40 MVA装置の試運転報告書が、14ヶ月の時間を要してサブステーションエンジニアによって取得されました。この装置は、60,000人の消費者がいる地域に対応することになっています。タンク内には28,000リットルの油があり、20トンのコアおよび巻線アセンブリと、65Kの温度上昇を予算とするユニットの冷却システムが存在します。エンジニアは、鋼製タンクの単純さが、溶解ガス化学、ホットスポット管理、紙と液体の間の湿気平衡、負荷の下で切り替えを行うタップチェンジャーという形で潜在的な複雑さを持つことを認識しています。.
この記事の目的は、液体に浸された電力変圧器についての情報を提供すること、これらの装置がどのように電力電圧変圧器として機能するか、冷却システムの機能、鉱油とエステル流体の違い、変圧器の運用制御に関連する故障パターンの複雑さ、さまざまな容量の機械に関連する価格について説明することです。.
要するに、液体充填型電力変圧器は、液体を使用して冷却および絶縁される変圧器の一種であり、ほとんどの場合、約75–85%のユニットで使用される鉱油が用いられます。一方、火災のリスクや環境への危険な影響がある場合には、天然および合成エステルのような油が使用されます。液体冷却方式は、空気による冷却よりも優れた冷却能力を提供し、温度耐性は（65K）であり、乾燥変圧器の場合は50–60K以上です。.
液体浸漬型電力変圧器とは何ですか？
浸漬型液体電力変圧器は、巻線およびコアを含む変圧器のアクティブ部分が絶縁液体で満たされた鋼製タンクに収容されているものです。絶縁液体の役割は二重です。まず第一に、それは導体を地面から絶縁する誘電体として機能し、紙やプレスボードと共に絶縁の一部を提供します。第二に、それは冷却剤として機能し、巻線およびコアからタンクおよびラジエーターに熱を運び、次に空気によって冷却されます。.
この二つの機能の組み合わせが、液体浸漬の高効率の理由です。空気は誘電体としても熱伝導体としても劣っており、乾燥型巻線から熱を放散するためにははるかに大きな努力が必要です。さらに、液体の熱伝導率は空気の約36倍高く、空気よりもリットルあたりの熱をはるかに多く取り込むことができます。したがって、数百kVA以上のほとんどすべての変圧器は液体浸漬型変圧器（しばしば油浸型変圧器と呼ばれる）と見なされます。.
なぜ液体浸漬がスケールで勝つのか
変圧器のサイズに関して液体浸漬が優れている理由は、単純に述べることができます。
- 熱的余裕: IEC 60076-2 によると、油浸型変圧器に使用される巻線の平均温度上昇は65度 Celsius以下であり、これにより達成可能な熱伝達の向上により、より高い連続定格が得られます。.
- 絶縁強度: 油の絶縁強度は40-70 kV/2.5 mmであるため、空気のそれよりもはるかに高いため、クリアランスと体積を減少させるために使用できます。.
- 過負荷能力: 液体変圧器は、短時間の過負荷に耐えるように設計されています。たとえば、IEC 60076-7が規定するように、130 %の過負荷は2時間続けることができます。.
- 自己修復絶縁体: 油中の小さな放電はガスを生成し、それが溶解し、油は空気の隙間とは異なり、通常の運転状態に戻ります。.
- 診断可能性: 液体は内部で発生するすべてのプロセスの化学的フィンガープリントを表現し、溶解ガス分析が電気工学における最も効果的な早期警告システムとなります。.
これらの利点は、液体システムの既知の欠点、すなわち火災や漏れの危険、重量、液体を含む機械の使用に伴うメンテナンス活動の複雑さによって相殺されます。だからこそ、業界はこれらのリスクを最小限に抑えるために、エンジニアリングソリューション、基準、および規則の厳守に依存しています。.
液体冷却と絶縁の仕組み
液体充填変圧器では、冷却は自然または強制的な空気の換気によって行われます。基本モードONAN（油自然、空気自然）では:
- コアと巻線によって生成された熱が変圧器を囲む油を加熱し、それにより油の密度が低下します。;
- 加熱された油は、巻線内部のダクトを通ってタンクの上部に移動します。;
- 加熱された油は、コンザーバーに放出され、その後ラジエーターを通過し、空気によって冷却されます。;
- 冷却された油は変圧器の下部に戻り、巻線に再び流れ込み、サイクルを繰り返します。.
