配電変圧器の負荷特性の評価と分析
負荷特性評価の詳細分析と主要な考慮事項
負荷特性評価は配電変圧器設計の基礎であり、容量選択、損失分布、温度上昇制御、および運用経済性に直接影響を与えます。評価は、負荷タイプ、時間的動態、環境連携の3つの次元で行われ、実際の運転条件に基づいて精緻なモデルを確立する必要があります。
1. 負荷タイプの精緻な分析
分類と特性
住宅負荷：照明や家庭電化製品が主で、日間負荷曲線は朝と夕方に二つのピークを持ち、年間負荷率は約30%～40%と低い。
工業負荷：連続型（例：製鉄所）、間欠型（例：機械加工）、インパクト型（例：電気炉）に分類され、高調波、電圧変動、突入電流に注意が必要。
商業負荷：ショッピングモールやデータセンターなど、季節的な変動（例：夏の冷房）と非線形特性（例：UPS、周波数変換器）が特徴。
負荷モデリング
等価回路モデルまたは測定データフィッティングを使用して、力率（PF）、高調波含有率（例：THDi）、負荷率の変動を定量化する。
2. 時間次元での動的分析
日間負荷曲線
現地監視または標準曲線（例：IEEE）から導出され、ピークとオフピーク期間とその持続時間を強調表示。
例：工業団地の日間曲線は10:00～12:00と18:00～20:00に二つのピークがあり、夜間の負荷率は20%未満。
年間負荷曲線
季節変動（例：夏の冷却、冬の暖房）を考慮し、過去のデータを使用して将来の負荷増加を予測。
主要指標：年間最大負荷利用時間（Tmax）、負荷率（LF）、負荷係数（LF%）。
3. 環境連携と相関評価
温度の影響
周囲温度が10℃上昇するごとに変圧器の定格容量は約5%減少（熱老化モデルに基づく）、過負荷能力の確認が必要。
高度の影響
高度が300m上昇するごとに絶縁強度は約1%減少、絶縁設計の調整または容量の降格が必要。
汚染度
IEC 60815に基づいて分類（例：軽度、重度の汚染）、ブッシングと絶縁体の選択と爬電距離に影響を与える。
4. 評価方法とツール
測定ベースアプローチ
スマートメーターとオシロスコープを用いて実際の負荷データを収集し、統計分析（例：負荷率分布、高調波スペクトル）を行う。
シミュレーションベースアプローチ
ETAPやDIgSILENTなどのソフトウェアを使用して、様々なシナリオ下での電力システムをモデル化する。
経験式
IEC 60076の負荷率式など、変圧器容量の迅速な推定に使用される。
5. 評価結果の応用
容量選択
負荷率（例：80%の設計余裕）と過負荷能力（例：1.5倍の定格電流で2時間）に基づいて変圧器容量を決定する。
損失分布
鉄損（PFe）は負荷に依存せず、銅損（PCu）は負荷の2乗に比例するため、空載損失と負荷損失のバランスが必要。
温度上昇制御
負荷特性に基づいて巻線のホットスポット温度を計算し、絶縁材料の耐熱温度（例：Aクラス ≤105℃）に適合するようにする。
結論
負荷特性評価は、負荷タイプ、時間的動態、環境連携を測定、シミュレーション、経験的方法を使用して精緻なモデルを構築する必要がある。結果は容量選択、損失分布、運用信頼性に直接影響を与え、配電変圧器設計の基礎となる。
経済分析
ライフサイクルコスト（LCC）評価を通じて異なる容量の投資リターンを比較する。
