電力計測および監視システムでは、外部変流器 (CT) を必要とする電力メーターが普及しています。それらは大電流を正確に感知するための私たちの「目」です。ただし、この洗練されたシステムには、常に従わなければならない鉄則が隠されています。それは、変流器の二次側を決して開回路で動作させてはいけないということです。この記事では、その根底にある原則とそれに伴う危険性について詳しく説明します。
変流器の通常の動作原理
CT（変流器）は、電磁誘導の原理に基づいて動作する特殊なタイプの変圧器です。その中心となる設計原則は「電流削減」と「絶縁」です。
1. 構造: 通常、閉じた鉄心、巻数の少ない一次巻線 (主回路で直列に接続)、および巻数の多い二次巻線 (電力メーターに接続) で構成されます。
2. 理想的な状態: 通常の閉回路では、CT はほぼ「短絡」状態で動作します。-。アンペールの回路法則と電磁誘導の法則により、一次電流I1により鉄心に交流磁束Φが発生し、二次側に電流I2が誘導されます。両者の関係は次のとおりです。
ここで、N1 と N2 は一次巻線と二次巻線の巻数、Im は励磁電流です。設計では励起インピーダンスが非常に大きく、Im が非常に小さいため、理想的な条件下では次のように単純化できます。
ここで、Kn は 1000/5A などの定格変換比を指します。この場合、安全な機器測定のために、一次側の大電流が二次側の小電流 (通常は標準値 5A または 1A) に正確かつ比例的に変換されます。同時に、変流器 (CT) の二次回路の電位は安全範囲内で非常に低くなります (通常はわずか数ボルト)。
二次側オープン時の原理解析
端子の緩み、配線の断線、または試験中の偶発的な切断により二次回路がオープンになると、動作状態が壊滅的に変化します。
| 稼働状況 | 通常閉鎖 | 二次道路開通 |
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存在、I1 に比例 |
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Φ |
I2が発生する反磁束により効果的に抑制され、低レベルを維持します。 | 抑制が失われ、非常に高い値まで急速に飽和します。 |
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非常に低い (数ボルト) | 数千ボルト、場合によっては数万ボルトの高電圧が誘導されました。 |
| 身体的性質 | 強力な結合、深い負のフィードバック: I2 は Φ の変化に強く抵抗します | フィードバックのカットオフとエネルギーの蓄積: すべての一次アンペアターン I1 と N1 が励起に使用されます。{0} |
その中心となる物理プロセスは次のとおりです。
1: 減磁フィードバックの消失
通常動作中、二次電流 I2 によって発生する磁束は一次電流 I1 によって発生する磁束と常に逆方向であり、鉄心に結合された磁束を低いレベルに閉じ込める強力な「減磁」効果が生じます。回路が開くと I2=0 となり、消磁効果は瞬時にゼロに戻ります。
2: 磁束の急速な飽和
アンバランスな一次アンペア ターン I1 と N1 は、-完全に磁化アンペア ターンに変換されます。-コア断面積-は磁束密度が低くなるように設計されているため、この時点でコアは急速に深い飽和状態に入ります。
ファラデーの電磁誘導の法則によれば、交流磁束は巻線に起電力を誘導します。磁束が急激に増加すると、二次巻線の両端に非常に高い電圧 U2 が誘導されます。
3: 高圧の発生
電源周波数条件下では、一次電流が数百アンペアの場合、開回路二次側の誘導電圧は容易に数千ボルトに達し、極端な場合には 10 キロボルトを超えることがあります。{0}}
国家規格 GB/T 20840.2-2014 年「計器用変圧器 - パート 2: 変流器の補足技術要件」には計器用変圧器の絶縁性能に対する厳しい要件があり、この突然の高電圧は通常の設計容量をはるかに超えていました。
変流器の二次側の開回路の危険性
二次開回路によって発生する高電圧とそれに伴う現象は、一連の危険の連鎖反応を引き起こす可能性があります。
1. 感電の危険性: 二次端子には数千ボルトの高電圧が存在し、感電の重大な危険を直接引き起こします。保守および修理担当者が予防措置を講じずにこの電圧に接触すると、感電する可能性があります。
2. 機器の損傷:
絶縁破壊: 高電圧は、まず二次巻線の巻線間および層間絶縁を破壊するか、二次回路のアース間の絶縁を破壊し、変流器 (CT) に永久的な損傷を与えます。
過熱と焼損: 鉄心が高度に飽和すると、巨大な渦電流とヒステリシス損失が発生し、鉄心が過熱し、巻線の絶縁体が焼損し、場合によっては火災を引き起こす可能性があります。
電気アークと爆発: 開回路点 (緩んだ端子など) では、高電圧下で連続電気アークが発生します。高温のアークにより機器が燃え尽き、周囲の可燃物に発火する可能性があり、密閉されたキャビネット内に蓄積された高温ガスにより電気爆発を引き起こす可能性もあります。-
3. システム運用上の危険性
計量の不正確さと故障: CT- タイプの電力量計の場合、入力電流がゼロになると電力を測定できなくなり、電力が失われ、貿易紛争が発生する可能性があります。
危険な高電圧スパークの発生-: これは発火源となるだけでなく、発生する強力な電磁パルスが近くの電子機器に干渉する可能性もあります。
要約する
変流器の二次側の開回路は、電磁エネルギーの激しい蓄積を引き起こし、最終的には高電圧、強力な電気アーク、過熱として現れる物理的災害を引き起こします。したがって、CT回路に関わる作業では「断線防止」を手順として厳守する必要があります。
なお、電力量計に接続される変流器の二次側は接地する必要があります。これは「二次側断線厳禁」と合わせて、CTの運用・保守の二大鉄則です。接地後、突入した高電圧は接地線を通じて速やかに大地に放電され、二次側電位の急激な上昇による機器の焼損や感電事故を防ぎます。