現代の設計では、ポンプを使用して油を巻線ダクトを通して強制的に流す油流システムを用いて、大型変圧器の冷却プロセスを制御することが可能です（OFモード）およびラジエーターの前にファンを配置する（AFモード）。問題の冷却モードは、ONAN、ONAF、OFAFなどの銘板指定に反映されています。.
| 冷却コード | 意味 | 典型的な容量の向上 | 一般的な使用 |
|---|---|---|---|
| ONAN | 自然油、自然空気 | 基本定格 | ほとんどの配電および中電力 |
| ONAF | 自然油、強制空気（ファン） | +20–30%ファンが稼働している間 | サイクル負荷、過負荷余裕 |
| OFAF | 強制油、強制空気 | +30–45% | 中型から大型の変圧器 |
| ODAF | 指向性油流、強制空気 | 単位あたりの最高定格 | 大型変圧器 >60 MVA |
40 MVA ONANの定格を持つユニットは、ファンを使用することで50 MVA ONAFに定格される場合があります。これは、ファンが空気側によって放散される熱を約2倍にするため、絶縁が複合的な手段として機能するからです。紙とプレスボードが絶縁バリアを構成し、液体がすべての既存の空間を占めます。また、紙と油の湿度平衡を考慮することも重要です。紙は水を容易に吸収し、油は水を溶解することができます。エステル充填トランスのアプリケーションでは、油が紙による高い湿気吸収を可能にし、老化プロセスを遅らせますが、標準の鉱物絶縁油ユニットでは、水が紙により早く浸透し、紙の老化を加速させます。.
鉱物油 vs. エステル流体
液体の種類を選択することは、液体浸漬トランスの最も重要な仕様の一つです。主な選択肢は次のとおりです：
| 流体 | 引火点 | 生分解性 | 湿気耐性 | 相対的な流体コスト | 最適な適合 |
|---|---|---|---|---|---|
| ミネラル油 | ~160°C | ゆっくり | 低い | ベースライン | 標準変電所 |
| 高温鉱物 | ~300°C | ゆっくり | 低い | +20–40% | 屋内、高い安全マージン |
| 天然エステル | >300°C | >90% 28日以内 | 高い | +30–60% | 環境および火災リスクエリア |
| 合成エステル | >300°C | 中程度 | 高い | +60–100% | 屋内、高電圧、重要な資産 |
鉱物油は、安価で非常に広く使用されているため、依然として最も一般的な選択肢と見なされています。これは、適切な火災隔離と油の保持が効果的に設置されている場合に十分な特性を持つためです。エステルは、鉱物油の使用に関する地元の法律や規制に従う必要がある場合、屋内、水域の周辺、コンパクトな都市のボールト、再生可能資源を使用しているサイトで積極的に使用されます。エステルは鉱物油に比べてかなり高価であることも言及すべきです - $3000 – $8000はトランスの容量に完全に依存し、そのような投資はすべての許可、保険条件の承認、紙の老化の減少という形で回収されます。.
複雑さ：故障モードと診断
液体充填トランスは明確に定義された方法で故障しますので、資産を操作する方法を知るためには、次のことを理解する必要があります：
- 絶縁の老化：温度と湿度の影響による故障の主な原因。熱的過剰の6度（摂氏）ごとに、紙の絶縁の寿命が半分になります。.
- 湿気の侵入：内部絶縁が呼吸器、漏れ、老朽化したガスケットを通じて受ける外傷。湿気が多いほど、誘電強度が低下します。.
- 部分放電とアーク：DGAが検出するガスと同じものが生成される雰囲気の維持。.
- 熱的故障：接触不良やブロックされたダクトによる内部油の温度上昇は、ガスの発生も引き起こします。.
- タップチェンジャーの故障：運転中に摩耗する油充填体内の詳細。.
各故障原因は「ガストレイル」を残します：現在、液体は「生きた診断サンプル」と呼ばれることができ、年間$200–600の価格で訪問できます。$8000–40000の価格でのマルチガスオンラインモニタリングにより、油充填トランスの状態をある程度監視することが可能になりました。.
