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保護および計測用変流器設計ガイド
変流器（CT）は、一次電流をリレーおよびメーター用の標準的な二次値に変換する精密装置です。CTの設計では、さまざまな運転条件下で精度要件を満たすために、磁気特性、熱的限界、機械的強度のバランスを取る必要があります。
簡単な定義： 変流器の設計とは、一次電流を所定の比率で正確に再現するため、コア材料、巻線構成、絶縁システムを選定する工学的プロセスです。
プロジェクトの主要なポイント
- CTの設計は、精度、安全性、試験に関してIEC 61869-2およびIEEE C57.13規格に適合していなければなりません。
- 故障時のCTの信頼性は、コアの磁気飽和、負荷容量の選定、および熱的性能によって決まります。
- Enwei Electricは、保護、計量、およびデジタル変電所アプリケーション向けに設計されたカスタマイズCTを提供しています。
- IEC、IEEE、NERCからの外部規格が、仕様、試験、保守手順の策定を支援しています。
設計目的の定義
設計者はまず、CTが保護用途、計量用途、または両方の用途に使用されるかを明確にします。保護用CTは、故障時の磁気飽和を回避するため、過渡応答性能と高い膝点電圧を重視します。計量用CTは、負荷範囲全体にわたる精度を重視します。環境条件、取付制約、開閉装置との統合は、形状および絶縁方式の選定に影響を与えます。
磁気回路の基本原理
CTのコアは、一次電流によって発生する磁束を導く磁気回路を形成します。コアの断面積と磁路長は、励磁電流および磁気飽和特性を決定します。設計者は、励磁電流を最小限に抑えるために高透磁率材料を使用し、二次電流が一次波形に正確に追随することを確保します。
空隙はしばしば望ましくないものですが、特別なCTでは飽和を制御するために意図的に設けられることがあります。しかし、空隙は励磁電流を増加させ、精度を低下させるため、慎重にモデル化する必要があります。
規格の整合性と参照
- IEC 61869-2:2012 — 精度クラス、熱的限界および試験手順を規定しています。 出典: IEC
- IEEE C57.13-2016 — 北米における計器用変成器の要求事項をカバーしています。 出典: IEEE
- NERC PRC-005 — 保護システム部品の保守間隔を示しています。 出典：NERC
コンプライアンスにより、CTがグローバルな精度要件および規制監査要件を満たすことが保証されます。
コア設計計算
設計者は、選択した材料に対して許容される最大磁束密度を使用してコアの断面積を計算し、一次電流、巻数比、周波数を考慮に入れます。磁束密度は、最大短絡電流条件下でも飽和閾値を下回っている必要があります。
膝点電圧は、コアの特性と巻数比から算出され、保護用変流器が二次回路に高い負荷がかかっても出力を維持できるようにします。技術者はまた、指定されたクラス内の精度を確認するために、励磁電流および励磁特性曲線を決定します。
巻線および負荷に関する考慮事項
二次巻線の設計では、所望の変成比を達成しつつ熱負荷に対応できるよう、導体の線径と巻数を選定します。巻線抵抗および漏れリアクタンスは全体の負荷に影響するため、最小限に抑える必要があります。
負荷の計算には、計測器やリレーなどの接続機器に加え、リード線の抵抗を含めます。総負荷は定格値以下に保たれなければならず、精度を維持するために必要です。一部の設計では、保護用回路と計測用回路を分けるために複数の二次巻線を採用しています。
コアおよび巻線材料の選定
保護用CTは、高飽和磁束密度を得るために粒界矯正シリコン鋼板またはナノ結晶材料を使用することが多いです。計測用CTは、低電流時の精度を向上させるためにアモルファス合金を使用することがあります。二次巻線の絶縁にはエナメル線を用い、電圧クラスに応じてエポキシ、マイラー、またはノーメックス層を追加で使用します。
機械的設計には、短絡電流による力に耐えるための支持構造、クランプフレーム、および樹脂封止が含まれます。屋外用CTは耐候性ハウジングを必要とし、屋内用CTは開閉装置の区画に統合されます。
熱的および機械的性能
CTは銅損および鉄心ヒステリシスによって発熱します。熱解析により、温度上昇がIECの限界内に収まるようにします。効果的に放熱するために、キャストエポキシまたは油浸式ハウジングが採用されることがあります。
短絡力は数kNを超えることがあり、特に大電流用途では大きくなります。CTのフレーム、支持ブラケットおよび絶縁体は変形や絶縁破壊を防ぐために機械的応力に耐えなければなりません。
試験と検証
プロトタイプのCTは、比差精度試験、極性チェック、絶縁試験、短時間電流耐量試験、局部放電測定などの定例試験、型式試験および特殊試験を実施します。励磁特性曲線により膝点電圧を確認し、温度上昇試験で熱設計を検証します。
有限要素解析（FEA）などのデジタルモデリングツールを活用して、物理的な試験前の磁束分布や機械的応力を検証します。Enwei Electricの試験所では、顧客仕様および国際規格への適合性を証明するためのデータを取得しています。
電流変成器設計エンジニアチェックリスト
- 用途の特定：保護、計測、または両用。
- 飽和を回避するために、コア材質を選定し、断面積を決定する。
- 巻数比、膝点電圧、励磁電流を計算する。
- 接続機器および配線を含む負荷（バーデン）を評価する。
- 運転環境に応じて、絶縁構造、熱管理および機械的支持を設計する。
- IEC 61869-2およびIEEE C57.13に準拠した検証試験を計画する。
Enwei ElectricのCT設計の専門知識
Enwei Electricは、カスタマイズ可能な変成比、精度クラス、絶縁システムを備えた中・低圧用CTを製造しています。製品の選択肢については、 https://www.enweielectric.com/products/current-transformersをご覧ください。スイッチギア（ https://www.enweielectric.com/products/switchgear）および変圧器（ https://www.enweielectric.com/products/transformers）との統合により、システム全体の整合性のある性能が確保されます。
電流変成器設計に関するエンジニアリングFAQ
故障時にCTの磁気飽和を防ぐにはどうすればよいですか？
適切なコア材料を選定し、巻き数を増やして定格限界内での負荷を管理することで、高い膝点電圧を実現する設計を行います。
1つのCTで保護と計測の両方に使用できますか？
はい、異なる精度クラス向けに設計された二重二次巻線を持つことで可能ですが、相互干渉を避けるため、負荷の管理を慎重に行う必要があります。
Enwei Electricはどのような設計支援を提供していますか？
Enwei Electricはアプリケーションエンジニアリング、比の選定、および検証試験を提供し、保護または計量要件に応じたカスタマイズされたCTを実現します。
行動喚起：Enwei Electricと精密CTを設計しましょう
正確な測定と信頼性の高い保護には、堅牢な電流変成器（CT）設計が不可欠です。エンジニアリングされたCTソリューション、試験、およびシステム統合サポートについては、Enwei Electricと提携してください。 本日中にEnwei Electricにご連絡いただき、電流変成器設計プロジェクトを加速させましょう。
プロジェクト用途
Enwei Electric製品ハブにおける実際の導入事例とギャラリーのハイライトをご覧ください：
- 変圧器ソリューション 配電および産業用プロジェクト向け。
- 開閉装置ポートフォリオ 中圧および低圧制御室をカバーしています。
- 電流変成器のシリーズ 精密な計測と保護をサポートします。
- プレファブリケート変電所 変成器、開閉装置、および盤を一体化したものです。
