TTCシリーズのドライタイプ変圧器温度制御装置はどのように変圧器の過熱を防ぐのでしょうか

1. 変圧器温度制御装置の機能

現在、電力変圧器は主にオイル式とドライタイプの2種類に分類されます。ドライタイプの変圧器は、その多くの利点—例えば本質的な安全性、耐火性、ゼロ汚染、メンテナンスフリー、低損失、微小放電量、長寿命—により、発電所、変電所、空港、鉄道、スマートビルディング、スマート住宅コミュニティなど広く使用されています。

ドライタイプの変圧器の主要な利点の一つは、設計寿命が通常20年以上であることです。運用寿命が長いほど、総保有コストは低くなります。実際には、ドライタイプの変圧器の安全な動作と長寿命は、巻線の信頼性に大きく依存しています。変圧器の故障の主な原因の一つは、絶縁材の耐熱限界を超える巻線温度による絶縁劣化です。

さらに、ドライタイプの変圧器の寿命は一般的に「熱寿命」によって制限されます。運用寿命を最大化するためには、温度制御システムを使用して巻線温度を監視し、必要に応じて強制冷却や警報などの適切な保護措置を実施することが重要です。

2. 変圧器温度制御装置の種類

2.1 温度感知方法による分類：機械式 vs 電子式

• 機械式温度制御装置は通常、油充填バルブを使用した膨張型デバイスで、熱膨張と収縮の原理に基づいて動作します。大きな油バルブと取り付けの不便さから、主にオイル式変圧器でのみ使用されます。

• 電子式温度制御装置は、抵抗温度検出器（例：Pt100、PTC）や熱電対などの温度センサーを使用します。高度な技術、包括的な機能、高精度、ユーザーフレンドリーな操作により、電子制御装置は現在、オイル式とドライタイプの両方の変圧器で広く使用されています。

2.2 取り付け方法による分類：埋め込み式 vs 壁掛け式

• 埋め込み式制御装置は、変圧器のクランプフレーム（ハウジング無しの場合）または変圧器のハウジングに直接取り付けられます。

• 壁掛け式（外付式）制御装置は、壁（ハウジング無しの場合）または変圧器ハウジングの外側面に取り付けられます。

ドライタイプの変圧器は、運転中に大量の熱、低周波振動、および電磁干渉を生成し、これらはクランプフレームまたはハウジング内に取り付けられた埋め込み式温度制御装置に深刻な影響を与えます。

電子部品、特にドライタイプの変圧器自体には有限の「熱寿命」があります。埋め込み式の取り付け方法は、制御装置の寿命と信頼性を大幅に低下させます。一方、壁掛け式制御装置は厳しい環境から効果的に隔離され、より良い保護と長寿命を確保します。

3. TTCシリーズ ドライタイプ変圧器温度制御装置

JB/T 7631-94 「変圧器用抵抗温度計」は、1994年に中国の機械工業部によって発行された標準であり、ドライタイプ変圧器用の温度表示器および制御装置に関するものです。GB/T 13926-92 「産業プロセス測定・制御機器の電磁適合性」の要件を含んでいます。

TTCシリーズ温度制御装置は、更新された標準GB/T 17626-1998 「電磁適合性－試験及び測定技術」（IEC 61000-4:1995に相当）に準拠しています。

3.1 動作原理

3.1 回路ブロック図と温度感知原理（Pt100とPTC）

Pt100温度センサーは、その電気抵抗が周囲温度と共にほぼ線形に変化する原理に基づいて動作します。右図の抵抗-温度曲線に示すように、Pt100白金抵抗の抵抗値は温度上昇とともに安定かつほぼ線形に増加します。

温度制御装置はこの特性を利用して、変圧器の連続的かつ正確な温度監視を行います。表示される温度値は、Pt100センサーの測定値から直接導き出されます。

優れた再現性と抵抗値と温度との一対一の対応関係により、Pt100は通常、0.5クラスの精度でポイント・バイ・ポイントの温度測定を可能にします。

3.2 Pt100温度測定の精度確保

Pt100温度センサーは、2線式、3線式、または4線式の配線構成で接続できます。ほとんどの産業用温度制御アプリケーションでは、リードワイヤー抵抗による測定誤差を効果的に補正できる3線式接続が使用されます。

