の中心を一次導体（母線，ブッシング*5，ケーブルなど）が貫通する構造である。構造が比較的簡素で特性が安定していること，低価格であることから，国内では電圧階級問わず保護用，制御・計測用として採用されている。

一方，一次電流が小電流領域の場合，精度が悪くなるため，誤差特性などに制約がある。

地絡検出方式として，変流器（CT）の残留回路を利用する場合の，CT の選定に当たって留意すべき点を二つ挙げよ。

CT の特性を同一とすること。CT 特性が同一でない場合は，三相合成電流の誤差分として残留電流が通常状態でも流れることになり，継電器の誤作動を招くおそれがある。
CT の変流比が大きくなる（300/5 以上）場合，必要に応じて三次巻線付 CT の使用を検討する。CT の変流比が大きい場合の残留回路利用は，継電器入力が小さくなるためである。