著者は自らの主張に疑問を呈しています。彼らの乾式変圧器に関する見解は正当化できません。これらのタイプの変圧器は液体を含まないため、変圧器は巻線とコアで構成され、周囲の空気によって支持されています。乾式変圧器の場合に使用される絶縁材料は固体であり、エポキシ、樹脂浸透材料または真空圧浸透巻線を意味します。油浸変圧器には液体が存在するため、乾式変圧器の設計要件は油浸型変圧器には適用できません。その結果、論文の主な主張は、記事で使用されているプロセスが適用される機器のタイプには適していないということです。.
結論として、結果は好ましくありません。したがって、油冷却システムを含めることで、乾式変圧器は液体充填型に変わります。冷却は自然（すなわち大気）または機械的（すなわち強制）によって行われます。IEC 60076-11によれば、異なる種類の熱絶縁（クラスA（105 °C）、クラスE（120 °C）、クラスB（130 °C）、クラスF（155 °C）、クラスH（180 °C）、クラスN（200 °C）、およびクラスC（220 °C））があり、それぞれの限界はクラスの環境特性に依存します。.
主張とその誤りの理由
「乾式」という言葉はマーケティングの表現とは関係がなく、冷却および絶縁要素が液体でない変圧器に関するものです。IECは乾式変圧器に関連するIEC 60076 -11を発行し、2500 kVAの電力と36 kVの電圧で動作可能なユニットを示しています。ここで使用される「乾式」という用語は、液体がないことを意味します。.
この問題における混乱は、両方のタイプの変圧器が外観、変電所での位置、同じ製造業者を共有している点で同じであることから生じます。両方のタイプの変圧器は、金属製のコアと銅コイルを通じて電気エネルギーを一形態から別の形態に変換することができます。二つを区別するのは、電力変圧器が油を利用するのに対し、乾式変圧器は絶縁および冷却手段として空気のみを使用するという事実です。.
これらの2つのファミリーは、まさにこの神話が逆転する基準で比較されることが一般的であり、 乾式タイプと油浸変圧器が本当に異なる点は 冷却媒体、火災負荷、フットプリント、メンテナンス体制、ユニットの設置が許可される場所に関するものであり、どちらに油が含まれているかではありません。.
乾式変圧器を実際に冷却するもの
空気は、同じ容量定格を持つ油充填の対抗ユニットと比較した場合、最大温度上昇において乾式タイプが劣る主な要因です。.
- 熱性能。空気の熱伝導率は約0.026 W/m·Kと推定されています。一方、変圧器油の熱伝導率は約0.12 W/m·Kであり、これは油が空気よりも4倍または5倍の熱性能を持つことを意味します。この単一の数値は、種群間の違いを明らかにします。.
- 冷却方法。空気自然（AN）は対流のみで冷却を行いますが、空気強制（AF）はファンの設置を必要とし、短期間の冷却性能を向上させます。もう一つの選択肢はハイブリッドタイプで、ANAFとして知られ、通常負荷時には空気自然冷却を行い、全負荷時にはファンを使用して冷却を行います。ファンセットの設置はこのタイプを騒音が大きくし、メンテナンスを増加させるため、AFの利点のみを求める場合には注意が必要です。.
- 隙間と空気循環。ほとんどのメーカーは、空気自然冷却の場合は壁から少なくとも300 mmの隙間を確保することを推奨しており、空気強制冷却を使用する場合は最小隙間を約150 mmに減少させることができます。上記の数値は、設備の設置計画を立てる際に考慮すべきであり、製造業者の推奨は明確な制限を定めています。.
- 清潔さは冷却効果にとって重要であり、巻線や冷却通路にほこりが存在すると、効果が15-30%の損失を引き起こす可能性があります。そのため、乾式トランスの定期メンテナンスプログラムでは定期的な清掃が考慮されており、油浸トランスは推奨や要件を提供していません。.
- 高度と環境パラメータは冷却機能に悪影響を及ぼします。.
