測定用と保護用の変流器の実用的比較

保護CT精度保護CTの精度は、正確な料金設定ではなく、故障発生時の予測可能な性能に関するものです。その精度は、定格電流の特定の倍数における「複合誤差」によって定義されます。一般的な保護クラスは5P10。この指定は次のように分類されます:

• 5: 精度限界において複合誤差は 5% を超えません。
• P: この文字は、保護クラス CT であることを示します。
• 10これは精度限界係数（ALF）です。CTは定格一次電流の10倍まで規定の精度を維持できることを意味します。

つまり、5P10 CT は、一次電流が通常定格の 10 倍の場合でも、リレーに送信される信号が理想値の 5% 以内であることを保証し、リレーが正しいトリップ決定を行うことを保証します。

負担とVA評価

重荷CTの二次端子に接続される総電気負荷で、ボルトアンペア（VA）またはオーム（Ω）で測定されます。CTに接続されるすべての機器と電線がこの負荷に寄与します。CTの定格負荷を超えると、精度が低下します。

総負担額はすべてのコンポーネントのインピーダンスの合計二次回路では：

• CT 自身の二次巻線抵抗。
• CT をデバイスに接続するリード線の抵抗。
• 接続されているデバイス (メーターまたはリレー) の内部インピーダンス。

総負担額の計算:エンジニアは次の式を使用して総負担を計算できます。総負荷 (Ω) = CT 巻線 R (Ω) + ワイヤ R (Ω) + デバイス Z (Ω)例えば、CTの二次巻線抵抗が0.08Ω、接続線の抵抗が0.3Ω、リレーのインピーダンスが0.02Ωの場合、回路全体の負荷は0.4Ωになります。CTが正しく動作するには、この値が定格負荷よりも小さくなければなりません。

計測用CTは、高インピーダンスで低消費電力の計測機器に短距離で接続するため、通常、VA定格は低くなります（例：2.5VA、5VA）。一方、保護用CTは、保護リレーの低インピーダンスで高消費電力のコイルを動作させるのに十分な電力を供給しなければならないため、はるかに高いVA定格（例：15VA、30VA）が必要です。CTの負荷定格と実際の回路負荷の不一致は、計測方式と保護方式の両方において、よくある誤差の原因となります。

ニーポイント電圧の理解

ニーポイント電圧（KPV）は、保護用CTに特有の重要なパラメータです。CTのコアが飽和し始める前の、CTの有効動作範囲の上限を定義します。この値は、大電流事故発生時に保護リレーが信頼性の高い信号を受信するために不可欠です。

エンジニアは、CTの励磁曲線（二次励磁電圧と二次励磁電流の関係を示す）からKPVを決定します。「膝」とは、この曲線上でコアの磁気特性が劇的に変化する点を指します。

そのIEEE C57.13規格この点の正確な定義を示します。ギャップのないコアCTの場合、ニーポイントは曲線の接線が水平軸と45度の角度を形成する点です。ギャップのあるコアCTの場合、この角度は30度です。この特定の点が飽和の開始点となります。

CTがニーポイント電圧以下で動作している場合、コアは線形磁気状態にあります。これにより、接続されたリレーの故障電流を正確に再現できます。しかし、二次電圧がKPVを超えると、コアは飽和状態になります。故障時の大きな交流電流と直流オフセットによって引き起こされる飽和により、CTは磁化インピーダンスが大幅に低下する変圧器は一次電流を二次側に忠実に反映できなくなります。

KPV と保護の信頼性の関係は直接的かつ重要です。

• 膝下:CTコアは線形動作をします。保護リレーへの故障電流を正確に表します。
• 膝上部分:コアが飽和します。これにより磁化電流が大幅に増加し、非線形動作が発生し、CTは真の故障電流を正確に反映できなくなります。
• リレー操作:保護リレーが正しく動作するには、正確な信号が必要です。リレーが判断を下す前にCTが飽和すると、リレーは故障の真の強度を検出できず、トリップの遅延や完全な動作不能につながる可能性があります。
• システムの安全性:したがって、CTのニーポイント電圧は、故障時に予想される最大二次電圧よりも十分に高くなければなりません。これにより、リレーは信頼性の高い信号を受信でき、高価な機器を保護できます。