定格による典型的な仕様
| 定格 | 電圧クラス | インピーダンス | 冷却 | 典型的な損失（無負荷 / 負荷） |
|---|---|---|---|---|
| 500 kVA | 10–35 kV | 4–4.5% | ONAN | ~1.0 / ~5.2 kW |
| 1,000 kVA | 10–35 kV | 4.5–5% | ONAN | ~1.7 / ~10.5 kW |
| 10 MVA | 35–110 kV | 7.5–8% | ONAN/ONAF | ~10 / ~50 kW |
| 40 MVA | 110–220 kV | 10–12% | ONAN/ONAF/OFAF | ~30 / ~170 kW |
| 100 MVA | 110–220 kV | 12–14% | OFAF/ODAF | ~70 / ~380 kW |
数値はIEC 60076仕様を参照しており、損失カテゴリ、材料タイプ、製造者によって変化します。しかし、トレンドは常に存在します：インピーダンスは、故障時の電流を制御するために、電力定格が上がるにつれて増加し、運転中の冷却はより集中的になり、損失は電力よりも遅い速度で増加するため、効率はサイズとともに向上します：100 MVAの機械は99.7%を超える効率を達成できます。.
効率とライフタイム経済
液体充填トランスのコストは損失に依存しており、これらの損失は重要です。例えば、30 kWの無負荷損失と170 kWの負荷損失を持つ40 MVAの電気機器を60%の利用率で考えると：
- 無負荷損失は：30 kWを8,760時間保持した場合：30 × 8,760 = 263 MWh/年。.
- 負荷損失は：170 kW × 0.36 × 8,760時間 = 536 MWh/年。.
- 結果の数値は：これらの合計は約800 MWh/年で、$56,000-$80,000の価値があります（$0.07-0.10/kWhに基づく）。.
25年で、総損失は$1.4-$2.0百万に達します – これは機器の購入価値の数倍です。したがって、これは企業がエネルギー費用を見積もる際に損失を考慮し、損失が少ないが価格が高いユニットを取得することを好む主な理由です。経験則として、損失が10 kW異なるごとに、コストは$7,000 – $8,700の評価が必要です（無負荷運転の年間コスト）または負荷損失の利用率に応じて調整されます。.
| 40 MVAの例 | 損失（kW） | 年間エネルギー（MWh） | $0.08/kWhでの25年コスト |
|---|---|---|---|
| 無負荷損失（P0） | 30 | 263 | $525,000 |
| 60%の負荷係数での負荷損失（Pk） | 170 | 536 | $1,072,000 |
| 合計 | — | 799 | $1,597,000 |
| 参考購入価格 | — | — | $220,000-$400,000 |
ブランドのランドスケープと価格
液体浸漬トランス市場は、例外なくほぼすべてのトランスメーカーが関与しています。典型的なFOB価格の詳細：
| ブランド | 起源 | 1 MVA | 10 MVA | 40 MVA |
|---|---|---|---|---|
| 日立エナジー | 日本/グローバル | $22,000–$34,000 | $55,000–$82,000 | $250,000–$400,000 |
| シーメンスエナジー | ドイツ/グローバル | $21,000–$32,000 | $50,000–$75,000 | $240,000–$380,000 |
| ABB | スイス/グローバル | $20,000–$31,000 | $52,000–$78,000 | $240,000–$390,000 |
| シュナイダーエレクトリック | フランス/グローバル | $19,000–$29,000 | $48,000–$72,000 | —（配電に焦点を当てる） |
| 現代自動車 / 東芝 | 韓国/日本 | $18,000–$28,000 | $46,000–$68,000 | $220,000–$350,000 |
| 江蘇省蘇辺電力 | 中国 | $14,000–$22,000 | $28,000–$48,000 | 110kVクラスまでのリクエストに応じて |
製品範囲における価格差は、主にエンジニアリングの複雑さ、試験履歴、グローバルサービスが関与する高価な製品で観察されます。一方、低価格帯の製品では、技術の標準化と認証の可用性の増加により、価格差はほぼ崩壊しています。.
江蘇省蘇辺電力は、35-110 kVの容量定格を持つ液浸型配電変圧器の製造に従事する中国の企業です。Subianの製品ラインには、鉱油やエステルを使用した変圧器が含まれており、異なる負荷電圧調整器の構成と効率評価を持っています。これらの製品は、アジアおよびアフリカ全域の電力会社やEPC請負業者によって成功裏に使用されています。.
液浸ユニットを適切に運用する
油-filled変圧器の効率的な運用は、プロジェクトではなく日常的な作業と見なすべきです：
- IEC 60422に従って、年に一度油サンプリングを実施してください。DGAテストを完了し、油の誘電強度、水分、酸度、tan deltaをテストする必要があります。比率に変化があった場合は、定期的なサンプリングを維持してください。.
- 以下の項目について四半期ごとの点検を実施する必要があります：ブリーザー内のシリカゲル、油のレベル、漏れ、ラジエーターの清掃状態、および周囲の植生。.
