三相変流器の定義と一般的なシナリオ

あ三相変流器電磁気学の基本原理に基づいて機能を発揮します。その設計はシンプルでありながら、強力な電気システムの安全な監視に非常に効果的です。その内部の仕組みを理解することで、それが電力網管理の基盤となっている理由が分かります。

コアオペレーション原則

変流器の動作は電磁誘導によって制御され、その原理は次のように説明される。ファラデーの法則このプロセスにより、高電圧一次回路と計測機器を直接電気的に接続することなく電流を測定できます。全体の流れはいくつかの重要なステップで展開される:

1. 主導体（一次コイル）には大きな一次電流が流れます。
2. この電流は変圧器の鉄心内に対応する磁場を生成します。
3. その磁気コアこの変化する磁場を二次コイルに導きます。
4. 磁場は二次コイルに非常に小さい比例電流を誘導します。
5. この二次電流は、測定と分析のためにメーター、リレー、または制御システムに安全に供給されます。

三相アプリケーションの場合、このデバイスには3組のコイルとコアが含まれています。この構造により、三相線それぞれの電流を同時に独立して測定できます。

構造と主要コンポーネント

変流器は、一次巻線、二次巻線、磁気コアの 3 つの主要部分で構成されます。

• 一次巻線: 測定対象となる大電流を流す導体です。多くの設計（バー型CT）では、一次側は変圧器の中心を通る主システムバスバーまたはケーブルを指します。
• 二次巻線: これは、磁心の周囲に細い電線を何度も巻き付けた構造で、測定可能な電流を発生します。
• 磁気コアコアは、一次巻線から二次巻線へ磁界を集中させ、導く重要な部品です。コアに使用される材料は、トランスの精度と効率に直接影響します。

コア材料の選択は重要エネルギー損失を最小限に抑え、信号の歪みを防ぎます。高精度トランスは、優れた性能を実現するために特殊な材料を使用しています。

正確性に関する注記:現実世界では、完璧なトランスフォーマーは存在しません。エラーはいくつかの要因から発生する可能性があるコアを磁化するために必要な励磁電流は、位相と振幅の偏差を引き起こす可能性があります。同様に、CTを定格負荷外で動作させると、特に非常に低い電流または高い電流で動作させると、測定誤差が増加します。磁気飽和（コアがそれ以上の磁束を処理できなくなる状態）も、特に故障発生時に大きな誤差をもたらします。

巻数比の重要性

巻数比は変流器の数学的な核心です。一次巻線の電流と二次巻線の電流の関係を定義します。この比は、定格一次電流を定格二次電流で割ることで算出されます。

変流器比（CTR）＝一次電流（Ip）／二次電流（Is）

この比率は、各コイルの巻数によって決まります。例えば、400:5の巻数比を持つCTは、一次導体に400Aが流れると、二次側に5Aの電流を発生します。この予測可能な降圧機能は、CTの用途の根幹を成しています。危険な高電流を、計測機器が安全に扱える標準的な低電流に変換します。システムの想定負荷に適した巻数比を選択することは、精度と安全性の両方を確保するために不可欠です。

三相変流器と単相変流器

電力システムの正確かつ信頼性の高い監視には、適切な変流器構成の選択が不可欠です。単一の三相変流器ユニットを使用するか、3つの独立した単相CTを使用するかは、システムの設計、アプリケーションの目的、および物理的な制約によって異なります。

主な構造と設計の違い

最も明らかな違いは、物理的な構造と導体との相互作用にあります。単相CT単一の電気導体を囲むように設計されています。一方、三相CTは、3相導体すべてが通過する単一の統合ユニットを指す場合もあれば、3つの整合された単相CTのセットを指す場合もあります。それぞれのアプローチは、電力監視において異なる目的を果たします。

アプリケーション固有の利点

それぞれの構成は、特定のニーズに合わせた独自の利点を提供します。3台の単相CTを使用することで、システムの最も詳細かつ正確な可視化が可能になります。この方法により、各相を正確に測定することができ、これは以下の点で重要です。

• 収益グレードの課金: 高精度の監視には、公平かつ正確なエネルギー課金を保証するために、各フェーズに専用の CT が必要です。
• 不均衡負荷解析複数の単相負荷（商業ビルなど）を持つシステムでは、各相の電流が不均一になることがよくあります。個別のCTは、この不均衡を正確に検出します。

残留電流やゼロシーケンスの測定によく使用される単一ユニットの 3 相 CT は、3 相間の電流の正味差を感知することで、地絡故障を検出するのに優れています。

どちらか一方を選ぶべき場合

選択は、電気システムの配線と監視の目的によって大きく異なります。

収益グレードの計測や、太陽光インバータのような潜在的に不均衡な負荷を伴う監視システムなど、最高精度が要求されるアプリケーションでは、3台のCTが標準です。このアプローチにより、推測作業が不要になり、すべての相で電力が均等に消費または生成されない場合に発生する可能性のある不正確な読み取りを防止できます。

