三相トランスを並列に接続した場合の結果は何ですか？

三相変圧器の並列運転の結果

2つ以上の三相変圧器を並列で運転することは、電力システムにおいて一般的な構成であり、システムの容量、信頼性、および柔軟性を増加させる目的があります。しかし、安全で安定し、効率的な並列運転を確保するためには、変圧器が特定の条件を満たす必要があります。以下は三相変圧器の並列運転の結果と関連する考慮事項です。

1. 並列運転の条件

三相変圧器が安全に並列で運転できるようにするためには、以下の条件を満たす必要があります：

• 定格電圧の一致：変圧器の高圧側と低圧側の定格電圧は同一である必要があります。電圧が一致しない場合、不均一な電流や過負荷につながる可能性があります。

• 同じ巻線比：変圧器の巻線比（高圧側と低圧側の比）は同じである必要があります。巻線比が異なると、二次側電圧が不均一になり、循環電流が発生し、損失が増え、効率が低下します。

• 同じ接続グループ：三相変圧器の接続タイプ（Y/Δ、Δ/Yなど）は同じである必要があります。異なる接続グループは位相差を引き起こし、循環電流や不均一な電力分布を引き起こす可能性があります。

• 類似の短絡インピーダンス：並列運転する変圧器の短絡インピーダンスは可能な限り近い値にする必要があります。短絡インピーダンスに大きな差があると、負荷分布が不均一になり、一部の変圧器が過負荷になる一方で他の変圧器は未使用状態となる可能性があります。

• 同じ周波数：変圧器は同じ周波数で動作する必要があります。これは通常、同じ電力グリッドに接続することで保証されます。

2. 並列運転の結果

a. 容量の増加

総容量：複数の変圧器を並列で運転すると、システムの総容量は各変圧器の容量の合計になります。例えば、500 kVAの変圧器2台を並列で運転すると、総容量は1000 kVAになります。これにより、システムはより大きな負荷要求に対応できます。

b. 負荷分配

理想的な負荷分配：すべての並列運転する変圧器が上記の条件（特に類似の短絡インピーダンスを持つ場合）を満たす理想的なシナリオでは、負荷は変圧器間に均等に分配されます。各変圧器は負荷電流を等しく分担し、安定したシステム運転を確保します。

非理想的な負荷分配：変圧器の短絡インピーダンスが異なる場合、負荷分配は不均一になります。短絡インピーダンスが低い変圧器はより多くの負荷を引き受け、高いインピーダンスの変圧器は少ない負荷を引き受けます。この不均一な分配は、一部の変圧器が過負荷となり、システムの信頼性と寿命に影響を与える可能性があります。

c. 循環電流

循環電流の発生：並列運転する変圧器が上記の条件（異なる巻線比、接続グループ、または短絡インピーダンス）を満たさない場合、変圧器間で循環電流が発生する可能性があります。循環電流とは、外部負荷がない状態で変圧器間で流れることを指します。循環電流はシステムの損失を増加させ、変圧器を過熱させ、寿命を縮めます。

循環電流の影響：循環電流の存在は、変圧器の有効出力容量を減少させます。なぜなら、一部の電流が内部循環に使われ、負荷供給には使われないからです。さらに、循環電流は変圧器を過熱させ、故障のリスクを高めます。

d. 信頼性の向上

冗長性：変圧器の並列運転は冗長性を提供します。1つの変圧器が故障したりメンテナンスが必要になったりしても、他の変圧器が電力を供給し続けることで、システムの継続的な運転を確保できます。これにより、全体的な信頼性と可用性が向上します。

e. コスト効率

柔軟な拡張：並列運転によって、既存の変圧器を置き換えずにシステムの容量を段階的に増やすことができます。これは、徐々に電力システムを拡張するためのコスト効率の良い解決策です。

バックアップ容量：並列運転する変圧器はバックアップ容量を提供します。通常の条件下では、すべての変圧器が負荷を共有しますが、1つの変圧器が故障した場合、他の変圧器が一時的に追加の負荷を処理し、システムの中断を防ぐことができます。

3. 並列運転に関する考慮事項

a. 保護装置

差動保護：並列運転中に循環電流やその他の異常状況を防ぐために、通常、差動保護装置が設置されます。差動保護は、変圧器間の電流の差を検出し、故障した変圧器を迅速に隔離してシステムを保護します。

b. 監視と制御

• 負荷監視：並列運転する変圧器には、各変圧器の負荷を継続的にトラッキングし、均等な負荷分配を確保するための負荷監視装置を装備する必要があります。不均一な負荷が検出された場合は、迅速に対応する必要があります。

• 温度監視：並列運転は一部の変圧器が過負荷になる可能性があるため、変圧器の温度を監視して過熱と損傷を防ぐことが重要です。

c. 保守と点検

• 定期的な点検：並列運転する変圧器は、最適な性能を維持するために定期的な点検と保守を行う必要があります。特に、短絡インピーダンス、接続グループ、その他のパラメータを確認し、並列運転に必要な一貫性を維持することが重要です。

• 故障時の隔離：1つの変圧器が故障した場合は、他の変圧器の運転に影響を与えないように、すぐにシステムから隔離する必要があります。

4. まとめ

三相変圧器の並列運転は、システムの容量、信頼性、および柔軟性を大幅に増加させることができます。しかし、定格電圧、巻線比、接続グループ、および短絡インピーダンスが等しいなどの厳格な条件を満たす必要があります。これらの条件が満たされれば、負荷は変圧器間に均等に分配され、システムは安定して運転します。ただし、これらの条件が満たされない場合、循環電流や不均一な負荷分配などの問題が発生し、システムの効率と安全性に影響を与える可能性があります。

並列運転はまた、冗長性を提供し、1つの変圧器が故障した場合でもシステムの継続的な運転を可能にし、徐々にシステムを拡張するためのコスト効率の良い解決策を提供します。