《機械》〈変圧器〉[R04:問3]計器用変圧器及び変流器に関する空欄穴埋問題

【問題】

【難易度】★★☆☆☆（やや易しい）

次の文章は，計器用変成器に関する記述である。文中の\( \ \fbox{$\hskip3em\Rule{0pt}{0.8em}{0em}$} \ \)に当てはまる最も適切なものを解答群の中から選べ。

交流の高電圧又は大電流を測定する場合，変圧器を用いて計器の測定範囲に適した電圧や電流に変換することがある。これらの変圧器を計器用変成器といい，電圧測定用のものを計器用変圧器\( \ \mathrm {\left( VT , PT\right) } \ \)，電流測定用のものを変流器\( \ \mathrm {\left( CT\right) } \ \)という。計器用変成器の二次側負荷は計器や継電器などであり，線路の一般的な負荷と区別するためこれを\( \ \fbox {　 （１） 　} \ \)という。

計器用変成器は，等価回路としては普通の電力用変圧器と同じであるが，変圧比及び変流比の精度を良くするためには，高透磁率の鉄心を使用して\( \ \fbox {　 （２） 　} \ \)電流を小さくするとともに，一次及び二次巻線の巻線抵抗と漏れリアクタンスを極力\( \ \fbox {　 （３） 　} \ \)くする必要がある。実際の計器用変成器では誤差が含まれるため，公称変圧比又は公称変流比と実際の変圧比又は変流比との差を，実際の変圧比又は変流比で除して百分率で表したものを計器用変成器の\( \ \fbox {　 （４） 　} \ \)という。

変流器の使用中に二次側に接続されている機器を切り離す場合には，まず，変流器の二次端子を\( \ \fbox {　 （５） 　} \ \)するなどの過電圧対策をしておかなければならない。

〔問3の解答群〕
\[
\begin{eqnarray}
&（イ）&　短絡　　　　　&（ロ）&　開放　　　　　&（ハ）&　負担 \\[ 5pt ] &（ニ）&　励磁　　　　　&（ホ）&　絶縁　　　　　&（ヘ）&　負荷 \\[ 5pt ] &（ト）&　等し　　　　　&（チ）&　小さ　　　　　&（リ）&　許容 \\[ 5pt ] &（ヌ）&　抵抗　　　　　&（ル）&　損失　　　　　&（ヲ）&　大き \\[ 5pt ] &（ワ）&　相対誤差　　　　　　　　　&（カ）&　比誤差　　　　　　　　　&（ヨ）&　 誤差率 \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\]

【ワンポイント解説】

計器用変成器の特徴と注意点に関する問題です。
(4)の空欄はあまり電験では見かけなかった問題で個人的には名称よりも計算式の方が重要な気がします。測定時の指標である誤差率や補正率と計算式は同じですが，名称は異なりますので注意して下さい。それ以外の空欄が正答できれば，十分に合格圏内と言えるでしょう。

1.計器用変成器
計器用変成器はそのままでは測定困難な高電圧や大電流を測定可能な大きさの電圧や電流に変成して測定機器を接続する機器です。計器用変圧器と変流器があります。

①計器用変圧器\( \ \left( \mathrm {VT} \right) \ \)
図1のように一次（主回路）側の高電圧を二次（計器）側の低電圧に変換する機器となります。
一次二次の巻数比と変圧比の関係は，
\[
\begin{eqnarray}
\frac {N_{1}}{N_{2}}&=&\frac {V_{1}}{V_{2}} \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\] となります。
計器用変圧器\( \ \mathrm {VT} \ \)の二次側を短絡すると，二次側に電圧を発生させるため過大な電流が流れ，機器の焼損や波及事故が発生してしまう可能性があるので，二次側は絶対に短絡してはいけません。

②変流器\( \ \left( \mathrm {CT} \right) \ \)
図2のように一次（主回路）側の大電流を二次（計器）側の測定電流に変換する機器となります。
一次二次の巻数比と変流比の関係は，
\[
\begin{eqnarray}
\frac {N_{1}}{N_{2}}&=&\frac {I_{2}}{I_{1}} \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\] となります。
変流器\( \ \mathrm {CT} \ \)の二次側を開放すると測定電流が全て励磁電流となるので，鉄心の磁束密度が著しく大きくなり，焼損するおそれがあります。したがって，二次側は絶対に開放してはいけません。

2.計器用変成器の比誤差，比補正
計器用変成器において，公称の変圧比もしくは変流比\( \ K_{\mathrm {n}} \ \)が真の変圧比もしくは変流比\( \ K \ \)に対してどれだけ差異があるかの割合を比誤差\( \ \varepsilon \ \)といい，
\[
\begin{eqnarray}
\varepsilon &=&\frac {K_{\mathrm {n}}-K}{K}\times 100 \ \mathrm {[％]} \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\] で求められます。また，真の変圧比もしくは変流比\( \ K \ \)にするために補正すべき割合を比補正\( \ \alpha \ \)といい，
\[
\begin{eqnarray}
\alpha &=&\frac {K-K_{\mathrm {n}}}{K_{\mathrm {n}}}\times 100 \ \mathrm {[％]} \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\] で求められます。

【解答】

(1)解答：ハ
題意より解答候補は，（ハ）負担，（ヌ）抵抗，（ル）損失，等になると思います。
定格電流が流れたときの変流器の皮相電力を定格負担と読んだりしますが，本空欄の場合は消去法でほぼ負担が導き出せるかと思います。

(2)解答：ニ
題意より解答候補は，（イ）短絡，（ニ）励磁，（リ）許容，等になると思います。
変圧比及び変流比の精度を良くするためには励磁電流を小さくすることが重要で，励磁電流が大きいと大きな誤差が発生します。

(3)解答：チ
題意より解答候補は，（ト）等し，（チ）小さ，（ヲ）大き，になると思います。
一次及び二次巻線の巻線抵抗と漏れリアクタンスも誤差発生の要因となるので，極力小さくした方が良いです。

(4)解答：カ
題意より解答候補は，（ワ）相対誤差，（カ）比誤差，（ヨ）誤差率，になると思います。
ワンポイント解説「2.計器用変成器の比誤差，比補正」の通り，公称変圧比又は公称変流比と実際の変圧比又は変流比との差を，実際の変圧比又は変流比で除して百分率で表したものを比誤差といいます。
相対誤差及び誤差率は意味は同じで測定時の誤差を表す用語であり，真の値\( \ T \ \)と測定機器による測定値\( \ M \ \)の誤差率（相対誤差）を\( \ ％\varepsilon \ \)とすると，
\[
\begin{eqnarray}
％\varepsilon &=&\frac {M-T}{T}\times 100 \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\] となります。

(5)解答：イ
題意より解答候補は，（イ）短絡，（ロ）開放，（ホ）絶縁，になると思います。
ワンポイント解説「1.計器用変成器」の通り，変流器は二次端子を開放してはいけないので，二次側に接続されている機器を切り離す場合には，変流器の二次端子を短絡するなどの対策をしておく必要があります。