冷却方法はデータシート上の命名規則にもなり、湿式ユニットは同じ文字を異なる意味で使用します — トランスの種類間での冷却技術の比較、油強制バリアントを含むものは、この概要に示されています。 トランス冷却方法, 、これは仕様がONAN、ONAFまたはOFAFを引用する際に、供給者がどのような義務を負うかを知るための有用なリファレンスです。.
絶縁クラスと温度上昇限界
ここで乾式トランスの定格が関連してくるため、精度が重要です。熱を放散するのを助ける油は存在しないため、固体絶縁システムは設計された耐熱温度に耐えなければなりません。IEC 60076-11は、絶縁クラスと周囲温度に関連する最大許容温度上昇を概説しています。.
- クラスA（105 °C） — 60 K巻線温度上昇。古い機器。.
- クラスE（120 °C） — 75 K。これは今日ではあまり一般的ではありません。.
- クラスB（130 °C） — 80 K。一般的な用途でよく使用されます。.
- クラスF（155 °C） — 100 K。これは通常、配電用途で使用されます。.
- クラスH（180 °C） — 125 K。より厳しい運転条件で高負荷に使用されます。.
- クラスN（200 °C） — 135 K。このクラスは特別な用途で使用されます。.
- クラスC（220 °C） — 150 K。北米の乾式VPI設置で広く使用されており、150 Kの温度では定格負荷時のホットスポット温度が210 °Cを超えます。.
比較すると、IEC 60076-2およびANSI規格に準拠した油浸型変圧器は、最大温度上昇が65 Kで、上部油の平均上昇が55 Kを超えないと考えられる場合、周囲レベルを超えて78 °Cのホットスポット温度を維持します。油は変圧器を冷却するために存在するのではなく、熱除去プロセスにおいて十分な効率を達成し、リーディングターンとその後の巻線の間に誘電絶縁を提供するために存在します。.
これは熱劣化の文脈においてビジネスにとって重要です。アレニウスの方程式は、絶縁体の寿命は維持される温度が10 °C上昇するごとに半分になると述べています。したがって、ホットスポットを20 °C超える乾式変圧器は、サービス寿命の一部だけでなく、その大部分を失い、故障は絶縁体の故障として現れ、事前に何の兆候も示さないことになります。これが、乾式変圧器が実際に耐えられるものを決定するのは巻線構造と絶縁システムであり、エンクロージャーではない理由でもあります。その背後にあるコンポーネントレベルの詳細は 乾式変圧器の内部に何があり、なぜ各部品が重要なのか.
三つの構造、三つの異なる製品
「乾式」というのは独立した区別ではなく、より広い概念であるため、三つの主要な種類は互換性がないほど異なる動作をします。.
- キャスティング樹脂。基本的には、巻線を真空下で樹脂で封入し、良好な機械的特性と水、ほこり、化学的攻撃に対する優れた耐性を持つ絶縁体の固体を形成します。部分放電はここで大きな問題となります。なぜなら、故障は通常、空隙のために固体内で始まるからです。そのため、IEC 60076-11規格は部分放電試験を義務付けています。これは屋内配電ネットワークに典型的です。.
- 樹脂封入およびVPI法。この技術では、キャスティング法を使用して巻線を作成する代わりに、まず高圧真空チャンバーで樹脂を浸透させ、過負荷に対する良好な耐性を持つクラスHまたはクラスCの堅牢な絶縁システムを得ます。この方法は、特に改修作業においてアメリカで非常に一般的になりました。.
- オープンまたは通気型。ここでは、巻線はカバーで囲まれているだけで、気流に依存し、通常は一般的に高い絶縁クラスに依存しています。この方法は通常それほど高価ではなく、保護レベルはIP20またはIP23に達します。.
エンクロージャーの評価は所有者の好みに依存するのではなく、ユニットが使用される環境に依存します。たとえば、オープン巻線が特に指定された部屋に配置される場合は評価IP00が使用され、閉じられた部屋に設置される場合はIP20が使用されます。この分野の代表的な製品は 6–10 kVシステム用のSCBシリーズキャスト樹脂乾式配電変圧器です。, エポキシ封止巻線、指定された絶縁クラス、低損失コアが適合性を決定するパラメータであり、kVAの数値だけではありません。.
