Jiangshan Scotech Electrical Co.、Ltd
接地変圧器の概要
Oct 13, 2025
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接地変圧器とも呼ばれる接地変圧器は、三相 - 相電力システムで使用される補助変圧器の一種です。これは通常、自然中性点のない電力システムで、直接またはアーク抑制リアクトル、抵抗器、電流制限リアクトルなどのインピーダンスを介して、人工的に中性点を接地するために使用されます。線路 - から - の地絡中に、ゼロの - 系列故障電流に対して低インピーダンスの経路 - を提供し（正相および負相電流に対しては高インピーダンスを示します）、故障電流と過渡過電圧を制限して、地絡保護システムの信頼性の高い動作を保証します。さらに、通常は回路ブレーカーが障害を解除するまで短い - 回路接地電流が流れるため、- 時間定格が短くなります。接地変圧器の kVA 定格は、通常の線路 - から - の中性点電圧と、数秒から数分などの指定時間内の故障電流値によって決まります。さらに、変電所に継続的に電力を供給するために二次（低電圧 -）巻線を採用することもでき、デルタ - 接続された 3 つの - 相システムが、中性点への電流の戻り経路を提供することで - から - 相の中性点負荷に対応できるようになります。 - 単相故障時に中性線の故障電流を制限し、電力線の回復を改善します。
I. 接地変圧器の種類
1. Yₙ,d-接続された接地変圧器
これは、次の機能を備えた三相変圧器です。-Y 字-接続（Yₙ、中性線付き）一次巻線とデルタ-接続済み (d)二次巻線。
デルタ-接続された二次巻線は、一次巻線の電流のバランスをとるために循環電流を流すことができます。
デルタ二次巻線は、オープンデルタ;開放端に抵抗やリアクトルを挿入することで、接地変圧器の零相インピーダンスを調整できます。{0}
また、二次巻線の端子を引き出して変電所の補助電源として使用することも可能です。
2. Zₙ-接続（ジグ-ザグ-接続）接地変圧器
これは三相変圧器です。-ジグ-ザグ-接続された巻線.
ジグザグ巻線の固有の接続モードにより、故障電流は 2 つの直列接続された巻線間で相互に平衡化されます。-
この変圧器に低電圧巻線を追加して、変電所の補助電源として機能させることができます。-
動作および構造に関する補足事項
- 構造: 接地変圧器は、通常の三相コア-タイプの電源変圧器と構造的に似ています。
- 通常動作：接地トランスの一次側には励磁電流のみが流れます。二次側 (存在する場合) には電流が流れません。
- 単相地絡-: 変電所の主変圧器のデルタ結線-巻線と接地変圧器の三相巻線-の両方に短絡電流が流れます。-電流制限インピーダンス Z- を適切に選択することにより、各相の短絡回路電流が主変圧器巻線の定格相電流を超えないように制御できます。-このような短絡電流の標準持続時間は 10 秒です。-
II.接地変圧器の動作原理
通常の動作では、接地変圧器の一次巻線は電気システムの相導体に接続され、その二次巻線は接地されます。このとき、変圧器は従来の変圧器と同様に動作し、要件に応じて電圧を上げたり下げたりします。
故障電流を制限するために、接地変圧器のインピーダンスと追加の接地抵抗またはリアクトルによって、システムを流れる故障電流の大きさが制限されます。これらの故障電流を制御することで、接地変圧器はシステムの安定性を維持し、敏感な機器を損傷から保護します。
システム内で障害（{0}}地絡事故など）が発生すると、故障電流が接地変圧器の 2 次巻線を通って地面に流れます。これにより、故障電流が安全に消散するための低インピーダンス パスが作成され、機器の損傷を防ぎ、電気的危険のリスクが軽減されます。-
安全性と保護の観点から、接地変圧器は接地への信頼できる経路を提供することで、電気システム内の作業員と機器の安全を確保します。感電、火災、および障害状態に関連するその他の危険を防止するのに役立ち、より安全な作業環境とシステムの信頼性の向上に貢献します。
Ⅲ.接地変圧器の役割