以下に一般的なガイドラインを示します。

• 三相4線式Y字型システム: 中性線を含むこれらのシステムでは、完全な精度を得るために 3 つの CT が必要です。
• 三相3線式デルタシステムこれらのシステムには中性線がありません。2台のCTで測定できる場合が多いとされています。ブロンデルの定理.
• バランスの取れた負荷と不均衡な負荷: 完全にバランスの取れた負荷であれば、単一のCTの読み取り値を乗算できますが、負荷のバランスが崩れるとこの方法では誤差が生じます。HVACユニット、乾燥機、サブパネルなどの機器では、通電されている導体ごとに必ずCTを使用してください。

最終的には、システムの種類と精度の要件を考慮することで、適切な CT 構成が実現します。

三相変流器はいつ使用されるのでしょうか?

あ三相変流器現代の電気システムの基礎となるコンポーネントです。その用途は単なる計測にとどまりません。これらのデバイスは、財務上の正確性を確保し、高価な機器を保護し、産業、商業、公益事業の各分野におけるインテリジェントなエネルギー管理を実現するために不可欠です。

正確なエネルギー計測と請求のために

公益事業会社や施設管理者は、請求業務において正確なエネルギー測定に頼っています。大規模な商業施設や工業施設では、電力消費量が非常に多く、わずかな誤差でも大きな財務上の差異につながる可能性があります。変流器この重要な作業に必要な精度を提供します。高電流を、収益グレードのメーターが安全かつ正確に記録できるレベルまで低減します。

これらの変圧器の精度は恣意的なものではなく、電力計測の公平性と一貫性を確保する厳格な国際規格によって規定されています。主な規格には以下が含まれます。

• ANSI/IEEE C57.13: 米国で計測用および保護用の変流器の両方に広く使用されている規格。
• ANSI C12.1-2024: これは米国の電力計測の主要コードであり、メーターの精度要件を定義します。
• IECクラスIEC 61869などの国際規格では、課金目的で0.1、0.2、0.5といった精度クラスが定義されています。これらのクラスは、最大許容誤差を規定しています。

電力品質に関する注意:これらの規格は、電流の大きさだけでなく、位相角誤差にも対処しています。正確な位相測定は、無効電力と力率の計算に不可欠であり、これらは現代の公共料金請求構造においてますます重要な要素となっています。

過電流および故障保護用

電気系統を損傷から保護することは、変流器の最も重要な機能の一つです。短絡や地絡などの電気的な故障は、膨大な電流を発生させ、機器を破壊し、深刻な安全上の危険をもたらす可能性があります。包括的な過電流保護システムは、こうした故障を防ぐために機能します。

このシステムには 3 つの主要部分があります。

1. 変流器（CT）これらはセンサーです。保護対象機器に流れる電流を常時監視します。
2. 保護リレー: これは脳です。CTからの信号を受信し、電流が危険なほど高いかどうかを判断します。
3. サーキットブレーカー: これが筋肉です。リレーからのトリップコマンドを受信し、物理的に回路を切断して故障を停止します。

CTは様々なタイプのリレーと統合され、特定の問題を検出します。例えば、過電流リレー（OCR）電流が安全レベルを超えるとトリップし、機器を過負荷から保護します。アースフォルトリレー（EFR）相電流間の不平衡を測定することで、地絡電流を検出します。故障時にCTが飽和すると、リレーに送られる信号が歪み、保護システムが故障する可能性があります。そのため、保護クラスCTは、極端な故障状況下でも精度を維持できるように設計されています。

インテリジェントな負荷監視と管理

現代の産業は、単なる保護や課金の域を超え、高度な運用分析や予知保全変流器はこれらのインテリジェントシステムの主要なデータソースです。クランプすることで非侵襲性CTモーターの電力線にセンサーを接続することで、エンジニアは操作を中断することなく詳細な電気信号を取得できます。

このデータにより、強力な予測メンテナンス戦略が可能になります。

• データ収集CT は稼働中の機械から生のライン電流データを取得します。
• 信号処理特殊なアルゴリズムがこれらの電気信号を処理して、機械の状態を示す特徴を抽出します。
• スマート分析これらの電気的特性を経時的に分析することで、システムはモーターの「デジタルツイン」を作成できます。このデジタルモデルは、故障が発生する前に、問題の発生を予測するのに役立ちます。