ドライタイプが使用される理由と神話が続く理由
ドライタイプ変圧器が使用される理由は安全性です。液体がないため、オイル漏れがなく、バンディングコンテインメントがなく、オイルコンテインメントピットがなく、建物内で火災が発生する際に数百リットルの液体の火災負荷がなく、定期的なオイルテストの必要がありません。これにより、作業エリアの近く、トンネル内、オフショアプラットフォーム、データセンター内での使用が可能になります。.
適用例には以下が含まれます：
- データセンターやIT施設、特に中圧室、UPSアイソレーター、PDUステップダウンなど、オイル漏れ事故から回復する可能性がない場所。.
- 病院、空港、ショッピングモール、高層ビルなど、火災戦略に制限があるため、人の近くでオイル充填変圧器を使用することができない場所。.
- 再生可能エネルギー産業では、ナセル、タワー、またはインバーターステップアップアプリケーションが高価なメンテナンスアクセスと限られたエンクロージャー容量のために正当化される可能性があります。.
- 工業プラントや公共事業では、オイル漏れの結果が危険と見なされ、安全対策が必要です。.
- 都市部および地下変電所では、フットプリントと火災リスクが重要な問題であり、ドライタイプ変圧器はオイルタイプのものが特別に装備された防火室を必要とする場合に使用できます。.
この分野の実際のプロジェクトは通常同じ論理で指定され、提供された設置はデータシートよりも良い感覚を与えます — 例えば、, パキスタンのデュアル電源プロジェクトに供給されたドライタイプ変圧器 パターンを示しています：デュアル供給、屋内設置、オイルコンテインメントなし、変圧器自体のリスクではなく、変圧器の周りに構築された保護スキーム。.
神話は三つの源から生じています。.
- 同義語製品。ほとんどすべてのメーカーは両方のタイプを販売しており、油冷却製品は利用コストが低いため、カタログの最初の位置を占めることがよくあります。したがって、カタログを見ている人はその中に「油」という用語を見て、それに関連するすべての製品が油冷却型であると仮定するでしょう。.
- 真の用語の混乱。ONANやONAFのような言葉は冷却タイプを説明しており、同じ文字が異なる意味を持つ乾式変圧器にも存在します。たとえば、「AN」は乾式変圧器の場合、自然空気を意味します。.
- 混乱は機能的であり、見た目の問題ではありません。油冷却変圧器は過熱防止の観点で確かに優れた性能を発揮するため、「油は過熱を防ぐ」というフレーズは他のファミリーの変圧器に適用される場合に真実です。ここでの誤りは、この声明が誤ったタイプの変圧器に帰属されているという事実です。.
購入前に確認すべきこと
五つの要因が重要に寄与し、すべては販売の話の中で詳細に議論されるのではなく、データシートに記載されるべきです。.
- 絶縁分類と温度上昇。クラスFで100 K、クラスHで125 Kの結果は、同じkVAを持ちながら異なる製品です。クラスと温度上昇レベルの両方の存在を確認し、周囲の温度条件を確認してください。.
- 冷却条件とファンの有無。AN、AFまたはANAFが含まれ、占有エリアに近いデバイスの騒音レベルも考慮されます。.
- エンクロージャのIP分類と現場施設での連続定格への影響。.
- 損失と効率評価。無負荷損失と負荷損失は、その運転期間中の運用コストを形成します。これらは特定の国で規制の対象となり、たとえば、GB/T 10228-2023は中国における効率クラスの定義を提供し、ErP Tier 2規制は欧州市場での製品品質を管理します。.
- 認証要件。IEC 60076-11は国際的に受け入れられた標準であり、UL 1562は北米で使用される乾式一般用途および電力変圧器の標準です。.
