西オーストラリアでの鉱業作業を行っている間、電気技師は遠隔の破砕プラントに適切な電源を供給する問題に直面しました。現場の設備は、クラッシャーのモーターを駆動するために415 Vの三相電力、照明や設備用に240 Vの単相電力、そして接地故障保護システムに十分な信頼性のある中性点を必要としていました。合計で、電気性能の観点からは、降圧トランス、補助トランス、接地トランスの3つのトランスが解決策を表すことになりますが、作業の遠隔地、スキッド上のスペース制限、さらには別々のトランスの高い輸送および設置コストが、3つのトランスソリューションの使用を許可しませんでした。確立された解決策は、電圧変換と補助電源供給の機能を統合することを可能にする複合設計のトランスを使用することでした。複合設計のトランスは、単一の出荷として現場に到着し、設置に1日を要し、6年間問題なく機能しました。必要なタイプの複合トランスを選択する方法の問題は、別々に満たされるべき機能を実行できる多機能トランスを探求することを表し、市場に出回っている複合トランスの種類とその用途を理解することが選択を行う際に考慮すべきことです。.
複合トランスは、2つ以上の電気機能を同時に実行する1つのトランスであり、そうでなければ2つのトランスが必要になります。最も一般的に使用される複合トランスの種類には、ワイデルタ接地トランス、デュアル巻線トランス、三巻線トランス、パッドマウントトランスが含まれます。 .
複合トランスの使用の利点は、設備のフットプリントの削減にあり、これにより設置の簡素化、相互接続の数の削減、およびトランスの数に比べてコストの低減が実現します。複合トランスの欠点は、1つのトランスが故障するとすべての機能が停止し、複合トランスでの変更や拡張が別々のユニットよりも複雑になるという事実です。成功する仕様の鍵は、トランスのすべての機能が正確に指定され、要件に対応する特定の構成が選択され、製造業者による型試験が行われることです。.
複合トランスとは何か — そしてなぜそれが指定されるのか
コンビネーショントランスは、電圧の再生、接地、補助電源供給、回路の保護、計測など、2つ以上の電気機能を1つのユニットに統合したトランスです。これは、標準的な仕様セットを持つ製品カテゴリとして扱われません。これは、各トランスが独自の機器、コア、ブッシング、保護、および配線を持つ3つのトランスを設置することを避ける設計アプローチです。代わりに、エンジニアはすべての非電圧変換機能が適切に配置された1つのトランスを持つことができます。産業および公共用途で使用されるコンビネーショントランスの最も単純で人気のある構成は、追加の二次回路を持つワイデルタ接地トランスです。このトランスのワイ接続された一次巻線には、接地タイプに応じて回路を接地するための中性点があります。デルタ接続された二次巻線は、照明目的などのステーションサービス負荷に三相補助電力を供給することを保証し、電力網の機能を制御するための他の手段を提供します。コンビネーショントランスは、現在、接地トランスおよび補助電源トランスとして機能し、2つの追加トランスを使用する必要を排除します。エンジニアにとって、これらのタイプを使用する利点は、変電所やポンピングまたは圧縮プラント、またはリモートユニットの面積を削減することを保証することです。これらすべてが、基礎の使用と必要な配管を削減し、安全装置の数を最小限に抑え、保護スキームを簡素化し、2つのトランスを別々に購入するオプションに対して、最大20%–30%の総機器コストの大幅な増加なしに実現します。.
二次巻線が異なる電圧レベルで1つの一次巻線と2つの二次巻線を持つ三巻線トランスは、互いに影響を与えることなくトランスを通じて2つの独立した負荷セットに給電します。統合スイッチギアと計測を備えたパッドマウントトランスは、住宅地域における標準的な地下配電所を構築するために使用されます。これらおよび他のアプリケーションに利用可能なトランスの種類と構成の全範囲の概要については、製品カタログを参照してください。 スビアン電気, 、これには、コンビネーショントランス、接地トランス、配電トランス、および特殊電力トランスが含まれます。.