この CT データの分析により、次のような幅広い機械的および電気的な問題を特定できます。

• ベアリングの故障
• 破損したローターバー
• エアギャップ偏心
• 機械的なずれ

このプロアクティブなアプローチにより、メンテナンス チームは修理のスケジュールを立て、部品を注文し、コストのかかる予定外のダウンタイムを回避することができ、変流器は単なる測定装置からスマート ファクトリー イニシアチブの重要な実現手段へと変化します。

適切な三相CTの選び方

システムの信頼性と精度を確保するには、適切な三相変流器を選択することが不可欠です。エンジニアは、精度要件、システム負荷、物理的な設置制約など、アプリケーション固有のニーズを考慮する必要があります。慎重な選定プロセスにより、計測、保護、監視において最適な性能を確保できます。

精度クラスを理解する

変流器は精度クラスに分類されます計測用または保護用。各クラスはそれぞれ異なる目的を持っており、間違ったクラスを使用すると経済的損失や機器の損傷につながる可能性があります。

• 計測CT通常の動作電流下での課金および負荷分析に高い精度を提供します。
• 保護CT高い故障電流に耐えられるように構築されており、保護リレーが確実に動作します。

よくある間違いは、保護のために高精度の計測CTを使用することです。これらの CT は障害発生時に飽和する可能性があり、その結果、リレーが正確な信号を受信できなくなり、回路ブレーカーが時間内にトリップできなくなります。

過剰仕様に関する注意:指定する不必要に高い精度クラスまたは容量コストとサイズが大幅に増加する可能性があります。大型のCTは製造が困難で、標準的な配電盤に収めるのがほぼ不可能なため、実用的ではありません。

CT比をシステム負荷に合わせる

CT比は電気システムの想定負荷と一致する必要があります。適切な比率を設定することで、CTは最も正確な範囲内で動作します。モーターの適切な比率を決定するには、簡単な方法があります。

1. モーターの全負荷アンペア（FLA）を銘板から確認する.
2. 過負荷状態を考慮するには、FLA に 1.25 を掛けます。
3. この計算値に最も近い標準 CT 比を選択します。

例えば、FLAが330Aのモーターの場合は、330A * 1.25 = 412.5A最も近い標準比率は 400:5 です。比率を高く設定しすぎると、低負荷時の精度が低下します。。比率が低すぎると、故障時にCTが飽和する可能性があります。、保護システムを危険にさらします。

適切な物理的フォームファクタの選択

三相変流器の物理的形状は設置環境によって異なります。主なタイプは、ソリッドコア型とスプリットコア型の2つです。

• ソリッドコアCT閉ループ構造です。設置者は、コアに通すために一次導体を切断する必要があります。そのため、電源を遮断できる新築物件に最適です。
• スプリットコアCT開いて導体に挟み込むことができます。この設計は電源のシャットダウンを必要としないため、既存のシステムの改造に最適です。

これらのタイプの選択は、設置が新規か改修か、および電源の中断がオプションであるかどうかによって異なります。

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三相変流器は、三相システムにおける電流を安全に測定するための重要なデバイスです。主な用途は、正確なエネルギー課金の確保、故障検出による機器の保護、そしてインテリジェントなエネルギー管理の実現です。信頼性と安全性に優れたシステム運用には、精度、変流比、そして形状に基づいた適切な選定が不可欠です。

今後の展望: 現代のCTとスマートテクノロジーそしてモジュラー設計電力システムの効率化が進んでいます。しかし、その効果は常に正しい選択と安全な設置方法.

よくある質問

CT セカンダリ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、深刻な危険が生じます。二次端子間に極めて高い電圧が誘導されます。この電圧は変圧器の絶縁を損傷し、人体に重大な危険をもたらす可能性があります。二次回路が短絡しているか、負荷に接続されていることを必ず確認してください。

1 つの CT を計測と保護の両方に使用できますか?

推奨されません。計測用CTは通常の負荷において高い精度が求められますが、保護用CTは高い故障電流においても確実に動作する必要があります。1つのCTを両方の用途に使用すると、設計上異なる機能を果たすため、課金精度または機器の安全性のいずれかが損なわれます。

CT 飽和度とは何ですか?

飽和は、CTのコアが磁気エネルギーを処理できなくなったときに発生します。これは主に大規模故障時に発生します。その結果、変圧器は比例した二次電流を生成できなくなります。その結果、測定精度が低下し、重大な事故発生時に保護リレーが正常に動作しなくなる可能性があります。

二次電流が 1A または 5A に標準化されているのはなぜですか?

二次電流を1Aまたは5Aに標準化することで、相互運用性が確保されます。これにより、異なるメーカーのメーターやリレーがシームレスに連携できるようになります。この方法により、システム設計や部品の交換が簡素化され、電気業界全体にわたる互換性が促進されます。