電力システムにおける2つの主要な計器用変圧器のタイプ。

I. 電圧変換器 (VT)

電圧変換器（ポテンシャルトランスフォーマー、略してPT；電圧変換器、略してVT）は、電力回路の電圧レベルを変換するために使用される電気機器です。

1. 動作原理

電圧変換器は電磁誘導の原理に基づいて動作し、一般的なトランスフォーマーと同様の構造を持ち、主に一次巻線、二次巻線、コアで構成されています。一次巻線は測定対象の高電圧回路に並列に接続され、多くの巻数を持っています。

二次巻線は巻数が少なく、測定機器、保護リレー、その他の負荷に接続されます。通常の動作条件下では、二次側はほぼ開回路状態になります。電磁誘導の法則によれば、一次電圧と二次電圧の比は巻数比（U₁/U₂ = N₁/N₂）に等しくなります。これにより、高電圧は標準的な低電圧（通常100Vまたは100/√3 V）に比例して低下され、測定および保護装置に安全かつ適切に使用することができます。

その電気記号は以下の通りです：

2. 機能

• 電圧測定: システムの高電圧を標準的な低電圧（例：100Vまたは100/√3 V）に下げて、電圧計、エネルギー計、その他の測定機器で使用します。これにより、電力システムの電圧をリアルタイムで監視できます。
• リレープロテクション: 保護リレーに信頼性のある電圧信号を提供し、過電圧、欠電圧などの保護機能を実現します。異常な電圧条件が発生した場合、保護システムは迅速に対応し、故障回路を切り離すトリップコマンドをトリガーして、システムと設備の安全性を確保します。
• エネルギー計測と請求: エネルギー計と連携して、高電圧回路での消費電力を正確に測定します。これは、電力会社の請求やエネルギー精算の重要な基準となります。

3. 特徴

• 高精度: 測定用電圧変換器は高い精度クラス（例えば0.2、0.5）を持っており、正確な電圧測定とエネルギー計測を確保します。保護用VTは高速応答を重視し、相対的に低い精度クラス（例えば3P、6P）を持っています。
• 高絶縁要求: 高電圧VTは高い動作電圧に耐えられる必要があり、通常は油浸型、SF₆ガス、または固体樹脂絶縁を使用して安定かつ信頼性の高い性能を維持します。低電圧VTは主に乾式であり、構造が単純でメンテナンスが容易です。
• 二次側は短絡させない: 二次側の短絡は非常に高い電流を生成し、巻線が過熱し破壊される可能性があります。そのため、二次回路にはヒューズまたはミニチュア回路ブレーカーによる保護が必要です。

4. 応用シナリオ

• 高電圧応用: 1 kV以上の送電線や変電所（例：10 kV、35 kV、110 kVシステム）に適しています。バスバーまたはライン電圧を監視し、保護システムへの入力を提供し、安全で安定した電網運転を確保します。
• 低電圧応用: 1 kV未満の配電システム（例：220Vの住宅回路、380Vの工業システム）に適用されます。低電圧スイッチギアに一般的に設置され、消費者側の電圧監視やエネルギーメーターとのインターフェースを通じて電力測定を行います。

II. 電流変換器 (CT)

電流変換器（CT）、別名電流変換器は、正常動作条件下で、一次電流に実質的に比例する二次電流を生成し、正しく接続された場合に位相差がゼロに近づく計器用変圧器です。

1. 動作原理

電流変換器は電磁誘導の原理に基づいて動作し、一般的なトランスフォーマーと同様の構造を持ち、一次巻線、二次巻線、および磁心で構成されています。一次巻線は測定対象の回路に直列に接続され、非常に少ない巻数（時には1巻のみ）を持ち、高電流を流します。

二次巻線は多くの巻数を持ち、測定機器、保護リレー、その他の負荷と直列に接続され、閉ループを形成します。通常の動作条件下では、二次側はほぼ短絡状態になります。電磁誘導によれば、一次電流と二次電流の比は巻数比の逆数（I₁/I₂ = N₂/N₁）に比例します。これにより、大きな電流は標準的な低レベル電流（通常5Aまたは1A）に比例して縮小され、測定、監視、保護が可能になります。

その電気記号は以下の通りです：

電流変換器の一次側と二次側の定格電流の比は電流変換比（Ke）と呼ばれます。電流変換比の表現は以下の通りです：

注意：

• W₁、W₂はそれぞれトランスフォーマーの一次巻線と二次巻線の巻数です。
• I₁ₑ、I₂ₑはそれぞれ一次巻線と二次巻線の定格電流です。
• I₁、I₂はそれぞれ一次巻線と二次巻線の実際の電流です。

2. 機能

• 電流測定: 高い一次電流を標準的な低二次電流（例：5Aまたは1A）に下げて、アンペアメーター、エネルギー計、その他の計器で負荷電流をリアルタイムで監視します。
• リレープロテクション: 過電流、差動、距離保護のために保護リレーに電流信号を供給します。ショートサーキットや過負荷などの障害が発生した場合、保護システムはトリップ信号をトリガーして電源を遮断し、設備の損傷やシステムの不安定化を防ぎます。
• 電気的絶縁: 高電圧/高電流の一次回路と測定、制御、保護に使用される低電圧二次回路の間のギャランニック絶縁を提供します。これにより、作業員と二次設備の安全性が確保されます。

3. 特徴

• 高信頼性: 短絡イベント中に高機械ストレスと熱ストレスに耐える必要があります。CTは極端な障害条件下でも完全に保たれる優れた動的および熱的安定性を持つように設計されています。
• 多重巻線設計: 高電圧CTはしばしば複数の二次巻線を持ち、一つは計測用（高精度、例えばクラス0.5）、もう一つは保護用（広範囲および高速応答、例えばクラス5Pまたは10P）です。低電圧CTは通常、基本的な応用ニーズを満たすために単巻または双巻を持っています。
• 二次側は開放させない: 二次側の開放は巻線間に非常に高い電圧（数kVまで）を誘導し、絶縁破壊、設備損傷、感電の重大なリスクがあります。そのため、二次回路は動作中常に閉回路にしておくことが必要で、開放することは厳禁です。

4. 応用シナリオ

• 高電圧応用: 1 kV以上の送電線や変電所（例：10 kV、35 kV、110 kVシステム）に使用されます。変圧器、遮断器、バスバーなどの重要な設備の電流監視と保護に広く応用され、電網の信頼性と安全性を確保する重要な役割を果たします。
• 低電圧応用: 1 kV未満の配電システム（例：工業工場、商業ビル、住宅複合施設）に適用されます。通常、低電圧スイッチボードまたは配電盤に設置され、分岐回路監視、エネルギー計測、または残留電流デバイス（RCD）とスマートメーターとの統合を通じて、安全かつ効率的な電力使用管理を可能にします。