変電8【電験3種 電力】計器用変成器＝計器用変圧器＋変流器！令和5年度上期 A問題7 完全解説

今回は令和5年度上期 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。計器用変成器という大分類＝計器用変圧器（VT）＋変流器（CT）という用語の整理と、CTの接続ルールがそのまま問われています。

ポイントは「計器用変成器は計器用変圧器と変流器の総称」であること。取り出した電圧・電流は計器と保護継電器に供給します。そしてCTの二次側は低インピーダンス負荷・一次端子は線路に直列——令和6年度下期にもほぼ同じテーマが出た、変電ユニットの定番です。

令和5年度上期 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5年度上期 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5年度上期 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

出題のポイント：VTとCTの接続とCT二次開放禁止

計器用変成器は、電圧用の計器用変圧器（VT）と電流用の変流器（CT）に分かれます。VT一次は被測定回路へ並列、CT一次は被測定線路へ直列に接続します。CT二次は低インピーダンス負荷で閉じ、開放してはいけません。

令和3年度A7とまったく同じ問題

問題文も選択肢も、一字一句同じです。

	★令和3年度 A7	★令和5年度上期 A7（本問）
★問題文	★同一	★同一
★選択肢	★同一	★同一
★答え	★(5)	★(5)

わずか2年での再出題——それだけ基本的で重要な内容だということです。

計器用変成器は、変電所の保護と計測の入口——確実に押さえてほしいのでしょう。

計器用変圧器と変流器の役割

項目	★計器用変圧器（VT）	★変流器（CT）
★測るもの	★電圧	★電流
★線路への接続	★並列	★直列
★二次の負荷	★高インピーダンス	★低インピーダンス
★二次定格	★110 V	★5 A
★厳禁	★二次短絡	★二次開放
★外すとき	★開放してから	★短絡してから

6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。

なぜ逆なのか——VTは電圧源、CTは電流源のように振る舞うからです。

電圧源は短絡が危険、電流源は開放が危険——回路の基本と同じになります。

4空欄を選択肢(5)と照合する

(イ)の判断には、機器の順序が分かると確実です。

順	機器	働き
★①	★計器用変成器	★大きな電圧・電流を小さくする
★②	★計器／保護継電器	★監視する／異常を判定する
★③	★遮断器	★継電器の指令で回路を切る

遮断器は継電器の先にあります——変成器から直接つながるものではありません。

「避雷器」はこの流れに入りません——過電圧を大地へ逃がす別系統の機器です。

だから(イ)は保護継電器——信号を受け取って判定する側になります。

まったく同じ問題が令和3年度 A問題7（変電：計器用変成器）にあります。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）へ。

変流器の二次を開放してはならない理由

(ウ)の「低インピーダンス」が、そのまま安全に直結します。

順	起きること
①	★一次電流は線路で決まり、二次の状態では変わらない
★②	★二次を開くと、打ち消す起磁力が消える
★③	★一次電流のすべてが励磁電流になる
★④	★鉄心の磁束が飽和する
★⑤	★二次端子に数千ボルトが誘起する
★⑥	★鉄損が過大となり焼損する

ふだんは一次と二次の起磁力が打ち消し合っています——だから鉄心の磁束は小さいのです。

二次を開けば、その打ち消しが消えます——磁束が一気に増えることになります。

飽和すると波形が方形波に近づき、dφ/dt が跳ね上がります——それが高電圧の正体です。

だから点検時は必ず二次を短絡してから外します——そのための試験用端子が備えられています。

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する——そこに気づけば早いでしょう。

誤差階級という考え方

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を分けることもある——求められる性質が違うのです。

計器用変圧器の保護

(ア)の計器用変圧器にも、扱いの注意があります。

	★計器用変圧器（VT）
★厳禁	★二次短絡
★短絡すると	★大電流が流れて巻線が焼損する
★保護	★一次・二次の両方にヒューズを入れる
★外すとき	★二次を開放してから

VTは電圧源に近い振る舞いをします——短絡すれば電流が際限なく流れるのです。

一次側のヒューズは、事故が系統へ波及するのを防ぎます——限流ヒューズが使われます。

二次側のヒューズは、配線の事故から本体を守ります——盤内で起きる短絡への備えです。

CTには一次側ヒューズを入れません——切れると二次開放になってしまうから。

変流器の飽和という問題

保護用CTでは、事故時の大電流が課題になります。

電流	CTの状態	二次電流
★定格の範囲	★正常	★変流比どおり
★★定格の数十倍	★★鉄心が飽和する	★★比より小さくなる

短絡電流は定格の数十倍に達します——そのとき鉄心が飽和すると、二次電流が出ません。

継電器が事故を検出できなくなる——最も動いてほしいときに動かないのです。

だから保護用CTは、飽和しにくい設計にします——鉄心を大きくし、誤差階級は5P・10P で妥協する。

計測用は精度を優先し、保護用は飽和しにくさを優先する——用途で設計が分かれます。

計器用変成器が置かれる場所

変電所のどこに設置されるかを見ましょう。

場所	目的
★受電点	★取引用の電力量計測
★母線	★母線電圧の監視・同期投入の確認
★各回線の引出口	★回線ごとの電流監視と保護
★変圧器の一次・二次	★変圧器保護（比率差動継電器）

1つの変電所に、何十組も設置されます——監視したい箇所ごとに要るからです。

取引用は誤差階級0.2級など高精度——料金に直結するためです。

保護用は精度より確実な動作が優先——用途によって使い分けます。

GISでは、これらも金属容器の中に納まります——コンパクトにまとまるのです。

まとめ

(ア)計器用変圧器	計器用変成器＝VT＋CTの総称（VTが入る）
(イ)保護継電器	変成器の出力は計器とリレーに供給
(ウ)低	CT二次は低インピーダンス負荷・ほぼ短絡状態
(エ)直列	CTの一次端子は被測定線路に直列→答えは(5)

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