電流トランスにおける電磁誘導の仕組み

4月 24, 2026
電磁誘導, 中電圧, 配電, 信頼性, テクニカル

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LFS-10Q LFSQ-10Q の変流器 10kV 屋内エポキシ樹脂- 5-1600A 0.2S 0.5S 10P のクラス 100×In 熱 250×In 動的 12 42 75kV 二重シリーズ GB1208 IEC60044-1 — カレント・トランス(CT)

変流器は配電網の縁の下の力持ちであるにもかかわらず、変流器を動かす物理学はしばしば誤解され、単純化されすぎている。. 電磁誘導は、CTが高い一次電流を測定可能な二次信号に安全にスケールダウンすることを可能にする中核メカニズムであり、中電圧システムにおける正確な計測と信頼性の高い保護を可能にします。. 変電所や産業用開閉装置のパネルに計器用変圧器を指定する電気エンジニアや調達マネージャーにとって、この原理を理解することは学問的なことではありません。この記事では、ファラデーの法則から実際の精度クラスまで、変流器内部の電磁誘導プロセスを分解し、より良いエンジニアリングと調達の決定を行えるようにします。.

変流器における電磁誘導とは？

この詳細な図は、中電圧変流器内のファラデーの誘導の法則を説明するもので、磁性体コアが一次電流から磁束を導き、測定用の二次電流を誘導する様子を示している。. — 変流器コアにおける電磁誘導メカニズム

で定義される電磁誘導。ファラデーの法則¹, この原理は、閉ループ内を流れる磁束が変化すると、そのループ内に起電力（EMF）が発生するというものである。変流器内部では、この原理が精密工学に応用され、次のようなことが実現されている。ガルバニック絶縁² と正確な電流スケーリング。.

CTは3つの基本的な構成要素が協調して動作する：

一次巻線（または一次導体）： 高電圧ライン電流 (例えば、400A、1000A、3000A) を搬送します。多くの高圧 CT では、これは単に CT の開口部を通過する母線またはケーブルです。.
磁気コア： 一般的に、低ヒステリシス損失と高透磁率のために設計された、結晶粒配向ケイ素鋼またはニッケル鉄合金で構成される。コアは一次電流によって発生する磁束を流します。.
二次巻線： コアに巻かれたマルチターンコイル。標準的な二次出力は 5Aまたは1A, 計量回路または保護回路に接続されている。.

CTの誘導性能を定義する主要な技術パラメータ：

パラメータ	典型的な範囲	意義
定格一次電流	5A - 5000A	変換比を定義する
セカンダリー出力	1Aまたは5A	リレー/メーター入力に対応
コア材	ケイ素鋼 / Ni-Fe合金	直線性と飽和度を決定する
精度クラス	0.2s、0.5、1、3、5p、10p	計量対保護義務
断熱レベル	3.6kV - 40.5kV (IEC 61869-2)	高圧システムの互換性
絶縁耐力	≥28kV以上（12kVクラスの場合）	安全性と信頼性の基準

一次アンペアから二次ミリアンペアまでの誘導チェーン全体は、CT の定格負荷および精度クラス内で線形を維持する必要があります。逸脱は、保護スキームの信頼性リスクにつながります。.

一次電流はどのようにしてCTの二次電圧を誘起するのか？

一次電流がどのように磁束を発生させるか、コアがどのように磁束を集中させるか、磁束の変化がどのように二次起電力を誘導するか、巻数比がどのように二次電流を制御するかを、MV変電所用途のエポキシ封止型CTコアと油浸型CTコアの性能比較とともに示すCT誘導技術インフォグラフィック。. — 一次電流がCTの二次電圧を誘起する仕組み

CT内部の電磁誘導プロセスは、正確な4段階のエネルギー伝達チェーンに従っています。各段階を理解することで、エンジニアは測定エラーを診断し、配電アプリケーションに適したCTを指定することができます。.

ステージ1 - 一次電流が磁場を作る 一次導体に交流電流が流れると、その周囲に時間的に変化する磁場が発生する。アンペールの法則³. .フィールド強度 $H$ は一次電流に比例する。 $I_1$ であり、磁路長に反比例する。.

ステージ2 - コア・チャネルと集中フラックス 珪素鋼のコアは相対的に高い。透磁率⁴ ( $\mmu_r$ 通常、粒方向グレードでは10,000～100,000）、磁束を集中させる。 $\フィー$ このため、コアの形状や材質はCT精度に直接影響します。低品位のコアは非線形性と位相変位誤差をもたらす。.

