電力変圧器に関する17の一般的な質問

1 トランスのコアを接地する必要があるのはなぜですか？
電力変圧器が正常に動作している間、コアには信頼性のある接地接続が必要です。接地がない場合、コアと接地との間に浮遊電圧が生じ、断続的な放電が発生します。単一の接地点により、コア内の浮遊電位の可能性が排除されます。しかし、2つ以上の接地点が存在すると、コアの各部分間で不均一な電位が生じ、接地点間で循環電流が流れ、多点接地による加熱障害が発生します。コアの接地障害は局所的な過熱を引き起こすことがあります。深刻な場合には、コアの温度が大幅に上昇し、軽ガス警報が発生し、重ガス保護がトリップする可能性があります。溶けたコア部分は層間ショート回路を引き起こし、コア損失が増加し、変圧器の性能と動作に深刻な影響を与え、時にはコアのシリコン鋼板の交換が必要になることもあります。したがって、変圧器のコアには正確に1つの接地点が必要であり、それ以上でもそれ以下でもありません。

2 なぜ変圧器のコアにはシリコン鋼板を使用するのですか？
一般的な変圧器のコアは、シリコン鋼板で作られています。シリコン鋼は、シリコン（砂とも呼ばれる）を0.8-4.8%含有する鋼です。シリコン鋼は、優れた磁気特性を持ち、励磁コイルで高い磁束密度を生成できるため使用されています。これにより、変圧器のサイズを小さくすることができます。変圧器は常に交流条件下で動作しており、コイル抵抗だけでなく、コアでも交流磁化による損失が発生します。コアでの損失は「鉄損」と呼ばれ、「ヒステリシス損失」と「渦電流損失」から構成されています。ヒステリシス損失は、磁化中に磁気ヒステリシスによって発生し、損失は材料のヒステリシスループで囲まれる面積に比例します。シリコン鋼は狭いヒステリシスループを持っているため、ヒステリシス損失が低く、発熱も抑えられます。

もしシリコン鋼がこれらの利点を持つなら、なぜ固体の塊を使用しないのでしょうか？それは、ラミネーションコアが別の種類の鉄損、つまり渦電流損失を減らすことができるからです。動作中、コイルの交流電流により交流磁束が生成され、コアに誘導電流が生じます。これらの誘導電流は磁束方向に対して直角に閉ループを形成し、渦電流として発熱します。渦電流損失を減らすために、変圧器のコアでは絶縁されたシリコン鋼板を重ねて使用し、渦電流を通す経路を細くして断面積を小さくすることで抵抗を増大させます。さらに、鋼中のシリコンは抵抗率を高め、渦電流をさらに減少させます。変圧器のコアには通常、0.35mm厚の冷間圧延シリコン鋼板が使用され、「E-I」または「C」形状に切断・積層されます。理論的には、より薄い鋼板と狭いストリップは渦電流をより効果的に減らすことができます。これにより渦電流損失が減少し、温度上昇が抑えられ、材料の節約にもなります。しかし、実際のコア製造では多くの要因を考慮する必要があります。極端に薄い鋼板は労働コストを大幅に増やし、コアの有効断面積を減少させる可能性があります。したがって、変圧器のコア用のシリコン鋼板の寸法は、様々な考慮事項をバランスさせて最適な設計を達成する必要があります。

3 ブッホルツ（ガス）保護の保護範囲は何ですか？

• 変圧器内部の多相短絡
• 巻線間短絡、巻線とコアまたはタンク間の短絡
• コア障害
• 油位低下または油漏れ
• 分接接点の接触不良または導体の溶接不良

4 主変圧器の差動保護とブッホルツ保護の違いは何ですか？

• 主変圧器の差動保護は循環電流原理に基づいて動作し、ブッホルツ保護は内部変圧器障害時に発生するガスに基づいて動作します。
• 差動保護は変圧器の主要な保護装置であり、ブッホルツ保護は内部変圧器障害の主要な保護装置です。
• 保護範囲は異なります：
  A) 差動保護は以下のものをカバーします：
  • 主変圧器のリードおよび巻線での多相短絡
  • 重度の一相巻線間短絡
  • 高電流接地システムでの巻線およびリードの接地障害
• B) ブッホルツ保護は以下のものをカバーします：
• • 変圧器内部の多相短絡
  • 巻線間短絡、巻線とコアまたはタンク間の短絡
  • コア障害（過熱損傷）
  • 油位低下または油漏れ
  • 分接接点の接触不良または導体の溶接不良

