変圧器のベクトル図：故障分析に不可欠なツール
トランスは、電磁誘導によって一つの回路から別の回路へ電気エネルギーを移転する装置です。トランスは、トランスは、広く電力システムで使用され、電圧を昇圧または降圧し、回路を分離し、負荷を均等にします。トランスは、その構造、巻線構成、およびベクトルグループに基づいて異なるタイプに分類することができます。
トランスのベクトル図は、一次側と二次側の電圧および電流の位相関係をグラフィカルに表現したものです。これは、さまざまな動作条件や故障シナリオ下でのトランスの性能と挙動を理解するための重要なツールです。
この記事では、トランスのベクトル図とは何か、どのように描画するか、そして故障分析のためにどのように使用するかについて説明します。また、異なる種類のトランス接続とベクトルグループ、およびそれらが電力システム保護と調整に与える影響についても議論します。
ベクトル図とは？
ベクトル図は、一つ以上のベクトルを表すことができる図です。ベクトルは、大きさと方向を持つ量です。電気工学では、交流のような量は、時間とともに大きさと方向が変化するため、しばしばベクトルで表現されます。
ベクトル図では、交流量は矢印で表されます。矢印の長さは交流量の有効値を表します。角度位置は、基準軸または他の量に対する量の位相角を表します。矢印の先端は、量が作用する方向を表します。
電力量がソースから負荷に向かって作用する場合、その量を表すベクトルは正と考慮されます。負荷からソースに向かって作用する場合は、負と考慮されます。
トランスのベクトル図とは？
トランスのベクトル図は、トランスの一次側と二次側の電圧および電流の位相関係を示すベクトル図です。また、トランスの巻線の位相差と極性も示します。
トランスのベクトル図は、単相または三相、星形またはデルタ接続、または異なる巻線構成やベクトルグループを持つ任意のタイプのトランスに対して描画することができます。
トランスのベクトル図は、以下のことを可能にします：
様々な負荷条件（無負荷、全負荷、過負荷、短絡）下でのトランスの性能と効率を分析する。
トランスまたはその関連回路の故障、例えば開回路、短絡、接地障害、または巻線間障害を特定および診断する。
トランス用の保護装置を選択および調整する、例えばフューズ、遮断器、リレー、または差動保護スキーム。
設置または試運転時にトランスの接続と極性が正しいことを確認する。
トランスのベクトル図の描き方
トランスのベクトル図を描くには、以下の情報を知る必要があります：
トランスの一次側および二次側巻線の定格電圧と電流。
トランスの巻線構成と接続、例えば星形またはデルタ。
トランスのベクトルグループ、これは巻線の位相差と極性を示します。
トランスの負荷インピーダンスと力率。
トランスのベクトル図を描く手順は以下の通りです：
図の基準軸を選択します。通常、水平軸が基準軸として選ばれます。
基準軸に沿って一次側電圧ベクトルを描きます。右向きが正方向となります。これをV1とラベル付けします。
二次側電圧ベクトルを描きます。その長さは有効値に比例し、角度はベクトルグループに基づきます。これをV2とラベル付けします。
一次側電流ベクトルを描きます。その長さは有効値に比例し、角度は力率に基づきます。これをI1とラベル付けします。一次巻線が二次巻線に電力を供給している場合、I1の方向はV1とは逆になります。
二次側電流ベクトルを描きます。その長さは有効値に比例し、角度は力率に基づきます。これをI2とラベル付けします。二次巻線が一次巻線から電力を受ける場合、I2の方向はV2とは逆になります。
負荷インピーダンスベクトルを描きます。その長さは値に比例し、角度は力率に基づきます。これをZLとラベル付けします。負荷が受動的（抵抗的または誘導的）である場合、ZLの方向はI2とは逆になります。
分析に必要な他のベクトル、例えばインピーダンス、抵抗、リアクタンス、損失などを描きます。
例：単相トランスのベクトル図
以下のような仕様の単相トランスを考えてみましょう：
一次側定格電圧：240 V
二次側定格電圧：120 V
一次側定格電流：10 A
二次側定格電流：20 A
巻線構成：星形-星形
ベクトルグループ：Yy0
負荷インピーダンス：6 オーム（抵抗的）
