電験三種 令和5年度下期 法規 問10｜電気関係法規

変流器（CT）の性質と取扱いについて、誤っている記述を選ぶ問題です（令和5年度下期 問10）。変流器は、一次電流がつくる磁束で二次電流を流す計器用変成器で、二次電流は一次電流と巻数比で決まります。二次側につないだ電流計などの抵抗が変わっても、変流比は変わりません。(4)は「二次側の抵抗値により変流比は変化する」としているので誤りです。正答は(4)です。

(1) 正しい。変流器は一次巻線に流れる電流がつくる磁束によって、二次巻線に二次電流を流す計器用変成器です。

(2) 正しい。二次側に開閉器やヒューズを入れると、開閉器を開いたりヒューズが切れたりしたときに二次側が開放状態になります。後の(3)の危険があるので設置してはいけません。

(3) 正しい。通電中に二次側を開放すると、一次電流の起磁力を打ち消す二次電流がなくなり、一次電流がすべて鉄心の励磁に使われます。鉄心の磁束が大きくなって二次巻線に異常に高い電圧が生じ、絶縁破壊や焼損、作業者の感電につながります。

(4) 誤り。変流器の二次電流は、一次電流の起磁力を打ち消すように流れるので、二次側の負荷（電流計や継電器）の抵抗が変わっても、決められた負担の範囲内であれば変流比は変わりません。一次電流が一定なら二次電流も一定です。

(5) 正しい。通電中に電流計を交換するときは、先に二次側端子を短絡して電流の通り道を確保し、その状態で電流計を外して付け替え、最後に短絡を外します。こうすれば二次側が一瞬も開放されません。

→正答(4)

変流器の性質は、変圧器の起磁力のつり合いで説明できます。一次巻線の巻数をN₁、電流をI₁、二次巻線の巻数をN₂、電流をI₂とすると、理想的な変流器では鉄心を励磁する起磁力はごくわずかで、N₁I₁ ≒ N₂I₂ が成り立ちます。したがって I₂ ≒ (N₁/N₂)I₁ となり、二次電流は一次電流と巻数比だけで決まります。二次側の抵抗が大きくなると、同じ二次電流を流すのに必要な二次電圧が高くなるだけで、電流の値は変わりません。この「二次側から見ると電流源のようにふるまう」性質が、(4)が誤りである理由です。

ただし、二次側の抵抗をどこまでも大きくしてよいわけではありません。二次電圧が高くなるほど鉄心の磁束も大きくなり、励磁電流が増えて誤差が大きくなります。そのため変流器には、正しい精度で使える負荷の大きさ（定格負担）が決められています。電流計や継電器を選ぶときに注意すべきなのは、この負担を超えないかどうかであり、変流比が変わるからではありません。

二次側の開放は、この関係が完全に崩れた状態です。二次電流がゼロになると、一次電流の起磁力を打ち消すものがなくなり、一次電流のすべてが励磁電流として働きます。鉄心の磁束は飽和するまで大きくなり、磁束が急激に変化する瞬間に二次巻線へ高い電圧が誘起されます。(2)・(3)・(5)はすべてこの危険を防ぐための注意事項で、「二次側を絶対に開放しない」という一つの原則から導かれます。

計器用変圧器（VT）は逆で、二次側は電圧源のようにふるまいます。二次側を短絡すると大きな電流が流れて焼損するおそれがあるため、VTの二次側には短絡に備えてヒューズを設けることがあります。「CTは二次側を開放しない、VTは二次側を短絡しない」という対比は、法規・機械の両方で繰り返し問われる組合せです。