変流器の飽和とは、CT の磁気コアが最大磁束容量に達し、一次電流を二次回路に線形変換できなくなる状態です。飽和が発生すると、CT 出力が一次電流波形を正確に再現できなくなり、二次信号の歪み、測定誤差、および保護リレーの誤動作の可能性が生じます。飽和を理解することは、適切な CT の選択とシステム設計、特に故障電流が定格値の何倍にもなる可能性がある保護アプリケーションにとって重要です。
飽和の基本的な原因は、CT コア材料の磁気的挙動です。変流器は、一次交流電流がコア内に交流磁束を誘導し、それによって二次電圧と電流が誘導されるという原理で動作します。コア磁束がコア材料の飽和レベルを下回っている限り、この関係は線形です。ただし、すべての磁性材料には有限の磁束保持能力があります。-磁束がこのレベルを超えると、コアは飽和したと言われ、一次電流と二次電流の間の線形関係が崩れます。
いくつかの要因が CT 飽和を引き起こす可能性があります。最も一般的な原因は、障害状態時などの過剰な一次電流です。故障電流が大きい場合、CT の動作特性が乱れ、保護装置が迷惑な動作をする可能性があります。一次電流が CT の精度限界を超えると、コアが飽和し、二次電流波形が歪みます。故障電流の大きさ、故障電流の DC 成分、一次時定数、鉄心の残留磁束はすべて飽和に寄与します。
故障電流の DC 成分は、飽和において特に重要な役割を果たします。電力システムの故障電流には、多くの場合、減衰する DC オフセットが含まれており、AC 成分のみよりも急速に CT コアが飽和状態に陥る可能性があります。この DC バイアスにより、保護 CT の飽和が数ミリ秒加速され、計測 CT の転送エラーが増加する可能性があります。この影響は、大きな誘導負荷や長い伝送線路など、時定数が長いシステムで最も顕著になります。
CT コア内の残留磁束も要因の 1 つです。故障中に CT が遮断されると、コアには残留磁束が保持される可能性があり、この残留磁束は後続の故障によって生成される磁束と同じ方向になる可能性があります。この残留磁束により、飽和前に利用可能な磁束ヘッドルームが減少し、CT の飽和しきい値が効果的に低下します。この現象は、複数の CT が協調して動作する必要がある差動保護方式で特に問題になります。
飽和の開始は、励起電流を観察することによって検出できます。 CT の励磁特性は、ニーポイントまでは印加電圧と励磁電流の間に線形関係を示し、それを超えると電圧がわずかに増加すると電流が急速に増加します。飽和領域に入ると、印加電圧が 10% 増加すると二次電流が 30% ～ 50% 増加する可能性があり、コアが追加の磁束をサポートできなくなったことを示します。
CT パフォーマンスに対する飽和の影響は重大です。二次電流は歪み、通常、一次電流と比較して面積が減少したピーク波形を示します。この歪みにより、実効 RMS 二次電流が予想よりも低くなり、その結果、一次電流の測定が不十分になります。-保護用途では、二次電流の歪みにより保護リレーの誤動作や動作時間の遅延が発生する可能性があります。リレー動作の遅延は、システムの安定性と機器の保護に重大な影響を与える可能性があります。
コア材料の選択は、飽和特性を決定する上で重要な役割を果たします。ケイ素鋼、フェライト、パーマロイ、ナノ結晶、アモルファス合金などのさまざまな磁性材料-は、異なる飽和誘導レベルやその他の磁気特性を持っています。シリコン鋼は飽和磁束密度が高いため、保護 CT に最も一般的に使用される材料ですが、ナノ結晶材料はより高い透磁率とより低い損失を提供します。コア材料の選択には、飽和性能、コスト、その他の要素間のトレードオフが関係します。-
飽和を防ぐには、適切な CT 設計とアプリケーションが必要です。 CT の定格負荷、精度クラス、およびニーポイント電圧は、予想される最大故障電流の下でコアが線形領域に留まるように選択する必要があります。保護アプリケーションの場合、精度制限係数 (ALF) は、CT が指定された精度を維持する必要がある定格一次電流の倍数を指定します。 ALF が高い CT は、飽和することなく、より高い故障電流に耐えることができます。さらに、負荷の低いリレー、短いケーブル配線、適切なケーブル断面積-を使用して二次的な負担を最小限に抑える-ことにより、CT の磁束ヘッドルームを維持できます。-
要約すると、CT 飽和は磁気コア変流器の基本的な制限であり、適切な設計と適用を通じて慎重に管理する必要があります。{0}飽和の原因、影響、防止を理解することは、電力システムの信頼性の高い保護と正確な測定を確保するために不可欠です。