変圧器の構築

変圧器の構造と主要部品

変圧器は主に磁気回路、電気回路、絶縁回路、タンク、および補助部品から構成されています。その核心的な要素は一次巻線/二次巻線と鋼鉄コアであり、コアは連続した磁気パスを形成するためにシリコン鋼で作られています。変圧器のコアは通常、渦電流損失を最小限に抑えるために積層されています。

磁気回路

磁気回路はコアとヨークからなり、磁束の通過経路を提供します。これは、二つの絶縁されたコイル（一次と二次）を持つ積層鋼鉄コアを特徴としており、これらのコイルは互いとコアから絶縁されています。

• コア材料: 標準磁束密度でのヒステリシス損失が低いことから、積層鋼またはシリコン鋼板が選択されます。

• 構造用語:

• 肢: コイルが巻かれる垂直部分。

• ヨーク: 肢をつなぎ、磁気パスを完成させる水平部分。

電気回路

電気回路は主に銅製の一二次巻線から構成されています：

• 導体の種類:

• 長方形断面の導体：低電圧巻線や大型変圧器の高電圧巻線に使用されます。

• 円形断面の導体：小型変圧器の高電圧巻線に使用されます。

変圧器はコア構造と巻線配置によって分類されます：

コア型変圧器の構造

コア型変圧器の設計では、コアは長方形フレーム構造の積層によって形成されます。積層は通常、L字形のストリップに切断され、下図に示すように交互に並べられることで、連続する接合線を排除し、滑らかな磁気パスを確保します。

一二次巻線は漏れ磁束を最小限に抑えるために交互に配置され、各巻線の半分が各コア肢の側面または同心円状に配置されます。配置時に、コアと低電圧（LV）巻線間、LVと高電圧（HV）巻線間、コイルとヨーク間、およびHV肢とヨーク間にベーキライトフォーマー絶縁材が挿入されます。LV巻線はコアに近い位置に配置することで絶縁要件を減らし、材料効率と電気的安全性を最適化します。

シェル型変圧器の構造

シェル型変圧器では、個々の積層は長いE字型とI字型のストリップ（下図参照）に切断され、三肢コアを持つ二つの磁気回路を形成します。中央の肢は外側の肢の幅の2倍で、全磁束を運び、各外側の肢は磁束の半分を運び、磁気効率を最適化し、漏れ磁束を最小限に抑えます。

シェル型変圧器の設計と変圧器部品

シェル型変圧器の巻線とコア構造

シェル型変圧器では、巻線を分割することにより漏れ磁束を最小限に抑え、リアクタンスを減少させます。一二次巻線は中央の肢に共置されます：低電圧（LV）巻線はコアに隣接して配置され、高電圧（HV）巻線がそれを包みます。積層コストを削減するために、巻線は円筒形状に事前に形成され、その後コア積層が挿入されます。

絶縁回路

絶縁回路は導電部品を分離する絶縁材料から構成されます。コア積層（50 Hzシステムの場合0.35〜0.5mm厚）は、エディ電流損失を最小限に抑えるためにバニッシュまたは酸化層でコーティングされ、層間の電気的絶縁を確保します。

タンクとアクセサリー

コンサーバータンク

コンサーバータンクは変圧器のメインタンクの屋根上に取り付けられた円筒形のタンクで、絶縁油の貯蔵庫として機能します。フルロード運転中の油の膨張を収容し、温度変動による圧力の上昇を防ぎます。

ブリーザ

ブリーザは変圧器の「心臓」として機能し、油の膨張/収縮時の空気の取り込みを制御します。内部のシリカゲルは流入する空気からの湿気を吸収し、油の品質を維持します：新しい青いゲルは飽和するとピンク色に変わりますが、乾燥したゲルは空気の露点を-40℃以下に低下させることができます。

爆発弁

薄いアルミニウムパイプが変圧器の両端に設置され、突然の温度上昇による過度な内部圧力を緩和します。これにより、変圧器の損傷を防ぎます。

ラジエーター

取り外し可能なラジエーターユニットは、自然対流によって変圧器油を冷却します：加熱された油はラジエーターに上昇し、冷却されてバルブを通じてタンクに戻り、継続的な冷却サイクルを維持します。

ブッシング

ブッシングは、電気導体がタンクを通るのを可能にする絶縁装置です。小さな変圧器では固体ポーセリンブッシングを使用し、大きなユニットではオイル充填コンデンサータイプのブッシングを使用します。水分の浸入は主な故障モードであり、ダブルパワーファクターテストなどの絶縁劣化監視により検出可能です。