ステージ3 - 変化する磁束が二次起電力を引き起こす ファラデーの法則により、二次巻線における磁束の連鎖の変化率は起電力を誘発する：
$E_2 = -N_2 ⑭ ⑯frac{dPhi}{dt｝$
どこで $N_2$ は二次側の巻数である。この誘導起電力は二次電流 $I_2$ 接続された負荷（リレーまたはメーター）を介して。.

ステージ4 - ターン数比率が現在の変革を支配する 基本的なCT方程式：
$I_1 ⑬ N_1 = I_2 ⑭ N_2$
定格400/5AのCT $N_1=1$ 必要 $N_2=80$ は、一次側全負荷時に5A の二次側出力を生成する。.

エポキシ封入CTコアと油浸CTコアの性能比較

パラメータ	エポキシ・エンカプセル化CT	油浸CT
コア・プロテクション	高 - 湿気に対する密閉性	中程度 - オイルの完全性による
熱性能	105℃まで（クラスE絶縁）	連続90℃まで
メンテナンス	メンテナンスフリー	定期的なオイルサンプリングが必要
申し込み	屋内MV開閉装置、GISパネル	屋外変電所、レガシーシステム
信頼性	高 - オイル漏れのリスクなし	オイルの経年劣化のリスク

顧客事例 - 東南アジアEPCプロジェクト、調達マネージャー： ベトナムの12kV工業用変電所向けにCTを調達していたある調達マネージャーは、当初、レガシー・プロジェクト仕様に基づいて油浸ユニットを指定していました。Beptoのエンジニアリングチームと相談した結果、計量用に精度クラス0.5、保護用に5P20のエポキシ封止型CTを推奨しました。その結果、18ヶ月の運転期間中、メンテナンスの介入はゼロになり、2つの障害発生時に保護リレーが指定されたトリップ時間内に応答し、実際の負荷条件下で誘導精度が検証されました。.

誘導性能に基づいて適切なCTを選択するには？

電気的要件、環境条件、IEC規格、精度クラス、負荷定格、およびMV変電所、太陽光発電所、産業用パネル、海上プラットフォームなどのアプリケーションシナリオに基づいて適切な電流トランスを選択する方法を示す構造化CT選択インフォグラフィック。. — 誘導性能に適したCTの選択

CTを選択することは、単に電流比を合わせることではありません。誘導性能は、システムの電気的要求、環境条件、および保護哲学に適合していなければなりません。ここでは、Bepto Electricのエンジニアリングチームが使用する構造化された選択プロセスをご紹介します。.

ステップ1：電気的要件の定義

定格一次電流： ピーク故障電流ではなく、最大連続負荷電流に合わせる
CT比： 標準的な比率を選択するアイエック61869-2⁵ (例：100/5、200/5、400/1）
精度クラス： - 計量：クラス0.2Sまたは0.5（収益メータリングには0.2Sが必要）
- 保護：クラス5P10、5P20（故障電流下での精度限界係数を定義）
定格負荷（VA）： 接続されたリレー/メーターの負担に合わせる必要がある - サイズが小さいと飽和と誘導エラーが発生する

ステップ2：環境条件を考慮する

屋内配電盤： エポキシ樹脂封止、IP40～IP65、定格12kVまたは24kV
屋外変電所： 耐紫外線ハウジング、最小IP65、動作温度範囲-40℃～+55℃に適合
高湿度／沿岸環境 反追跡のエポキシの混合物、沿面距離≥125mm/kV
汚染された産業環境： 汚染度3（IEC 60664に準拠）、表面耐トラッキング性向上

ステップ3：規格と認証の一致

IEC 61869-2： 変流器のコア規格-精度、温度、短絡定格
IEC 60044-1： 多くのプロジェクト仕様書で参照されているレガシー規格
IP等級： 屋外用IP65、屋内用密閉パネル最低IP40
短時間定格電流（Ith）： システム障害レベルに耐えること（例：25kA、1秒間）

アプリケーション・シナリオ

産業用オートメーションパネル 小型リングコアCT、0.5クラス、5VA負荷
送電網の計測ポイント： 0.2Sクラス、デュアルコア設計による計測と保護の同時実現
MV変電所の保護： 5P20クラス、高ALF（精度限界係数）、故障時の信頼性の高いリレー動作を実現
太陽光発電所のグリッド接続： エネルギー収量測定精度クラス0.5S
海洋／オフショアプラットフォーム 熱帯性エポキシ、IEC 60068-2-52による塩霧試験済み

CTインダクションの精度を妨げる一般的な設置ミスとは？

技術者が中電圧変流器をテストしている様子を示したCT設置インフォグラフィック。主な試運転手順と、誘導精度を乱す可能性のある一般的な間違い（二次側の開回路、負荷の過負荷、極性反転、精度クラスの不一致、沿面距離の不足など）を示しています。. — 誘導精度を乱すCT設置のよくある間違い