エンジニアは、最悪の故障条件下でもCTが飽和状態にならないようにするために必要なKPVを計算します。この計算を簡略化した式は次のとおりです。

必要なKPV ≥ If × (Rct + Rb)

どこ：

• If= 最大二次側故障電流（アンペア）
• Rct= CT二次巻線抵抗（オーム）
• Rb= リレー、配線、接続部の総負荷（オーム）

最終的に、ニーポイント電圧は、保護 CT が極度の電気的ストレス下で安全機能を実行する能力を示す主な指標として機能します。

変流器の銘板の名称の解読

変流器の銘板には、その性能を定義する簡潔なコードが記載されています。この英数字の表記は、エンジニアにとって簡潔な言語であり、部品の精度、用途、動作限界を示します。これらのコードを理解することは、適切な機器を選択する上で不可欠です。

測定CTクラスの解釈（例：0.2、0.5S、1）

測定CTのクラスは、定格電流における最大許容誤差（パーセント）を表す数値で定義されます。数値が小さいほど、精度が高くなります。

• クラス1:高精度が重要でない一般的なパネル計測に適しています。
• クラス0.5:商業および産業の課金アプリケーションに使用されます。
• クラス0.2:高精度の収益計測に必要です。

一部のクラスには「S」の文字が含まれます。IEC測定CTクラスにおける「S」の表記（0.2Sや0.5Sなど）は、高精度を意味します。このクラスは、特に電流範囲の下限において、正確な測定が不可欠な料金計量アプリケーションで一般的に使用されます。

保護CTクラスの解釈（例：5P10、10P20）

保護CTクラスは、障害発生時の動作を記述する3つの部分からなるコードを使用します。一般的な例は次のとおりです。5P10.

5P10コードの分析:

• 5: この最初の数値は、精度限界における最大複合誤差（パーセント (5%)）です。
• P5P10のような分類における文字「P」は「保護クラス」を意味します。これは、CTが精密測定ではなく、主に保護リレー用途向けに設計されていることを示しています。
• 10: この最後の数値は精度限界係数（ALF）です。これは、CTが公称定格の10倍の故障電流まで規定の精度を維持することを意味します。

同様に、10P20CTクラスの複合誤差限界は10％、精度限界係数は2010P20のような表示において、「20」という数字は精度限界係数を表します。この係数は、電流が定格値の20倍に達した場合でも、変圧器の誤差が許容範囲内に収まることを示します。この機能は、深刻な短絡状態において保護リレーが正しく機能することを保証するために不可欠です。

アプリケーションガイド: CTとタスクのマッチング

適切な変流器の選択は、好みの問題ではなく、アプリケーションによって決定される要件です。計測用CTは金融取引に必要な精度を提供し、保護用CTは資産の安全性に必要な信頼性を提供します。それぞれのタイプをどこに適用するかを理解することは、健全な電気システムの設計と運用の基本となります。

測定CTを使用する場合

電力消費量の正確な追跡が主な目的となるアプリケーションでは、エンジニアは計測用CTを使用する必要があります。これらのデバイスは、正確な課金とエネルギー管理の基盤となります。その設計は、通常の負荷条件下での高い精度を重視しています。

測定 CT の主な用途は次のとおりです。

• 収入と料金の計測: 公益事業会社は、住宅、商業、産業の顧客への請求に高精度CT（例：クラス0.2S、0.5S）を使用しています。この精度により、公正かつ正確な金融取引が保証されます。
• エネルギー管理システム（EMS）施設では、これらのCTを使用して、複数の部門や機器のエネルギー消費量を監視します。このデータは、非効率性を特定し、エネルギー使用を最適化するのに役立ちます。
• 電力品質分析電力品質アナライザは、高調波や電圧低下などの問題を診断するために正確な入力を必要とします。これらの測定、特に中電圧システムでは、計器用変圧器の周波数応答が非常に重要です。最新のアナライザでは、信頼性の高いデータが必要になる場合があります。最大9kHz完全な高調波スペクトルを捉えるためには、周波数が最適化されたトランスが求められます。

