低圧電流変圧器は、電力システムにおける不可欠な計測および保護装置であり、環境要因、機器の連携問題、不適切な設置や保守により、他の電力設備と組み合わせて使用する際によく様々な故障に遭遇します。これらの故障は、電力設備の正常な動作に影響を与え、また個人の安全を危険にさらす可能性もあります。したがって、農村電力網や低圧配電システムの安定かつ信頼性の高い動作を確保するためには、故障の種類、判断方法、予防措置について深く理解することが必要です。
I. 低圧電流変圧器と他の電力設備との典型的な接続シナリオ
低圧電流変圧器は、主に以下の設備と接続され、異なる応用シナリオを形成します：
電力量計測システム：ワットアワー計やパワーメーターなどの計測器具と接続し、ユーザーの電力消費量を正確に計測します。農村電力網では、農家のメーターボックスや配電変圧器の低圧側でよく見られ、大きな電流を5Aまたは1Aの標準的な小電流信号に変換して計測します。
リレー保護装置：ブレーカー、残留電流保護器、過負荷保護器などの保護装置と接続し、線路の電流状態を監視し、障害電流を適時に遮断します。農村の配電盤では、線路の過負荷、ショートサーキット、または漏れ電流を監視するためによく使用されます。
自動化制御システム：PLCやRTUなどの自動化装置と接続し、電力設備の動作状態を遠隔監視・制御します。農村の小さな加工工場、灌漑ポンプステーションなどでの利用が一般的です。
配電変圧器：変圧器の低圧側出力線と接続し、変圧器の動作状態と負荷状況を監視します。農村配電変圧器の低圧側出力線でよく見られます。
II. 低圧電流変圧器が他の電力設備と組み合わせて使用される際の一般的な故障
1. 二次回路のオープンサーキット故障
二次回路のオープンサーキットは、低圧電流変圧器の最も危険な故障の一つで、主に以下の特徴があります：
現象的特徴：アンペアメーターとパワーメーターの表示が突然ゼロになるか大幅に変動する；変圧器本体から異常な「ビューン」という音や放電音が聞こえる；端子台に可視的な焼け跡がある；ワットアワー計が停止するか異常に回転する。
故障原因：二次回路の端子が緩んでいる；メーター設置中に二次線が切断される；保守中に二次回路が偶発的に切断される；端子台の酸化による接触不良；二次線の機械的損傷による断裂。
故障の危険性：オープンサーキットになると、二次側に数千ボルトの高電圧が発生し、作業者の安全を脅かす；鉄心の深刻な飽和により過熱し、絶縁材料が焼損する可能性がある；信号の喪失により保護装置が誤動作または動作しない。
典型的な農村シナリオケース：ある村の変圧器エリアで、長期間の振動によりメーターボックス内の電流変圧器の二次線の端子が緩んでいた。農民が高電力家電を使用した際に、二次回路のオープンサーキットにより高電圧が発生し、メーターが焼損し火災の危険があった。
2. 接触不良故障
低圧電流変圧器が他の設備と接続される際の最も一般的な故障の一つが接触不良です：
現象的特徴：アンペアメーターの表示が不安定で間歇的に存在する；変圧器端子部の異常な温度上昇；保護装置の頻繁な誤動作；計測誤差の増大；端子台の可視的な酸化と黒化。
故障原因：端子台のネジが緩んでいる；導線と端子間の接触面積が不足している；導線の酸化または腐食；端子台材料の劣化；トルクが非適合である；湿った環境による接触抵抗の加速。
故障の危険性：接触抵抗の増加により局所的な過熱が発生し、絶縁の劣化を加速させる；計測誤差の増大により計測精度に影響を与える；異常信号により保護装置が誤動作または動作しない；長期的な接触不良はショートサーキットや火災を引き起こす可能性がある。
典型的な農村シナリオデータ：2.5mm²の銅線で接続された計測回路において、接触抵抗が0.65mΩを超えると端子の温度上昇は40℃以上に達する；接触抵抗が1mΩを超えると温度上昇は70℃以上に達し、安全限界を超える。
3. 過負荷と鉄心飽和故障
過負荷と鉄心飽和は農村電力網で一般的な故障タイプで、主に以下の特徴があります：
現象的特徴：アンペアメーターの表示が定格値を超える；変圧器本体が著しく熱を持つ；保護装置の誤動作または動作しない；計測誤差の増大；鉄心からの異常音。