例えば：アンプ回路は通常、ウェットストンブリッジです。製造および調整時にはショートリンクを使用しますが、実際の運用ではセンサーワイヤーが接続されると、その固有の抵抗が測定誤差を引き起こします。3線式構成は、ブリッジ回路をバランスさせることでこの誤差を最小限に抑えます。

Pt100の抵抗-温度曲線はほぼ直線的ですが、完全に直線的ではありません。精度を高めるために、当社の温度制御器は0〜200°CのPt100抵抗-温度曲線を5つのセグメントに分割します。各セグメント内で、実際の曲線を近似するために直線を使用して線形フィッティングを行い、全体的な測定精度を大幅に向上させています。

3.3 TTC-300シリーズ制御器におけるPTCサーミスタの代替センサーとしての使用

PTC（正温度係数）サーミスタは、当社のTTC-300シリーズトランスフォーマ温度制御器で使用される別の温度センサーです。PTCサーミスタはバリウムチタン酸塩ベースの多結晶セラミック材料から作られ、「トリップ」または「スイッチング」温度を特定するためドープされています。

プラチナ抵抗（Pt100）とは異なり、PTCサーミスタは明確な非線形挙動を示します：低温では抵抗が比較的安定していますが、温度が予め定義された閾値（キュリー点または動作温度と呼ばれる）に達すると急激にステップ状に増加します。この特性は以下の抵抗-温度曲線に示されています。

図示のように、動作温度以下ではPTC抵抗は温度に対してほとんど変化しません。しかし、温度がこの重要な点に近づきそれを超えると、抵抗は劇的に増大します—しばしば数桁のオーダーで。

PTCに基づく温度検出の動作原理は、この急激な抵抗変化を検出して特定の温度閾値に到達したかどうかを決定することです。したがって、PTCセンサーは単一の温度点しか示すことができず、Pt100のような連続的な全範囲の温度測定は提供できません。

当社製品はこのオン/オフの特性を利用してトランスフォーマの過熱アラームおよびトリップ保護を実装しています。製品の一貫性、信頼性、高品質を確保するために、私たちはシーメンス・マツシタエレクトロニクス株式会社から供給されるPTC部品を使用しています。

3.4 TC温度検出原理

温度制御器は内部回路を通じてPTCとPt100センサーからの温度信号を取得し、論理的な判断を用いて過熱アラームまたは過熱トリップ信号を発生させるか否かを決定します。この二重保護メカニズムは、アクションの失敗や誤動作を効果的に防ぎます。

トランスフォーマの巻線（A相、B相、C相）およびコア（D）の温度は、Pt100とPTCセンサーを使用して監視されます。温度が変化するとこれらのセンサーの抵抗もそれに応じて変化します。制御器はこの抵抗を電圧信号に変換し、その後フィルタリング、アナログ-デジタル（A/D）変換、高度なアルゴリズムを用いて対応する温度値を計算します。

これらの2種類の温度入力に基づいて：

• 制御器は前面パネルの画面にチャンネル番号とリアルタイムの温度値を表示します。

• 同時に、測定された温度をユーザー定義の設定値と比較する論理アルゴリズムを適用します。温度が閾値を超えると、制御器は適切な出力を活性化します—冷却ファンの起動/停止、アラームの発生、またはトリップコマンドの開始など。

ユーザーは前面パネルのボタンを通じてシステムパラメータ—ファンの起動/停止温度、コアの過熱アラーム閾値などを含む—を設定できます。

さらに、システムは継続的に自己診断を行います。温度制御器内のセンサーや内部ハードウェアに障害が発生した場合、すぐに音声および視覚的なアラームとともに故障信号を発生させてオペレータに通知します。