接地変圧器は、特定の電力網構成における中性点の不足に対処し、地絡発生時にシステムの安全な動作を確保するために開発された特殊な電気機器です。その中核機能と動作特性は主に次の側面に反映されています。
1. 主要機器に人工中立点を提供する
小電流接地システムでは、電力網に単相地絡が発生したときに接地の容量性電流を補償するために消弧コイルが非常に重要です。-しかし、主変圧器のデルタ-結線側（6kV、11kV、33kVの電力網における主変圧器の配電電圧側の一般的な構成）には自然中性点がないため、消弧コイルを直接設置することができません。
接地変圧器は、人工中性点。この中性点は、アーク抑制コイルの効果的な接続を可能にするだけでなく、接地抵抗器の接続点としても機能します。電力網が非接地中性点動作モード（そのシンプルさと低投資のため、電力網構築の初期段階でのコモンモード）を採用する場合、接地変圧器によって敷設された人工中性点が、その後の故障保護のための重要な前提条件となります。
2. 非接地中性線システムのリスクを軽減し、信頼性の高い保護動作を確保
非接地中性線システムでは、単相地絡が発生しても線間電圧は対称のままですが（ユーザーの継続的な電力消費にはほとんど影響しません）、この利点は接地の容量性電流が小さい場合（10A 未満。過渡故障は自動的に消えることもあります）にのみ当てはまります。-電力産業の拡大と都市部のケーブル回路の増加に伴い、接地容量性電流が 10A を超えることが多くなり、次の 3 つの大きなリスクが生じます。
接地アークが断続的に消滅および再点火し、機器の絶縁を損傷するアーク接地過電圧 (最大 4U、U は正相電圧のピーク値) を生成します。
連続的なアークは空気の解離を引き起こし、相間短絡を容易に引き起こします。-
強磁性共鳴過電圧。変圧器の焼損や避雷器の爆発を引き起こす可能性があります。
接地抵抗を人工中性点に接続することにより、接地変圧器はシステムに十分な零相電流と零相電圧を供給します。{0}{1}これにより、高感度のゼロシーケンス保護装置が単相地絡を迅速に特定し、故障した送電線を短時間で遮断することができ、上記のリスクの拡大を根本的に防ぎ、系統機器の絶縁と送電網全体の安全な運用を保護します。
3. 障害状態に適応する特別な電磁特性を示す
接地変圧器は、さまざまな種類の電流に対して独自のインピーダンス特性を備えており、これが安定した動作の鍵となります。
正相および逆相電流に対する高インピーダンス: 通常の動作条件下では、接地変圧器の巻線にはわずかな励磁電流しか流れません。このとき、変圧器は無負荷状態になります (多くの接地変圧器には二次巻線がなく、この無負荷シナリオでは構造がさらに簡素化されます)。
ゼロシーケンス電流までの低インピーダンス-: 接地変圧器は通常 Z- 型 (ジグザグ) 配線を採用しており、各相コイルは 2 本の鉄心極にそれぞれ巻かれています。地絡によりゼロ相電流が発生すると、同じ鉄心極の 2 つの巻線が逆極性で直列に接続されます。それらの誘導起電力は大きさが等しく、方向が逆であるため、互いに打ち消し合います。-その結果、零相インピーダンスは非常に低くなります。-（通常の変圧器よりもはるかに小さい約 10Ω）。この低いインピーダンスにより、零相電流が中性点接地抵抗器と接地変圧器をスムーズに流れることができ、故障保護のための条件が作成されます。
このインピーダンス特性は、接地変圧器の動作モードも決定します。長期的なアンロード オペレーションと-短期的なオーバーロード オペレーション-。この機能は、地絡の発生から、ゼロシーケンス保護が障害のある送電線を遮断する瞬間までの期間にのみ機能し、事故電流が流れるのは短時間だけです。-
4. マッチング効率の向上と投資コストの削減
通常の変圧器と比較して、接地変圧器はアーク抑制コイルとの整合において明らかな利点があります。規制では、通常の変圧器をアーク抑制コイルとともに使用する場合、アーク抑制コイルの容量は変圧器の容量の 20% を超えてはいけないと規定されています。一方、Z- タイプの接地変圧器は、アーク抑制コイルに自身の容量の 90% ～ 100% を適合させることができ、容量性電流補償の効率を大幅に向上させます。
