はじめに：CTの使用負担と二次ケーブルの関係
変流器（CT）は一次側の大電流を小電流に変換し、安全に計測や保護に利用する重要機器です。CTの性能を最大限発揮するためには、定格負担容量の範囲内で使用することが不可欠です。定格負担を超えると、測定誤差の増大や保護継電器の誤動作など、設備の信頼性を損なう恐れがあります。CTの負担は、接続する計器の負担と二次ケーブルの負担の合計で決まりますが、特に長距離配線や断面積の小さいケーブルでは、二次ケーブルの抵抗によるVA負担が無視できません。現場では、このケーブル負担を過小評価してしまうケースが多く見られます。
また、高圧受電設備においては、過電流定数の確認も重要な要素となりますが、本記事では低圧負荷に取り付けるCTの使用負担に焦点を当てます。そのため、過電流定数に関する説明は割愛し、主に二次ケーブルが使用負担に与える影響と、その計算方法について解説します。さらに、5A二次と1A二次を用いた具体的な計算例を示し、設計段階での確認の重要性を明確にします。
CTの使用負担（VA）の基本概念
CTの「負担容量（VA）」とは、二次回路に接続された計器やケーブルなどがCTに与える電気的負担を表します。定格負担は、CTが精度を保てる最大負担を示し、通常は 5VA や 15VA などで規定されます。使用負担は、接続計器のVAと二次ケーブルのVAを合算して求めます。もし使用負担が定格負担を超えると、測定値に誤差が生じ、モータリレーなどの保護継電器の動作にも悪影響を及ぼしてしまいます。そのため、負担計算はCT選定や配線設計において必須の確認項目です。設計段階では計器の負担は確認しても、ケーブル負担を見落とすケースが多く、特に長距離ケーブルの場合には慎重な確認が求められます。具体的に見ていきましょう。
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二次ケーブルによるVA負担の計算方法
二次ケーブルの負担（VA）は、次の式で求めます。
VA = (I2) × (R )
ここでIは二次電流（A）、Rは接続する計器の定格負担とケーブルの往復抵抗（Ω）の合計です。接続計器の抵抗値は案外大したことはありません。例えば、トランスデューサ 0.5VA、広角度指示計 0.4VA 程度です。 重要なのは「ケーブルの往復抵抗」は、単位長あたりの抵抗値（Ω/km）と長さ（km）から計算します。
例えば、CVVおよびIVの2sq、1.25sqおける抵抗値の例です。
| ケーブル種類 | 公称断面積 | 抵抗値（Ω/km） |
|---|---|---|
| CVV | 2sq | 約9.42 |
| CVV | 1.25sq | 約16.8 |
| IV | 2sq | 約9.24 |
| IV | 1.25sq | 約16.5 |
計算では往復距離を考慮するため、例えば、コントロールセンタから現場盤までの片道が30mとすると往復抵抗は60mとして抵抗を求める必要性があります。次章では、5A二次と1A二次、それぞれの配線条件に基づく具体例を示します。
CT選定時の注意点と負担容量の確認方法
CT選定時には、計器の負担とケーブル負担を合算し、定格負担以内に収める必要があります。計器負担は仕様書で確認し、ケーブル負担は計算で求めます。5A二次CTはケーブル負担が大きくなりやすく、長距離配線では1A二次の採用を検討することが望ましいです。また、盤内配線も負担に含める必要があります。短い距離でも抵抗値は確実に加算されるため、計算を省略すると誤差の原因となります。特に既設設備の改修時には既存ケーブルの条件を正確に把握し、適合するCTに置き換えることが重要です。
ケーブル長さと断面積が負担に与える影響
長いケーブルや細い断面積のケーブルは抵抗値が大きく、結果としてVA負担も増えます。例えば5A二次で片道30mのCVV2sqを使用した場合、抵抗値は9.42Ω/km×0.03×2km≒0.57Ωとなります。この場合のVAは 52×0.57＝14.25VA で、定格5VAのCTでは大きく超過してしまいます。仮に15VAとしても、内線も考慮すると心許ないです。一方、1A二次では同条件でもVAは 12×0.57＝0.57VA となり、負担は大幅に減少します。また、断面積を大きくすると抵抗は低減しますが、施工コストや配線スペースも考慮が必要です。現場においては、盤外にCT二次を送る場合には 1A とすることが一般的です。
実務で使える計算例
例えば、以下のCT選定が正しいか計算式を用いて確認してみましょう。
CT(15VA)、盤内配線IV(2sq)往復6m、盤外配線CVV(2sq)片道30m、広角度指示計1台(0.4VA)
① 5A二次
1. ケーブル抵抗の計算
盤外CVV 2sq（片道30m → 往復60m）
\( R_{CVV} = 9.42 \Omega/km \times 0.06 km = 0.5652 \Omega \)
盤内IV 2sq（往復6m → 0.006 km）
\( R_{IV} = 9.24 \Omega/km \times 0.006 km = 0.05544 \Omega \)
合計抵抗
\( R_{total} = R_{CVV} + R_{IV} = 0.5652 + 0.05544 = 0.62064 \Omega \)
2. ケーブル負担VA
\( VA_{cable} = I^2 \times R = 5^2 \times 0.62064 = 15.516 VA \)
3. 総使用負担VA（計器込み）
\( VA_{total} = VA_{cable} + VA_{instrument} = 15.516 + 0.4 = 15.916 VA \)
4. 評価
CT定格15VAに対して総負担は \( 15.916 VA \) となり、わずかに定格を超過しています。5A二次では精度低下や誤動作のリスクがあるため、1A二次化やケーブル断面増加の検討が必要です。
②1A二次の場合
1. ケーブル抵抗の計算
盤外CVV 2sq（片道30m → 往復60m）
\( R_{CVV} = 9.42 \Omega/km \times 0.06 km = 0.5652 \Omega \)
盤内IV 2sq（往復6m → 0.006 km）
\( R_{IV} = 9.24 \Omega/km \times 0.006 km = 0.05544 \Omega \)
合計抵抗
\( R_{total} = R_{CVV} + R_{IV} = 0.5652 + 0.05544 = 0.62064 \Omega \)
2. ケーブル負担VA
\( VA_{cable} = I^2 \times R = 1^2 \times 0.62064 = 0.62064 VA \)
3. 総使用負担VA（計器込み）
\( VA_{total} = VA_{cable} + VA_{instrument} = 0.62064 + 0.4 = 1.02064 VA \)
4. 評価
CT定格15VAに対して総負担は \( 1.02 VA \) となり、余裕十分です。1A二次に変更すれば安全かつ精度を確保でき、長距離配線や計器追加にも対応可能です。
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実務で使える計算ツール・早見表の活用
現場ではメーカー提供のケーブル負担早見表や、Excel計算シートの活用が効率的です。早見表ではケーブル種類・断面積・距離ごとのVAが一覧で確認でき、設計ミス防止に役立ちます。また、スマホアプリを使えば現場で即座に負担計算が可能です。特に長距離配線や既設改修時には、既存ケーブル条件を入力してCTの適否を確認することで、精度低下や誤動作を未然に防げます。
まとめ
CTの使用負担は、計器と二次ケーブル負担の合計で決まり、長距離配線や5A二次では超過しやすいことが分かります。今回の例では1A二次にすることで負担を大幅に軽減でき、精度維持と誤動作防止につながります。設計段階での負担計算は、計測信頼性と安全性を確保する基本です。現場での迅速な確認には、早見表や計算ツールの活用を推奨します。
