電験三種 令和5年度上期 電力 問7｜変電（変圧器・変電所・保護）

変電所の計器用変成器についての空欄補充問題（令和5年度上期 問7）。正答は(5)です。

計器用変成器は、電圧を取り出す計器用変圧器(VT)と、電流を取り出す変流器(CT)に分けられ、計器や保護継電器が必要とする小さな電圧・電流を安全に取り出します。CTの二次側には常に低インピーダンスの負荷（電流計や継電器の電流コイルなど）を接続しておく必要があり、二次側を開放すると端子に異常な高電圧が生じて危険です。一次端子のあるCTは、測定したい電流がそのまま流れるよう、被測定線路に直列に接続します。したがって(ｱ)計器用変圧器・(ｲ)保護継電器・(ｳ)低・(ｴ)直列となり、正答は(5)です。

計器用変成器は、高電圧・大電流の回路から計器や保護継電器が扱える小さな電圧・電流を取り出す装置で、電圧用の計器用変圧器(VT)と電流用の変流器(CT)に分けられます(ｱ)。VT・CTはどちらも指示計器だけでなく保護継電器にも電圧・電流を供給します(ｲ)。

CTの二次側には常に低インピーダンスの負荷を接続しておく必要があります(ｳ)。CTは一次電流の大きさに応じた電流を二次側に流す性質を持つため、二次側を開放すると一次電流のほぼ全てが励磁電流となって鉄心が激しく飽和し、二次端子に非常に高い電圧が発生して絶縁破壊や感電の危険が生じます。このため点検時は必ず二次側を短絡してから作業します。

一次端子のあるCT（巻線形）は、測定したい電流がそのままCTの一次巻線を通るように、被測定線路に直列に接続します(ｴ)。

以上から(ｱ)計器用変圧器・(ｲ)保護継電器・(ｳ)低・(ｴ)直列の組合せとなり、正答は(5)です。選択肢1・4は(ｱ)を「主変圧器」「CT」とし、(ｲ)を「避雷器」「遮断器」として開閉・保護機器とVT・CTの供給先を混同させています。選択肢3は(ｲ)を「遮断器」、(ｳ)を「中」としており、CTの二次側は低インピーダンスが原則という基本に反します。選択肢2は(ｱ)を「CT」としており、文中で既に「変流器」と呼んでいるものと重複し文意が成立しません。

本問の核心は「VTとCTの役割の違い」と「CT二次側は絶対に開放してはならない」という保安上の原則です。

VT（計器用変圧器）は高圧回路に並列に接続し、二次側は電圧計や継電器の電圧コイルに接続します。一方CTは被測定線路に直列に接続し、二次側は電流計や継電器の電流コイルに接続します。この並列・直列の違いは、VTが「電圧源」的（二次側を短絡すると大電流が流れて危険）、CTが「電流源」的（二次側を開放すると高電圧が発生して危険）という性質の違いに対応しています。CTの作業前に二次側を短絡する手順は、この電流源的性質から安全を確保するためのものです。

CTの開放時に高電圧が発生する理由をもう少し具体的に見ると、CTは一次巻線の起磁力と二次巻線の起磁力がほぼ打ち消し合うことで鉄心の励磁電流を小さく保っています。二次側を開放すると二次電流が流れなくなるため打ち消しがなくなり、一次電流の起磁力がそのまま鉄心を励磁します。鉄心は急速に磁気飽和し、急激な磁束変化（dΦ/dt）が二次巻線に生じて、ターン数に応じた非常に高い誘導電圧が発生します。

本問の他の誤答パターンは、VTとCTの役割（計器用変圧器 vs 変流器）を入れ替えたり、保護・開閉機器（避雷器・遮断器）を取り出し先と混同させたり、CT二次側のインピーダンスの大小を逆にしたりする形で作られています。計器用変成器の問題では「どちらが電圧用でどちらが電流用か」「接続は並列か直列か」「二次側のインピーダンスは高いか低いか」の3点を機械的に確認すれば、ほぼすべての出題パターンに対応できます。