変流器回路について
第1種電気工事士実技試験では、出題頻度は低いものの変流器回路の問題が出題されます。
変流器回路は、高圧回路にあまりなじみのない方には理解しにくいものですが、参考書へ詳しく説明したものはあまり見かけません。ここではその回路を詳しく説明します。


@変流器の基礎
変流器とは何のために用いるか?という事ですが、これは電流を小さい値に変換して扱いやすくするというものです。
具体的に、計測回路で説明します。例えば、最大500Aの電流が流れる電路があるとします。で、今電路にいくら電流が流れてるか知りたい場合に、電流計を接続したいとします。しかし、500Aもの電流を測定できる電流計など存在しないか、存在してもかなり大規模なものになってしまいます。

そこで、変流器を用いて電流を小さくします。
例えば変流比「1000/5」の変流器を使うとします。すると、変流器の1次側に500A流れたとしても、2次側では2.5Aしか流れません。すなわち2.5Aまで測定できる電流計があればよいのです!つまり、変流器2次側回路の電流計の指示値を20倍(1000/5なので)すれば1次側の電流がわかります!これは便利ですね!
右図は、上に書いてる内容を図に書き直したものです。これは単線図なので複線図に書きなおせるようにすれば1種電気工事士の変流器回路も克服できます!



A変流器の実物
ここでは、実物はどんな姿をしているか?どの様に接続するのか?という事を学びたいと思います。
まず、単線図を見て実物がどのようであるからどのように接続するか?を知り、そして電気工事士試験で用いられるブロック端子へ置き換えて単位問題をやるようにするのがよいと思います。

変流器の実物は、左図のようにリング状になったコイルの中に電線を通します。で、通した電線に電流が流れるとその電線の電磁力によって変流器のコイルに電流が誘起されます。
コイルに誘起された電流が2次回路に流れます。このとき流れる電流は、変流比に応じた電流です。これは変圧器の巻数比(変圧比)にあたるものです。
電気工事士試験では、この変流器をブロック端子に置き換えて出題されますので、実物をイメージしてブロック端子へ結線してください。


B単相回路の複線図変換
いきなり3相回路から学ぶと難しいので、基本の基本という事で単相回路から勉強しましょう!

余りに簡単すぎて、説明を書く事もありませんね(o^∇^o)ノ
単相回路だとこのように書きます。上の実物の絵を見ていただいておけば、より理解しやすいと思います!
一つ注意事項があります。変流器の2次回路には、保安のために必ず接地が必要です。また、接地はかならず1点接地です。2点接地はぜったいだめです。その接地箇所は、変流器回路の電流の帰りの方(コモン側)ですので覚えておいてください。

C3相回路の複線図変換
単相回路は簡単すぎて拍子抜けされたかと思います。これからいよいよ本題です。
本題は、3相回路の複線図(3線結線図)です。これで変流器の接続方法を学んでください!

これは3相の電流測定回路の基本形です。どういう接続方法かというと、変流器のスター結線です。第1種受験者の方にはもはや説明は不要だと思います。変圧器のスター結線と同じですね。

各相の電流の帰り(コモン)を短絡して返すように結線します。
この結線を覚えておけば実務でも必ず役立ちます!必ず覚えてください!第1種電気工事士は、この結線の省略形なので、まず正規のこの形を覚えてしまうことが大切です。

もう一つ注意点です。上の単相回路での中でも説明しましたが、変流器2次回路には必ず接地が必要です。これは、単相でも3相でも同じです。接地する場所も同じです。
つまり、電流の帰り(コモン)を1点接地します。これも保安のためです。

  〜以下は理論的な話なので読み飛ばしていただいてもいいです〜
CT2次回路の3相を短絡している箇所では、3相分の電流が合成されますが、この短絡されている以降は普段はほとんど電流が流れません。というのが、通常の平衡3相電流ならば120°ずつ位相のずれた同じ大きさの電流が流れます。これを合成するとすべて打ち消して”0”になります。



D3相回路の複線図変換(電気工事士によく出題される結線)
上のところまでマスターできていれば変流器回路は大体マスターできていますが、最後に第1種電気工事士に出題される形を学んでおきたいと思います。

