今回は令和3年度 電力科目 A問題7、変電所の計器用変成器に関する空欄補充問題です。実はこの問題、令和5年度上期 A問題7として一字一句同じ形で再出題されました。計器用変成器の基本の「型」として、確実に取れるようにしておきましょう。
押さえるのは3点。計器用変成器＝計器用変圧器（VT）＋変流器（CT）の総称、出力の供給先は計器と保護継電器、そしてCTの二次は低インピーダンス負荷・一次は線路に直列です。
(ア) 計器用変成器は2種類
「計器用変成器」は総称——その下に2つの機器があります。
| 名称 | 略号 | 測るもの | 二次定格 |
| ★計器用変圧器 | ★VT（PT） | ★電圧 | ★110 V |
| ★変流器 | ★CT | ★電流 | ★5 A |
問題文が「(ア)と変流器とに分けられ」と書いています——変流器の相方は計器用変圧器です。
選択肢の「CT」は変流器そのもの——並べて「CTと変流器」では同じものを2つ挙げることになります。
「主変圧器」は電力を送るための変圧器——計測用ではありません。
令和3年度 電力科目 A問題7：問題文と選択肢
まずは、実際の試験問題を確認してみましょう。
出典：一般財団法人 電気技術者試験センター「令和3年度 第三種電気主任技術者試験」電力科目 A問題7
電験3種 電力科目 【変電】 令和3年度 A問題7
次の文章は、変電所の計器用変成器に関する記述である。
計器用変成器は、(ア)と変流器とに分けられ、高電圧あるいは大電流の回路から計器や(イ)に必要な適切な電圧や電流を取り出すために設置される。変流器の二次端子には、常に(ウ)インピーダンスの負荷を接続しておく必要がある。また、一次端子のある変流器は、その端子を被測定線路に(エ)に接続する。
上記の記述中の空白箇所(ア)〜(エ)に当てはまる組合せとして、正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
(ア) (イ) (ウ) (エ) (1) 主変圧器 避雷器 高 縦続 (2) CT 保護継電器 低 直列 (3) 計器用変圧器 遮断器 中 並列 (4) CT 遮断器 高 縦続 (5) 計器用変圧器 保護継電器 低 直列
(イ) 何のために取り出すのか
計器で測るためだけではありません——保護継電器へ信号を送るのが重要な用途です。
| 送り先 | 使い道 |
| ★計器 | ★電圧計・電流計・電力量計で監視する |
| ★保護継電器 | ★異常を判定して遮断器に指令を出す |
66 kV や6.6 kV をそのまま継電器に入れることはできません——小さな電圧・電流に変換して渡すのです。
「遮断器」は継電器から指令を受けて動く機器——計器用変成器から直接つながるものではありません。
「避雷器」は過電圧を逃がす装置——電圧や電流を受け取って動くわけではないのです。
流れは「変成器→継電器→遮断器」——順序を押さえると迷いません。
(ウ)(エ) 変流器の扱い
| ★変流器（CT） | ★計器用変圧器（VT） | |
| ★二次の負荷 | ★低インピーダンス | ★高インピーダンス |
| ★線路への接続 | ★直列 | ★並列 |
| ★禁止事項 | ★二次開放 | ★二次短絡 |
電流を測るので直列に入れます——同じ電流を通す必要があるからです。
二次には電流を流し続けなければなりません——だから低インピーダンスの負荷をつなぐのです。
開放すると鉄心の磁束が飽和し、数千ボルトの電圧が生じます——変流器が焼損します。
「縦続」という接続方法は、この文脈では使いません——直列か並列かの二択です。
⚠️ よくある間違い
(ア)を「CT」としてしまう——選択肢(2)(4)がそれです。CT＝変流器なので、同じものを2つ挙げることになります。
(ア)を「主変圧器」としてしまう——選択肢(1)。電力用であって計測用ではありません。
(イ)を「遮断器」としてしまう——選択肢(3)(4)。遮断器は継電器の指令で動く側です。
(ウ)を「高」としてしまう——選択肢(1)(4)。変圧器の感覚だと引き寄せられますが、CTは低インピーダンス。
(エ)を「並列」「縦続」としてしまう——選択肢(1)(3)(4)。電流を測るので直列です。
(ア)だけで(1)(3)(5)に絞れます。
⏱️ 本番での進め方
①★計器用変成器＝計器用変圧器（VT）＋変流器（CT）。
②★送り先は計器と保護継電器。遮断器は継電器の先。
③★CTの二次は低インピーダンス。開放厳禁。
④★電流を測るCTは線路に直列。
💡 覚え方
「変成器から継電器へ、継電器から遮断器へ」——信号の流れは一方向です。CTは直列・低インピーダンス——VTとすべて逆になります。
変流器の二次開放が危険な理由は平成22年度 A問題9（変電：計器用変成器）で詳しく扱っています。
変成比という考え方
計器用変成器は、決まった比で電圧・電流を縮めます。