故障原因：農村電力網の負荷の大きな変動（例：旧正月期間中のピーク電力消費、灌漑期中の複数の水ポンプの同時運転）により、変圧器が長時間過負荷状態で動作する；変圧器の精度制限係数の選択が不適切である；ショートサーキット電流が変圧器の耐えられる能力を超えている；鉄心材料の性能低下；温度上昇による磁束密度の減少。
故障の危険性：鉄心飽和により計測誤差が増大し、計測精度に影響を与える；信号歪により保護装置が誤動作または動作しない；変圧器の絶縁性能が低下する；長期的な過負荷により変圧器が焼損する可能性がある。
典型的な農村シナリオデータ：夏の灌漑期間中、農村配電変圧器の低圧側の電流変圧器の電流が定格電流の120%に達し、鉄心飽和が発生し、計測誤差が8%となり、保護装置の誤動作回数が3倍に増加した。
4. 絶縁性能の劣化故障
絶縁故障は特に農村電力網で顕著で、主に以下の特徴があります：
現象的特徴：絶縁抵抗の低下（通常は1000MΩ以上）；部分放電現象；表面放電痕；リーク電流の増大；設備表面の湿気や水跡。
故障原因：湿った農村環境と変圧器の密封不良により水分が侵入する；小型動物による咬傷による絶縁破損；長期の高温運転による絶縁の加速劣化；端子台の塵埃堆積による絶縁性能の低下；雷による過電圧による絶縁破壊。
故障の危険性：絶縁性能の低下によりリークまたはショートサーキットが発生する；保護装置の誤動作；計測誤差の増大；重度の場合には火災を引き起こす可能性がある。
典型的な農村シナリオデータ：南部農村地域では、湿度が年間を通じて80%以上に保たれる。防湿対策がない変圧器の絶縁抵抗は、2-3年以内に初期値2000MΩから500MΩ未満に低下する可能性がある。
III. 一般的な故障の判断方法
1. 二次回路のオープンサーキット故障の判断
メーター観察法：接続されているアンペアメーターとパワーメーターの表示が突然ゼロになるか大幅に変動するかどうかを確認する；ワットアワー計が停止するか異常に回転するかどうかを確認する。
音識別法：変圧器本体に近づき、異常な「ビューン」音や放電音を聞く；正常時では音は小さく均一である。
温度検出法：赤外線温度計を使用して変圧器本体の温度を検出する。正常時は40℃以下である；オープンサーキット時には60℃以上に達する可能性がある。
インピーダンステスト法：専用の測定器を使用して二次回路のインピーダンスを測定する。正常接続時はインピーダンス角は周波数に依存しない；オープンサーキット時にはインピーダンスが大幅に増加する（＞10000Ω）。
農村シナリオの判断スキル：農村の低圧計量箱で、農民の電力使用が正常なのに電力メーターが突然停止した場合、まず電流変圧器の二次回路がオープンサーキットになっている可能性を疑うべきである。
2. 接触不良故障の判断
ループ抵抗テスト法：マイクロオームメーターを使用して二次回路の抵抗を測定する。正常時は0.65mΩ以下である；接触不良時には抵抗が1mΩを超える可能性がある。
温度上昇モニタリング法：赤外線温度計を使用して端子台の温度上昇を監視する。正常時は15℃以下である；接触不良時には温度上昇が30℃を超える可能性がある。
振動検出法：振動センサーを使用して異常な振動を検出する。接触不良時には振動幅が2gを超え、10秒以上続く可能性がある。
負荷テスト法：変圧器の二次回路に標準負荷を接続し、出力電流が安定しているかどうかを観察する。接触不良時には電流が変動する可能性がある。
農村シナリオの判断スキル：農村ネットワーク集中読み取り改造後の計量箱で、特定の家庭の電力メーターの計量が異常である一方で他の家庭は正常な場合、その家庭の電流変圧器の二次回路の接続状態に注目すべきである。
3. 過負荷と鉄心飽和故障の判断
電流監視法：一次側の実際の負荷電流が定格値を超えていないか確認する；農村電力網のピーク電力消費時期（例：旧正月、灌漑期）に特に注意を払う。
誤差テスト法：変圧器校正器を使用して比率誤差と位相誤差をテストする。正常時は精度レベル要件を満たす；過負荷または飽和時には誤差が大幅に増加する可能性がある。