これが、第1種電気工事士に一番よく出題される形(というか、高圧受電設備に使われる形)です。これは、変流器をV結線しています。上の本来の形から言えば、真ん中の相の変流器を取り除いた形です。

真ん中の相の変流器を取り除いたら、そこの電流(Ib)は測定できないのでは?と思われるかもわかりませんが、実は測定できてしまいます。(これがミソ!)実は2つの相の電流を合成すると、残り1相の電流が分かる(逆向きの位相の電流)のです。右のベクトルを見ていただけば意味が分かると思います。

つまり、変流器2つで3相の電流が測定できてしまうのです。それならムダなものは必要ないじゃんっていう理由から変流器2つのV結線を高圧受電設備では使っています。

ちなみにこの回路にもやっぱり接地が必要です。場所は先に説明したとおり同じ場所です。
この形を覚えてくださいね〜



EAS(電流計切換開閉器)について
続いて知っておきたいのが、電流計切換開閉器(AS)についてです。 この器具の設置目的を述べたいと思います。

右の回路は上のDで学んだ変流器のV結線による電流計測回路です。 この回路で3つの相の電流を知るためには3つの電流計が必要でした。

この3つの電流計を1つの電流計にできる(3相の電流を1つの電流計で測定できる)ようにしたものを「電流計切換開閉器」といいます。
Iaが知りたい時には、切換開閉器を切換えてa相へ電流計がつながるように、Icが知りたいときにはc相へつながるように・・・という風に切換えれば1つの電流計で3相測定できます。

これも、むだな設備のスリム化のため広く用いられているものです。


FAS(電流計切換開閉器)の仕組み
ほとんど覚える必要もありませんが、仕組みは一応こんなイメージです。(イメージ図なので、正しい回路図ではありません)
ワンタッチに切換えスイッチを切換える事で、変流器2次回路のどこの相へでも任意に電流計を接続する事ができます。
中の仕組みまで覚える必要もありませんし、この回路図自体、ボクが勝手に考えて書いた図なので正確なものではありません。イメージ図だと思ってください。

ここで、知っておいていただきたいのは、ASとは、「ワンタッチに切換えスイッチを切換える事で、変流器2次回路のどこの相へでも任意に電流計を接続する事ができる」という事だけです。

   最後にIaを測定する場合の回路図のイメージを示したいと思います。(電流の流れ方をみて下さい)




GASの回路図の描き方
上で、電流計切換開閉器の概要を学びました。ある程度目的・仕組みがご理解いただけたかと思います。ここでは、その回路図の実際の描き方および結線を学びます。


筆記試験の時に学んだと思いますが、あの○にY(の逆)マークが電流計切換開閉器マークです。上で学んだ仕組みの中身を隠してしまった感じですね!
最終的に、ASの役割と結線の仕方を覚えておけばよいので、この形はぜったい覚えてくださいね!



H過電流継電器との組み合わせ回路
最後に、過電流継電器による短絡保護回路について学んでおきたいと思います。これは、電流の回路なので、変流器2次側回路に直列に接続します。


簡単ですね(o^∇^o)ノ各相の電流の通り道に直列につけます。
過電流継電器について少しふれておきます。この継電器は、その名の通り一定以上電流が流れると動作して電路を停電させる役割があります。一定以上電流が流れる=短絡事故発生時という事になります。

つまり、この回路は短絡保護回路になっています。で、継電器が2つしか設置してない事が気になると思います。がこれは2つでよいのです。

なぜかといいますと、短絡保護=いずれか2相・もしくは3相がくっつくから事だからです。今はR相とT相へ継電器を設置しています。このように2つ設置していれば、どの相同士が短絡しても(くっついても)どこか一つの継電器は働きます。なので、2つ継電器があれば短絡保護できます。



Iまとめテスト
ここまでの内容をマスターすれば、CT回路もまったく問題なく解けます。最後に理解度確認テスト(複線図変換)です。


     簡単だと思いますがこれの複線図変換を行ってください!!



<解答>




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