| 機器 | 定格の例 | 変成比 | 二次の値 |
| ★計器用変圧器 | ★6,600/110 V | ★60 | ★110 V |
| ★変流器 | ★600/5 A | ★120 | ★5 A |
計器の目盛りは、その比を掛けた値で表示されます——使う側は一次の値を直接読めます。
二次を110 V と5 A に統一しておけば、計器を共通化できる——変成比だけ変えればよいのです。
誤差階級
| 階級 | 比誤差 | 用途 |
| ★0.1級・0.2級 | ★±0.1〜0.2 ％ | ★取引用の電力量計 |
| ★1.0級 | ★±1.0 ％ | ★一般の計測 |
| ★5P・10P | ★±5〜10 ％ | ★保護継電器用 |
保護継電器用は精度より、大電流でも飽和しないことが重要——事故時に正しく動く必要があるからです。
だから計測用と保護用でCTを分けることもあります——求められる性質が違うのです。
要点をもう一度
4つの空欄が、計器用変成器の基本を並べています。
| 空欄 | 答え | 決め手 |
| (ア) | ★計器用変圧器 | ★変流器の相方 |
| (イ) | ★保護継電器 | ★信号を受け取って判定する |
| (ウ) | ★低 | ★電流を流し続ける必要がある |
| (エ) | ★直列 | ★電流を測るから |
(ア)だけで(1)(3)(5)に絞れます——あとは(ウ)で確定です。
「CT」を選ぶと変流器と重複してしまう——そこに気づけば早いでしょう。
VTとCTを1枚で対比する
| ★計器用変圧器 | ★変流器 | |
| 測るもの | 電圧 | 電流 |
| 接続 | 並列 | 直列 |
| 二次負荷 | 高インピーダンス | 低インピーダンス |
| 厳禁 | 二次短絡 | 二次開放 |
4項目すべてが逆になっています——片方を覚えて反転させれば済むのです。
零相変流器と地絡検出
変流器の応用として、地絡専用の機器があります。
| ★通常の変流器 | ★零相変流器（ZCT） | |
| ★通す線 | ★1相ずつ | ★3相をまとめて |
| ★正常時の出力 | ★負荷電流に比例 | ★ゼロ |
| ★地絡時 | ★ほとんど変わらない | ★零相電流が現れる |
| ★組む継電器 | ★過電流継電器（OCR） | ★地絡継電器（GR） |
3相の電流は、正常なら合計がゼロです——行った分がすべて戻ってくるから。
地絡すると、大地へ漏れた分だけ差が出る——それを拾うのが零相変流器です。
数百アンペアの中から数百ミリアンペアを検出できます——打ち消しを利用しているからです。
問題文の(イ)保護継電器には、こうした使い分けがあります——短絡はOCR、地絡はGRになります。
なぜ二次側を規格値にそろえるのか
110 V と5 A という値には、実務上の意味があります。
| 理由 | 内容 |
| ★計器の共通化 | ★一次が何 kV でも同じ計器が使える |
| ★配線の安全 | ★低電圧なので制御盤まで引ける |
| ★保守の容易さ | ★試験装置も共通にできる |
66 kV の回路を制御盤まで引くわけにはいきません——だから小さくしてから運ぶのです。
110 V なら通常の絶縁電線で足ります——盤内の配線も簡単になります。
5 A という値も、継電器のコイルに適した大きさ——小さすぎるとノイズに埋もれます。
問題文の「必要な適切な電圧や電流を取り出す」——この「適切な」が規格値を指しています。
貫通形と巻線形
変流器の一次側には、2つの形があります。
| 形式 | 一次巻線 | 使う場面 |
| ★貫通形 | ★線路をそのまま鉄心に通す（1回） | ★大電流の回路 |
| ★巻線形 | ★一次にも巻線を設ける | ★小電流でも比を取れる |
問題文の「一次端子のある変流器」は巻線形を指します——端子があるので線路に組み込むのです。
貫通形には一次端子がありません——ケーブルを穴に通すだけだからです。
それでも実質的には直列に入っています——同じ電流が鉄心を貫いていることになります。
だから(エ)が「直列」であることに変わりはありません——形は違っても原理は同じです。
まとめ
| (ア)計器用変圧器 | 変成器＝VT＋CTの総称 |
| (イ)保護継電器 | 出力は計器とリレーへ供給 |
| (ウ)低 | CT二次は低インピーダンス・ほぼ短絡状態 |
| (エ)直列 | CT一次は被測定線路に直列→答えは(5) |
| 再出題 | 令和5年度上期A問題7に完全同一で再出題 |
▼あわせて解きたい関連問題
・令和5年度上期A問題7（完全同一の再出題）：【電力】令和5年度上期 A問題7
・変流器の二次開放禁止の理由（変電4・類題）：【電力】令和6年度下期 A問題7
・この年度の問題を通しで解く：電験3種 令和3年度 問題一覧（全4科目）
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