5 主変圧器の冷却器障害をどのように処理しますか？

• 冷却器セクションIおよびIIの作業電源が失われた場合、「#1、#2 電源障害」信号が表示され、主変圧器冷却器全停止トリップ回路がアクティブになります。すぐにディスパッチに報告し、この保護セットを無効にします。
• 運転中に電源IとIIの切り替えが失敗した場合、「冷却器全停止」インジケータが点灯し、主変圧器冷却器全停止トリップ回路がアクティブになります。すぐにディスパッチに報告し、この保護セットを無効にし、迅速に手動で切り替えを行います。コンタクターKM1またはKM2が故障している場合は、強制励磁を行わないでください。
• 任意の単一冷却回路に障害が発生した場合、故障した冷却回路を隔離します。

6 変圧比が異なる変圧器を並列運転させた場合、どのような影響が出ますか？
変圧比が異なる変圧器を並列に運転すると、循環電流が発生し、変圧器の出力容量に影響を与えます。インピーダンス率が異なる変圧器を並列に運転すると、負荷が変圧器の容量比に従って分配されず、これも出力容量に影響を与えます。接続群が異なる変圧器を並列に運転すると、変圧器で短絡が発生します。

7 変圧器で異常な音がする原因は何ですか？

• 過負荷
• 内部接触不良による放電アーク
• 個々の部品の緩み
• システムの接地またはショートサーキット
• 大容量モーターの起動による大きな負荷変動

8 負荷付加型タップチェンジャー付き変圧器のタップチェンジャーを調整すべきでないのはどのような場合ですか？

• 変圧器の過負荷運転中（特別な状況を除く）
• 負荷付加型タップチェンジャーの軽ガス保護が頻繁に作動するとき
• 負荷付加型タップチェンジャーの油計が油がないことを示すとき
• タップ切り替え回数が規定値を超えるとき
• タップチェンジ装置に異常があるとき

9 変圧器の銘板に記載された定格値は何を表していますか？
変圧器の定格値は、製造業者が正常な変圧器の動作のために設定した仕様です。これらの定格値内で動作させることで、長期的な信頼性と良好な性能が確保されます。定格値には以下のものがあります：

• 定格容量：定格条件下での保証される出力能力で、ボルトアンペア (VA)、キロボルトアンペア (kVA)、メガボルトアンペア (MVA) で表されます。変圧器の効率が高いため、一次巻線と二次巻線の定格容量は通常等しく設計されています。
• 定格電圧：無負荷条件での保証される端子電圧で、ボルト (V) またはキロボルト (kV) で表されます。特に指定がない限り、定格電圧は線間電圧を指します。
• 定格電流：定格容量と定格電圧から計算される線電流で、アンペア (A) で表されます。
• 無負荷電流：無負荷運転時の励磁電流で、定格電流に対する割合で表されます。
• 短絡損失：一方の巻線を短絡し、もう一方の巻線に電圧を印加して両方の巻線に定格電流を流すときの有効電力損失で、ワット (W) またはキロワット (kW) で表されます。
• 無負荷損失：無負荷運転時の有効電力損失で、ワット (W) またはキロワット (kW) で表されます。
• 短絡電圧：またインピーダンス電圧とも呼ばれる、一方の巻線を短絡し、もう一方の巻線に定格電流を流すときの適用電圧に対する定格電圧の百分率。
• 接続群：一次巻線と二次巻線の接続方法と線間電圧の位相差を時計表記法で表します。

10 なぜ電流源インバータにはより大きな変圧器容量が必要ですか？
変圧器の設計では通常、定格容量ではなく定格電力を考慮しますが、電流は定格容量に関連しています。電圧源インバータの場合、入力電力因数はほぼ1に近いため、定格容量と定格電力はほぼ等しくなります。一方、電流源インバータの場合、入力側の変圧器の電力因数は最大でも負荷の誘導電動機の電力因数と同じです。したがって、同じ負荷電動機に対して、電圧源インバータ用の変圧器よりも大きな定格容量が必要となります。

11 変圧器の容量に影響を与える要因は何ですか？
コアの選択は電圧に関連し、導体の選択は電流に関連します。導体の厚さは直接熱発生に影響します。つまり、変圧器の容量は熱発生に関連しています。冷却条件が悪い場合でも、適切に設計された変圧器は冷却を強化することで、1000kVAのユニットが1250kVAで動作することが可能です。また、定格容量は許容温度上昇に関連しています。例えば、許容温度上昇が100Kの1000kVA変圧器が、特殊な状況下で120Kで動作すると、1000kVA以上の容量を持つことができます。これは、変圧器の冷却条件を改善することで、その定格容量を増やすことができるということを示しています。逆に、同じ容量のインバータの場合、変圧器キャビネットのサイズを小さくすることができます。