選択に関する注意:電力計またはアナライザー用の CT を選択する際には、いくつかの要素が重要になります。

• 出力互換性: CT の出力 (例: 333mV、5A) はメーターの入力要件と一致する必要があります。
• 負荷サイズ: 精度を維持するために、CT のアンペア範囲は予想される負荷と一致する必要があります。
• 身体的適合性CTは導体の周囲に物理的にフィットする必要があります。フレキシブルなロゴスキーコイルは、大型のバスバーや狭いスペースに最適なソリューションです。
• 正確さ: 請求処理においては、0.5% 以上の精度が標準です。一般的な監視であれば、1% でも十分でしょう。

保護CTを使用する場合

過電流や故障から人員や機器を保護することを主な目的とする場合は、必ず保護CTを使用してください。これらのCTは、過酷な電気事象においても動作を継続し、保護リレーに信頼性の高い信号を供給するように設計されています。

保護 CT の一般的な用途は次のとおりです。

• 過電流および地絡保護これらのCTは、位相故障または地絡故障を検出するリレー（ANSIデバイス50/51など）に信号を送ります。リレーは遮断器をトリップして故障箇所を切り離します。中電圧配電盤では、専用のCTを使用してゼロシーケンスCT接地故障保護には、残留接続よりも推奨されることが多い。三相CT残留接続があると、モーター始動時の不均一な飽和や位相不良により、誤トリップが発生する可能性があります。
• 差動保護この方式は、保護区域に出入りする電流を比較することで、変圧器や発電機などの主要資産を保護します。保護CTの適切なセットが必要です。現代のデジタルリレーソフトウェア設定により、さまざまな CT 接続 (Y 型またはデルタ型) と位相シフトを補正できるため、これらの複雑な方式で大きな柔軟性が得られます。
• 距離保護送電線で使用されるこの方式では、保護用CTを用いて故障箇所までのインピーダンスを測定します。CTの飽和により測定値に歪みが生じ、リレーが故障箇所を誤判定する可能性があります。そのため、CTは測定中は飽和を回避するように設計する必要があります。

ANSI C57.13によれば、標準保護CTは最大20回故障発生時に定格電流を供給します。これにより、最も重要な時にリレーに有効な信号を送ることができます。

誤った選択による大きな損失

不適切なタイプのCTを使用することは、深刻な結果をもたらす重大なエラーです。測定用CTと防護用CTの機能の違いは互換性がなく、不適合は危険で高額な結果につながる可能性があります。

• 保護のための測定CTの使用これは最も危険なミスです。計測用CTは、メーターを保護するために低過電流で飽和するように設計されています。重大事故が発生すると、ほぼ瞬時に飽和します。飽和したCTは高い事故電流を再現できず、保護リレーは事故の真の規模を認識できません。その結果、トリップの遅延や完全な動作停止につながり、機器の壊滅的な損傷、火災、人員への危険につながる可能性があります。例えば、CTの飽和により、変圧器の差動保護リレーが故障する可能性があります。誤作動する外部障害発生時に不要なトリップが発生します。
• 保護CTを使用した測定この選択は財務上の不正確さにつながります。保護CTは通常の動作電流における精度を保証するように設計されていません。その精度クラス（例：5P10）は、定格の倍数の高い値での性能を保証するものであり、ほとんどのシステムが動作するスケールの下限値ではありません。これを請求に使用することは、砂粒を物差しで測るようなものです。結果として、エネルギー料金は不正確になり、電力会社の収益損失や消費者への過剰請求につながります。

重大な障害シナリオ:距離保護方式では、CT飽和によりリレーはより高いインピーダンス実際の値よりも高い値に設定されているため、リレーの保護範囲が実質的に短くなります。即座に解除されるべき故障が、より遠方の故障と認識され、トリップが遅れる可能性があります。この遅延により、電気システムへの負荷が長引いて、広範囲にわたる損傷が発生する可能性が高まります。

最終的に、CTの不適切な選択によるコストは、コンポーネント自体の価格をはるかに超えます。機器の破損、運用停止、不正確な財務記録、安全性の低下といった形で現れます。

1 台の CT で測定と保護の両方を実現できますか?