励磁特性テスト：異なる電流下での二次電圧を測定し、励磁曲線を描く；鉄心が飽和すると曲線の傾きが大幅に変化する。
音識別法：鉄心が飽和すると異常音が出る可能性がある；正常時は音は小さく均一である。
農村シナリオの判断スキル：農村配電変圧器の低圧側で、複数の高電力家電が同時に動作している際に保護装置が頻繁に誤動作する場合は、電流変圧器が過負荷または鉄心飽和している可能性が高い。
4. 絶縁性能劣化故障の判断
絶縁抵抗テスト法：2500Vのメガオームメーターを使用して一次と二次、二次と地、一次と地間の絶縁抵抗を測定する。正常時は1000MΩ以上である。
部分放電テスト法：部分放電テスターを使用して変圧器内部の放電を検出する。絶縁性能が劣化すると放電量が増加する。
視覚検査法：変圧器表面に水跡、汚れ、損傷があるか確認する；端子台に塵埃堆積や動物の咬傷の兆候があるか確認する。
湿度検出法：湿度計を使用して変圧器設置環境の湿度を検出する。農村地域の湿った環境では絶縁性能が劣化する可能性がある。
農村シナリオの判断スキル：南部農村地域で、変圧器の絶縁抵抗が大幅に低下した場合、密封構造が完全かどうか、環境湿度が高いかどうかに注目すべきである。
IV. 一般的な故障の解決策
1. 二次回路のオープンサーキット故障の処理
緊急処置：オープンサーキット故障を発見したら、直ちに関連する保護装置を無効にする；絶縁工具を使用して変圧器近くの端子で二次側を短絡する；短絡時に火花が出る場合は、故障点は短絡点以下の回路にあることを示す；短絡時に火花が出ない場合は、故障点は短絡点以前の回路にある可能性がある。
長期的な解決策：信頼性の高い品質の二次配線端子に交換する；金メッキまたは錫メッキの端子材料を使用して酸化を減らす；振動による緩みを防ぐために防緩ワッシャーやスナップオンリミッターを設置する；二次回路の接続状態を定期的に確認する。
農村シナリオの処理提案：農村の低圧計量箱では、オープンサーキットを検出したときに自動的に短絡する二次回路短絡保護装置を設置できる；特にピーク電力消費時期前に電気技師による定期点検を行うべきである。
2. 接触不良故障の処理
維持管理措置：トルクレンチを使用して規格通りに端子ネジを締める（例：M4ネジは0.8-1.2N·m）；定期的に端子の酸化層を清掃する；端子接触面に導電性グリースを塗布する；劣化または損傷した端子台を点検・交換する。
予防措置：端子台接続部に防湿ヒーターを設置する（湿度＞60% RHで自動起動）；G4級フィルターコットンを使用して塵埃をブロックする（6ヶ月ごとに交換）；IP65保護等級の計量箱を採用する；定期的に端子台を点検・維持する。
農村シナリオの処理提案：農村ネットワーク計量箱では、金メッキまたは錫メッキの端子材料を使用できる；防振端子台を採用できる；端子接続状態を四半期ごとに確認する；湿潤季節には点検頻度を増やす。
3. 過負荷と鉄心飽和故障の処理
保護構成：実際の線路負荷に応じて適切な変比の変圧器を選択する；保護用電流変圧器は適切な精度制限係数を選択する（例：10P15は定格電流の15倍まで耐えることができる）；導線の断面積に合わせた残余電流遮断器を入線部に配置する（例：2.5mm²の銅線にはC20A保護器）。
選択提案：線路長と負荷条件に応じて1Aまたは5Aの定格二次電流の変圧器を選択する；1A変圧器は長距離計測に適している；農村電力網では、良好な飽和耐性を持つ鉄心材料（例：パーマロイ）を選択できる。
農村シナリオの処理提案：農家の入線部では、導線径に応じて適切な保護装置を選択する（例：1.5mm²の銅線にはC10A、2.5mm²にはC20A、4mm²にはC25A）；配電変圧器の低圧側では、負荷条件に応じて十分な変圧器容量を確保する；リアルタイムで変圧器の動作状態を監視するスマート監視装置を採用する。
4. 絶縁性能劣化故障の処理
農村シナリオの処理提案：南部農村地域では、エポキシ樹脂キャスト型変圧器を採用できる；計量箱内に温度・湿度監視装置を設置する；定期的に老化した密封材を点検・交換する；落雷多発地域では避雷器を設置する。