12 変圧器の効率を向上させるにはどうすればよいですか？

• 可能な限り、低損失で高効率の節電トランスを選択する
• 負荷条件に基づいてトランス容量を適切に選択する
• トランスの平均負荷率を70％以上に保つ
• 平均負荷率が常に30％未満の場合には、より小容量のトランスへの交換を検討する
• 負荷の力率を改善し、トランスの有効電力供給能力を向上させる
• 動作中のトランスの数を最小限に抑えるために負荷を適切に配置する

13 高エネルギー消費配電トランスの技術的改造を加速する理由は何か？
高エネルギー消費配電トランスとは主にSJ、SJL、SL7、S7シリーズのトランスを指し、これらの鉄損と銅損は現在広く使用されているS9シリーズのトランスよりも大幅に高い。例えば、S9と比較して、S7は鉄損が11%、銅損が28%高い。新しいS10やS11シリーズのトランスはS9よりもさらにエネルギー効率が高く、非晶質合金トランスではS7トランスの鉄損のわずか20%に過ぎない。トランスは通常、数十年の寿命を持つ。高エネルギー消費トランスを高効率モデルに置き換えることで、エネルギ変換効率が向上するとともに、その寿命を通じて相当な電力量の節約が可能となる。

14 涡電流とは何か？涡電流が引き起こす害は何であるか？
交流が導体を通過すると、その周りに交流磁界が生じる。この交流磁界は固体導体内で誘導電流を生成する。これらの誘導電流は導体内で閉ループを形成し、水の渦のように見えるため、涡電流と呼ばれる。涡電流は電気エネルギーを浪費し、機器の効率を低下させるとともに、電気機器（トランスコアなど）の発熱を引き起こし、重度の場合は正常な機器の動作に影響を与える可能性がある。

15 なぜトランスの瞬時保護は低電圧短絡電流を避ける必要があるのか？
これは主にリレー保護動作の選択性を考慮しているためである。高電圧側の瞬時保護は主にトランス外部の大規模な故障を保護するものである。設定時にトランスの低電圧側での最大短絡電流を避けていない場合、保護範囲は低電圧出線まで拡大する。なぜなら、低電圧出口近くの短い範囲内では短絡電流値は大きく変化しないからである。これにより選択性が損なわれる。非選択性の保護はより信頼性が高いが、操作上の不便さを生む。例えば、多くの工業団地には10kV主配電盤（10kVバス＋出線ブレーカー）があり、各工場には低電圧配電環（リングメインユニット＋トランス）がある。トランスの低電圧側での最大短絡電流を避けていない場合、低電圧主スイッチ（リングメインユニットの負荷スイッチフューズ）と高電圧ブレーカーが同時に動作し、操作上の困難が生じる。

16 なぜ並列接続された2つのトランスのニュートラルポイントを同時に接地することは許されないのか？
大電流システムでは、リレー保護の感度調整要件を満たすために、一部の主トランスは接地され、他のトランスは未接地のままである。2つの主トランスを持つ駅では、両方のニュートラルポイントを同時に接地しない主な理由は、ゼロシーケンス電流とゼロシーケンス電圧保護の調整にある。複数の並列トランスを持つ変電所では、通常、一部のトランスのニュートラルポイントは接地され、他のトランスは未接地のままである。これにより、接地故障電流が適切なレベルに制限され、運転モードの変更によるグリッド全体のゼロシーケンス電流の大きさと分布への影響が最小限に抑えられ、ゼロシーケンス電流保護システムの感度が向上する。

17 新規設置または大修後のトランスを運転開始前にインパルス閉鎖試験を行う理由は何か？
無負荷トランスを電力網から切り離すと、切り替え過電圧が発生する。小電流接地システムでは、これらの過電圧は定格相電圧の3〜4倍に達し、高接地電流システムでは3倍に達する。したがって、トランスの絶縁が定格電圧と運転時の切り替え過電圧に耐えられるかどうかを確認するために、運転開始前に複数回のインパルス閉鎖試験を行う必要がある。また、無負荷トランスを励磁すると励磁ラッシュ電流が発生し、これは定格電流の6〜8倍に達する。励磁ラッシュは大きな電磁力を作り出すため、インパルス閉鎖試験はトランスの機械強度とリレー保護の誤動作の可能性も効果的に確認する。