完全に仕様化された CT であっても、設置が不適切であれば、正確な電磁誘導性能を発揮できません。これらは、現場設置で観察される最も重大なエラーです：

設置および試運転の手順

銘板定格を確認する - 設置前にCT比、精度クラス、負担定格が設計仕様と一致していることを確認すること
一次導体の向きをチェックする - 電流の方向がP1→P2の印と一致していることを確認する。逆転すると、保護リレーに180°の位相誤差が生じる。
二次回路の導通確認 - 開路電圧は 10kV を超え、絶縁を破壊する可能性があります。
接続負荷の測定 - 負荷メーターを使用して、実際のリレー / メーターの負荷が定格 VA を超えないことを確認します。
レシオと極性テストの実行 - パネルに通電する前に、CTアナライザーを使用して巻数比と極性を確認する。
絶縁抵抗の検査 - IEC 61869-2に従い、DC2500Vで一次側と二次側間の最小100MΩ

よくある間違い - これだけは避けよう

二次側をオープン回路にする： 最も危険なCTエラー - 負荷を切り離す前に必ず二次側を短絡させること。
定格負荷を超える： 定格VAを超える複数のリレーやメーターを接続すると、コアが飽和し、誘導直線性が損なわれる
極性マークを無視する： P1/P2またはS1/S2の向きが正しくないため、差動保護が誤動作する。
精度クラスが不一致： 収益測定に保護クラスCT（5P）を使用すると、許容できない測定誤差が生じる。
湿度の高い環境では沿面距離が不十分： 12～18カ月以内に表面トラッキングと絶縁不良につながる

結論

変流器における電磁誘導は、一次電流から磁束、誘導二次起電力へと、ファラデーの法則と巻数比方程式によって支配される、精密に設計されたプロセスです。中電圧配電システムでは、正しい精度クラス、コア材料、絶縁レベル、および負荷定格を持つCTを選択することは、オプションのエンジニアリングの詳細ではなく、信頼性の高い計測および保護の基礎となります。Bepto ElectricのCTはIEC 61869-2に準拠して製造されており、精度クラスは0.2Sから5P20まで、産業用パネルから送電網の変電所まであらゆるアプリケーションに対応しています。誘導物理学を正しく理解すれば、保護スキームは機能します。これを誤ると、リレーはあなたを救うことはできません。.

電流トランスの電磁誘導に関するFAQ

Q: CTの二次回路が開回路になった場合、電磁誘導精度はどうなりますか？

A: 二次側をオープン回路にすると、対向するMMFが除去され、コアが深い飽和状態に追い込まれます。これは誘導直線性を破壊し、二次側端子に危険な高電圧を発生させ、CTコアの絶縁を永久的に損傷する可能性があります。.

Q: コアの材質は高圧 CT の電磁誘導性能にどのような影響を与えますか？

A: グレインオリエンテッドシリコンスチールは高い透磁率と低いヒステリシスロスを提供し、全定格電流範囲にわたって直線的な磁束対電流誘導を維持します。低グレードのコアは早期に飽和し、保護リレーの精度を損なう位相誤差や比率誤差をもたらします。.

Q: 配電システムの収益メーターには、どのような精度クラスのCTが必要ですか？

A: IEC 61869-2 は、収益グレードのエネルギー計測にクラス 0.2S を要求している。産業用サブメータにはクラス0.5が許容される。保護アプリケーションでは、通常負荷精度よりも故障電流下での性能を優先するクラス5P10または5P20を使用する。.

Q: 1つのCTコアで計量と保護の両方の機能を同時に果たすことができますか？

A: デュアルコアCTは、計量用（0.2S/0.5）と保護用（5P20）の別々の巻線を提供し、同じ一次導体を共有します。単芯二重目的設計は精度のトレードオフを伴い、重要な保護スキームには推奨されません。.

Q: 定格負荷は CT の電磁誘導直線性にどのような影響を与えますか？

A: 定格負担を超えると、二次回路のインピーダンスが増加し、二次電流を駆動するのに必要な電圧が上昇します。これはコアを飽和に向かわせ、誘導直線性を劣化させ、故障状態中に保護リレーが十分に到達しない原因となる比率誤差をもたらします。.

変化する磁場がどのように起電力を引き起こすかについての科学的原理。. ↩
電気系統におけるガルバニック絶縁の安全上の利点と技術的実装。. ↩
電流とそれが作り出す磁場の間の数学的関係。. ↩
コア材の透磁率が磁束集中にどのように影響するかについての技術データ。. ↩
変流器の性能と安全性を規定する国際規格。. ↩