さらに、一部の接地変圧器は、接地保護機能を実現しながら二次負荷に接続できます。これは、特定のシナリオで通常の配電変圧器を置き換えることができ、2 つの機能を 1 つのデバイスに統合し、電力網構築の全体的な投資コストを効果的に削減できることを意味します。
要約すると、接地変圧器は、自然の中性点を欠く電力網のための「中性点ビルダー」であるだけでなく、電流インピーダンス特性を最適化し、信頼性の高い保護動作を保証する「障害保護装置」でもあります。その特殊な構造と動作モードにより、現代の電力網、特に大容量電流が流れる都市部の電力網において不可欠な主要機器となっています。
IV.接地変圧器の応用
接地変圧器の中核機能は、中性接地点非接地または低電流接地電源システム用。-これは主に、配電ネットワーク、産業分野、新エネルギーシステムなどをカバーする、故障保護と電圧安定性を達成するために接地が必要なシナリオで使用されます。
1. 中電圧および低電圧-配電ネットワーク
これは接地変圧器の最も主要な応用分野であり、特に 10kV や 20kV などの中電圧配電システムに適しています。{0}
- ほとんどの中電圧配電ネットワークは、「非接地中性点」または「消弧コイルを介して中性点接地」モードを採用しており、本質的に自然中性点接地点がありません。-
- 接地変圧器は、スター (Y) 接続を介して中性端子を提供し、接地抵抗またはアーク抑制コイルを使用して地面に接続します。単相地絡の処理-.
- 機能: - 線路で単相地絡が発生すると、故障電流を制限し、過電圧による機器の損傷を防ぎ、リレー保護装置が故障点を迅速に特定できるようにします。
2. 産業用高電圧-機器システム
大規模な工場や工業団地内の高電圧モーター、変圧器、その他の機器では、動作の安全性を確保するために接地変圧器が必要になることがよくあります。{0}
- 産業システムでは、高電圧モーター（6kV、10kV）、整流装置などは、非接地中性線で設計されている場合、絶縁破壊により相間短絡が発生する傾向があります。-
- 接地変圧器は、このような機器の電源システムに中性接地点を提供し、接地保護装置と連携して次のことを実現します。故障電流の検出と急速トリップ.
- 一般的なシナリオ: 継続的な生産を確保し、障害の拡大を防ぐ必要がある石油化学、冶金、鉱業の高電圧電源システム。{0}
3. 新エネルギー発電システム
接地変圧器は、太陽光発電所や風力発電所のブースター ステーションや収集ラインの重要なサポート機器です。
- 新エネルギー システムのインバータとボックス型変圧器は通常、発電効率に対する地絡の影響を軽減するために「非接地中性点」設計を採用しています。
- 接地変圧器は、ブースター ステーション内の 110kV および 35kV システムに中性点接地点を提供し、接地抵抗と連携して故障電流を制限し、インバーターや変圧器などの精密機器を保護します。
- 機能: 単相地絡による発電ユニット全体の停止を防止し、新エネルギー システムの電源信頼性を向上します。-
4. 特別なシナリオの電源システム-
高い安全性要件を伴う一部の特殊なシナリオでは、正確な接地保護を実現するために接地変圧器も必要になります。
- 鉄道牽引用電源装置: 高速鉄道や地下鉄の変電所では、27.5kV の送電網に単相電源が採用されています。-接地変圧器は、電圧のバランスをとり、零相電流を抑制するために必要です。-
- 洋上風力発電/石油プラットフォーム: 海洋環境における機器の断熱材は腐食しやすいです。接地変圧器は、耐食性接地装置と組み合わせて-、故障時に電流を安全に放電し、機器の損傷や人体への感電を防ぎます。
V接地変圧器を選択するための重要な要素
1. システム電圧と接地モード
絶縁の互換性を確保するために、変圧器の定格電圧をグリッド (6kV/11kV/33kV) に合わせてください。接地タイプに基づいて選択します。アーク抑制コイル システムには、大容量のコイル マッチングをサポートするモデルが必要です。-小さな-抵抗接地では、保護を確実に作動させるために低いゼロシーケンス インピーダンスが必要です。-
2. 巻線設計とゼロシーケンス インピーダンス-
Z- タイプ（ジグザグ）巻線を優先します。これにより、超低いゼロシーケンス インピーダンス（約 10Ω）が得られ、消弧コイル容量の 90% ～ 100% の利用が可能になります。-効果的な零相電流伝送を促進するために、インピーダンスがシステムの故障電流要件と一致していることを確認してください。-