価格についての重要な言葉：乾式変圧器は通常、同じタイプの油変圧器よりも高価であり、その理由です。これらのユニットの性能が優れているためではなく、油を使用しないために価格が高くなります。一般的に、全体の設置期間中ははるかに安価で、初期段階では高価です。.
よくある質問
乾式変圧器は油で満たされていますか？
いいえ。乾式変圧器には冷却または絶縁の目的で液体媒体はありません。代わりに、乾式変圧器は、AN型変圧器のように自然冷却、またはAF型変圧器のように人工冷却を通じて空気に依存しています。また、キャストエポキシ樹脂絶縁や樹脂浸透巻線などの固体絶縁材料を使用しています。IEC 60076-11規格は、2500 kVAの定格電力と36 kVの定格電圧の変圧器に有効な乾式変圧器に関するものです。.
なぜ乾式変圧器は油浸変圧器よりも温度上昇限界が低いのですか？
空気は油と比較して熱の導体としては非常に劣っていることが知られています。空気の熱伝導率は0.026 W/m·Kであり、絶縁油の約0.12 W/m·Kと比較されるため、乾式変圧器はコイルから余分な熱を迅速に取り除くことができません。絶縁が使用期間の30年間の間に十分に良好であるためには、コイルの温度が急激に上昇しないことが必要です—クラスA絶縁の場合は60 K、クラスC絶縁の場合は150 Kであり、これはIEC 60076-11で規定されています。油変圧器では、コイルの温度が65 Kに上昇し、油の温度が55 K上昇することが観察されました。.
乾式変圧器は油なしでどのように冷却されるのですか？
電力の伝達は三つの形態で行われます。コイルから固体絶縁体への伝導、ケースから周囲の空気への対流、ケースからの放射です。自然対流（AN）は、このプロセスが壁から約300 mm、強制冷却が使用される場合は150 mmの十分なスペースがあるほとんどのアプリケーションに対して十分です。基本ユニットサイズを維持しながら容量要件を満たすために、ファンが設置される（AF）か、必要なときのみ運転する条件で設置されます（ANAF）。メンテナンスに関しては、コイルと冷却用のチャネルのほこりの覆いがシステムの効率を15-30%低下させることになります。.
どちらが優れているのですか、乾式変圧器それとも油浸変圧器？
一般的にどちらの変圧器タイプも好まれることはなく、異なる用途のために作られています。火災安全、屋内設置、人々への近接、環境安全、困難なメンテナンスが使用を妨げる場合（データセンター、病院、高層ビル、トンネル、オフショアおよび都市の変電所での使用など）、乾式変圧器を使用する必要があります。低コストのkVA、高温動作、バンディングエリアでの屋外設置、または油のメンテナンスの容易さが必要な場合は、油充填変圧器を選択する必要があります。これらは通常、大規模な屋外配電および送電に必要です。変圧器のタイプは相互排他的ではなく、実際には、あるサイトで油変圧器が受電変電所に、乾式変圧器が配電所に使用されることが一般的です。.
参考文献
- 国際電気標準会議 — IEC 60076-11、乾式電力変圧器
- UL Standards & Engagement — UL 1562, トランス, 配電, 乾式
- NFPA 70、国家電気規則 — 第450条、変圧器および変圧器ボールト
- Schneider Electric — 乾式変圧器の適用および選定に関する文書
- Siemens — 変圧器技術および冷却方法の参考資料
結論
ドライタイプ変圧器は、油を絶縁体として使用せずに動作するため、従来の変圧器とは異なる構造原理を持っています。ドライタイプ変圧器は、いくつかの熱抵抗を失い、絶縁材料として燃焼液体を使用しないにもかかわらず、データセンター、病院、トンネル、地下室などの場所に設置でき、漏れ管理、消火サービス、または油の監視が不要です。ドライタイプ変圧器の理解に関する問題は、油入り変圧器とドライタイプ変圧器の両方が同様の動作原理を持ち、同じ語彙が両者に存在するためです。このタイプの変圧器に関連する指示は、絶縁システム、温度上昇、およびさまざまな冷却方法に関する十分な情報を提供します。.