計測用CTと保護用CTはそれぞれ異なる設計ですが、エンジニアは両方の機能を1つの装置で実行することを要求する場合があります。このニーズから、専用の二重目的変圧器が開発されましたが、これには特定のトレードオフが伴います。

デュアルパーパス（クラスX）CT

特別なカテゴリーとして知られているクラスXまたはPSクラスの変流器は、計測と保護の両方の役割を果たします。これらのデバイスは、5P10のような標準的な精度クラスで定義されていません。その代わりに、エンジニアが特定の保護スキームへの適合性を検証するために使用する一連の主要なパラメータによって性能が規定されます。

IEC規格に準拠クラス X CT の性能は次のように定義されます。

• 定格一次電流
• 巻数比
• ニーポイント電圧（KPV）
• 指定電圧での磁化電流
• 75°Cにおける二次巻線抵抗

これらの特性により、本デバイスは通常状態では高精度な計測を実現すると同時に、故障発生時にも信頼性の高いリレー動作を実現する予測可能なニーポイント電圧を提供します。性能を正確に把握する必要がある高インピーダンス差動保護方式でよく使用されます。

実用的な制限とトレードオフ

クラスX CTが存在するにもかかわらず、測定と保護の両方に単一の機器を使用することは避けられることが多い。この2つの機能は根本的に相反する要件を持つからだ。

測定CTは、敏感なメーターを保護するために早期に飽和するように設計されています。保護CTは設計されています飽和に抵抗し、リレーが故障を検出できるようにする。二重目的CTは、これら相反する2つの目標の間で妥協する必要があります。

この妥協案は、二重目的CTが専用ユニットほどどちらの機能も果たせない可能性があることを意味します。設計はより複雑になり、コストも高くなります。ほとんどのアプリケーションでは、計測用と保護用の2つの独立した専用CTを設置する方が、信頼性と費用対効果の高いソリューションとなります。このアプローチにより、両方の機能を確実に実現できます。課金システム安全システムは妥協することなく作動します。

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選択は測定および保護CT運用上の優先順位に基づく明確な決定です。一方は課金の精度を確保し、もう一方は障害発生時の信頼性を確保します。システムの安全性、財務上の正確性、そして機器の寿命にとって、適切なタイプを選択することは不可欠です。エンジニアは常にCTの仕様と接続機器のニーズを相互参照する必要があります。

あ最終検証チェックリスト含まれるもの:

1. 一次電流を決定する: CT比を最大負荷に合わせてください。
2. 負担を計算する: 接続されているすべてのコンポーネントの負荷を合計します。
3. 精度クラスの検証: 計測または保護のための適切なクラスを選択します。

よくある質問

CT の二次回路が開いたままになっているとどうなりますか?

二次回路が開放されると、危険な高電圧が発生します。一次電流は磁化電流となり、コアを飽和させます。この状態はCTを破壊し、深刻な感電の危険をもたらします。

安全第一:機器を回路から取り外す前に、必ず二次端子を短絡してください。

エンジニアはどのようにして正しい CT 比を選択するのでしょうか?

エンジニアは、システムの通常の最大電流がCTの一次定格に近くなる比率を選択します。この選択により、CTは最も正確な範囲内で動作することが保証されます。例えば、90Aの負荷は100:5AのCTで良好に動作します。

測定 CT が保護に安全でないのはなぜですか?

計測用CTは故障発生時に急速に飽和し、保護リレーに真の故障電流を報告できなくなります。その結果、リレーはブレーカーをトリップできず、機器の破壊や重大な安全上の危険につながります。

1 つの CT で計測と保護の両方を行うことができますか?

特殊クラスX CTは両方の役割を果たせますが、設計上は妥協が必要です。最適な安全性と精度を実現するために、エンジニアは通常、計測用と保護用の2つの専用のCTを設置します。