3. 接地容量電流と容量のサイジング
Calculate the grid's total grounding capacitive current (critical for systems >10A）。アーク抑制コイルの補償電流または接地抵抗からの短期故障電流のいずれかを処理できるように変圧器のサイズを決定し、故障時の過負荷を防ぎます。-
4. 動作特性と耐久性
「長期無負荷、短期過負荷」動作に適応します。短時間の耐電流を確認し（数秒間の故障電流に耐えられるように）、通常動作中のエネルギーの無駄を減らすために、低い無負荷損失を優先します。-
5. 環境および設置要件
過酷な環境 (粉塵、湿気、高温) の場合は、適切な保護レベル (IP54 など) と耐腐食性/耐熱性を備えたモデルを選択してください。スペースに制約のあるエリア（都市部の駅、屋内開閉装置）では、コンパクトな設計を選択してください。-
6. 規格への準拠と認証
国際規格 (IEC 60076) または国内規格 (GB/T 6451 など) に準拠していることを確認します。グリッド運用における安全性、互換性、信頼性を保証する有効な認証 (CE、CCC) を確認します。
VI.変圧器中性点非接地動作の欠点
変圧器中性点非接地動作には次の 5 つの欠点があります。
- 高い断熱レベルの要件とコスト: - 単相地絡が発生すると、非故障相の電圧は √3 倍に増加します。-その結果、電力システムの電気機器にはより高い絶縁グレードが必要となり、機器の製造コストとその後のメンテナンスコストの両方が大幅に上昇します。
- アーク接地過電圧の危険性: -単相接地電流が小さい場合、電流がゼロを通過するとアークが消え、故障は解消されます。ただし、電流が 30 アンペアを超えると、安定したアークが生成され、連続的なアーク接地が形成されます。これは機器に損傷を与えるだけでなく、二相-、さらには三相-の短絡を引き起こす可能性があります。
- 接地リレー保護の選択が難しい：高感度かつ選択的な保護を実現するのは困難です。特にアーク抑制コイルを備えた電力網の場合、そのような保護の構成と正確な動作はより困難になり、タイムリーな障害の検出と分離に影響を及ぼしやすくなります。
- 断線すると共振過電圧が発生する可能性があります: 断線、異なるタイミングでのスイッチの切り替え操作、異なるタイミングでのヒューズの溶断などの行為はすべて、鉄共振過電圧につながる可能性があります。この過電圧は、避雷器の爆発、負荷変圧器の逆相シーケンス、および電気機器の絶縁フラッシュオーバーを引き起こす可能性があります。
- 電磁変圧器の共振過電圧: 送電網パラメータの非対称性により、中性点の変位により鉄共振過電圧が発生することが多く、電磁変圧器の高電圧ヒューズが頻繁に切れます。-ひどい場合には、変圧器自体が焼き切れてしまう可能性もあります。
Ⅶ．変圧器中性点非接地運転のメリット
- 電源の信頼性が高い: 単相地絡時でも三相電圧/電流はほとんど変化しません。{0}{1}{1}即座にトリップすることはなく、障害は約 2 時間以内に解消され、継続的な電力が確保されます。
- 通信/信号システムへの低干渉: 対称三相動作下では弱い電磁干渉。-接地電流が小さいため影響は最小限に抑えられます。アークは小規模システム（田舎の送電網など）では自己消火します。-
- 故障の検出と位置特定を容易にする: 特有の小さな接地電流により、保護装置が故障を特定して位置を特定するのに役立ちます。
- 電流制限装置の需要を削減します。-接地電流が小さいため、大容量の電流制限装置が不要になり、コストが削減され、設計が簡素化されます。{1}{2}
- 特定のシナリオにおける過電圧制御の向上: 通常/過渡プロセス中の電圧変動の制御が容易になり、過電圧による損傷のリスクが軽減されます。
- 過渡的なシステムの安定性の向上: 過渡時の三相電圧バランスの維持が容易になり、主要な機器への影響が軽減され、カスケード問題が回避されます。-
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