- タップチェンジャーのメンテナンスは、その使用に基づいて行うべきです。油-filledタイプのタップチェンジャーは通常、50,000から100,000回の切り替えに対応します。.
- 温度測定が必要です：IEC 60076-7の負荷曲線に従った上部油温度と巻線温度。上昇気流が発生した場合は、その原因を調査してください。.
- 保護装置のテストが必要です。テストには、ブクホルツリレーのガスとサージトリップ、圧力解放弁、両方の温度アラームのチェックが含まれる必要があります。.
よくある質問
なぜほとんどの大型変圧器は液浸型であり、乾式型ではないのですか？
液体冷却と絶縁は非常に優れていることが証明されており、油は空気の約30倍の熱伝導率を持ち、はるかに高い絶縁強度を提供します。ある電力レベルから、液体浸漬はより良い性能を提供し、設置面積を削減し、コストを削減します。乾式変圧器は通常、火災の懸念や containment により油の使用が制限される場所で使用されます — 約5 MVA未満の場合です。.
油浸型と液浸型の違いは何ですか？
ありません。油浸型は油変圧器技術の古い用語であり、液浸型は油、天然エステル流体、合成エステル流体、シリコン流体をカバーするために広く使用されています。したがって、この場合、推奨される用語は液浸型です。ただし、一度流体が選択されると、それを言及し、仕様に含めることが望ましいです。.
液浸型変圧器のコストはいくらですか？
価格は、出力定格、製造業者、追加機能の数と種類によって大きく異なります。ただし、大まかな見積もりとして、500 kVAモデルは6000から16,000の範囲で、1000 kVAユニットは約14,000から34,000、10 MVAは28,000から82,000の範囲です。また、エステル流体は鉱油よりも高価であり、価格差は30から100パーセントに達する可能性があることも考慮する必要があります。.
エステル充填変圧器はプレミアムに見合う価値がありますか？
エステルの使用のマイルストーンは、通常の鉱油の使用が火災規制や環境基準により困難な場合、エステル流体が最良の代替手段であるということです。その理由は、300°C以上の火点、バイオ分解性、紙の老化プロセスの遅延など、いくつかの利点があるためです。流体は30から100%高価ですが、関連当局からの許可や保険上の理由により、最終的に高価格の価値を証明する可能性があるため、その使用は正当化されることがあります。.
変圧器油はどのくらいの頻度でテストすべきですか？
標準運転モードの変圧器の場合、テスト頻度はIEC 60422基準に従って年次であるべきです。他の場合、基準レベルを超える重大な変化が発生した場合は、変更や関連する傾向を特定するために月次テストを行う必要があります。.
参考文献
- IEC 60076-1: 電力変圧器 – 一般 — 液浸型電力変圧器の定格、温度上昇、およびテスト要件。.
- IEC 60076-3: 絶縁レベルと誘電体試験 — 電圧クラスによるインパルスおよび絶縁試験要件。.
- IEC 60296: 鉱物絶縁油の仕様 — 新しい変圧器油の品質要件。.
- IEC 60422: ミネラル絶縁油の監視および保守ガイダンス — 使用中の油の試験限界とスケジュール。.
- IEEE C57.12.00: 液浸型配電および電力変圧器 — 液浸型ユニットに関する北米の一般要件。.
- IEEE C57.104: 油浸トランスで生成されるガスの解釈 — DGAの解釈とアクションレベル。.
- 江蘇省蘇辺電力公式サイト — 液浸型変圧器製品、流体オプション、および試験文書。.
結論
液体充填変圧器は、冷却および大規模電気機械の絶縁において可能な限り最高の効率を維持するため、電力網に強い影響力を持っています。流体の化学、ホットスポットの管理、調整装置、監視などのいくつかの側面は複雑ですが、ルールと手順によりそれらを扱うのは十分に簡単であり、乾式システムでは達成できない効率的な利点を提供します。.
覚えておくべき主なポイント:
- 液体冷却により、中型および大型変圧器で>99%の効率を達成することが可能ですが、この出力定格では乾式機械に対しては何の利点も提供しません。.
- ミネラルオイルは伝統的な液体であり、エステル流体は火災および環境問題の場合にほぼすべての場所でその$30-$100パーセントベースの価格を正当化します。.
- 年次DGA試験は$200-$600のコストがかかる可能性がありますが、電気工学において最高の利益をもたらします。.
- 変圧器の性能を考慮しながら損失を無視して、$6,000-$400,000の支払いを準備してください。.