コンビネーショントランスの電圧、kVA、および接地要件を指定する方法
コンビネーショントランスを指定することは 正しく行うためには、バイヤーがトランスが実行しなければならないすべての電気機能を定義し、各機能のために特定の値（電圧、kVA定格、インピーダンス、接地方法、温度上昇、および適用される標準）をメーカーに提供する必要があります。仕様に含めるべき主要なパラメータは、最も一般的なコンビネーショントランス構成である補助電源二次を持つワイデルタ接地トランスのために、以下の表に要約されています。 正確に行うには、バイヤーが変圧器が実行しなければならないすべての電気機能を定義し、各機能のための特定の値—電圧、kVA定格、インピーダンス、接地方法、温度上昇、および適用される標準—をメーカーに提供する必要があります。仕様に含めるべき主要なパラメータは、最も一般的な複合変圧器構成である、補助電力二次側を持つワイデルタ接地変圧器のために、以下の表にまとめられています。.
| パラメータ | それが定義するもの | それを指定する方法 |
|---|---|---|
| 主系統電圧 | 変圧器の一次巻線が接続される系統のライン間電圧。この値は、変圧器の電圧クラス、そのBIL定格、および一次巻線とブッシングの絶縁レベルを決定します。. | 名目系統電圧と最大系統電圧を明記してください。4,160ボルトの系統の場合、「名目4,160 V、最大4,800 V」と指定します。BILは、系統の予想される雷および切替サージ環境に基づいて指定する必要があります—通常、4,160ボルト系統の場合は60 kV BIL、13,800ボルト系統の場合は95 kV BILです。. |
| 接地kVAおよび中性電流 | 接地（ワイ）巻線の熱容量。これは補助電力kVAとは異なります。接地kVA定格は、変圧器がどれだけの接地故障電流を運ぶことができるか、またその持続時間を決定します。. | 連続中性電流（通常の不平衡条件下で中性が連続して運ぶことができる電流—通常は小さな値、系統の定格負荷電流の5–10%）と短時間中性電流（接地故障の間に中性が運ぶことができる電流—通常は10秒、30秒、または1分）を指定します。例えば：「連続中性電流：10 A。短時間中性電流：10秒間200 A。」“ |
| 補助電力kVAおよび電圧 | デルタ二次巻線がステーションサービス負荷に供給する電力。これは標準的な三相三線出力です。. | kVA定格と二次電圧を明記してください。例えば：「補助電力：150 kVA、480 V、三相、三線。」kVA定格は、ステーションサービス負荷の負荷計算に基づいて決定し、将来の成長のための余裕を持たせる必要があります。. |
| インピーダンス | 変圧器のインピーダンスは、負荷時の電圧降下と接地故障電流の大きさを決定します。インピーダンスが低いほど、接地故障電流が高くなり、電圧調整が良好になりますが、下流機器に対する故障電流の負担が大きくなります。. | 接地kVAベースのパーセンテージとしてインピーダンスを指定します。抵抗接地系統の場合、インピーダンスは通常4–6%です。インピーダンスは接地抵抗器および保護リレー方式と調整する必要があります。系統に複数の電源または並列変圧器が含まれている場合は、電気技術者に相談してください。. |
| 接地方法 | ワイ巻線の中性点が接地にどのように接続されるか。接地方法は、地絡電流の大きさと使用される保護リレーの種類を決定します。. | 接地方法と接地抵抗器またはリアクタの値を明記してください。例えば：「抵抗接地、20オームの接地抵抗器、4,160 Vで地絡電流を200 Aに制限。」接地抵抗器は別のデバイスですが、複合変圧器はそれと連携して動作するように設計されなければなりません。. |
| 適用基準 | 変圧器が設計され、試験されるべき基準。この基準は、試験手順、受入基準、および製造者が提供しなければならない文書を決定します。. | 乾式変圧器にはIEEE C57.12.01、油浸変圧器にはIEEE C57.12.00、国際的な用途にはIEC 60076を指定してください。変圧器が特定の国に設置される場合は、適用される国家基準を指定してください。例えば、カナダではCSA C9、オーストラリアではAS 60076です。. |
複合変圧器のための80%ルールとその他の負荷考慮事項
変圧器に関する80%ルールは、変圧器はそのKVA定格の80%を超えて連続運転してはならないと述べており、これは通常の変圧器と同様に複合変圧器にも適用されますが、変圧器の各個別機能ごとに別々に適用されなければなりません。接地巻線は、故障が発生した場合に運ぶことになる連続的および短期的な地絡電流に対して設計されなければならず、80%ルールは接地巻線には連続負荷に適用されるのと同じようには適用されません。なぜなら、この巻線は異常条件下でのみ動作し、短期的な容量が連続定格よりも重要だからです。補助巻線は、供給する負荷の125%で定格されなければならず、80%ルールは、変圧器がその補助KVA定格の80%を超えて運転されてはならないことを意味します。したがって、120 KVAの負荷に対して150 KVAの補助巻線で動作する変圧器は許容されますが、150 KVAの負荷に対して150 KVAの補助巻線で使用されると、サイズが不足し、熱を持ち、絶縁が早く劣化し、運転寿命が短くなります。IEEE C57.96基準は、変圧器の負荷と絶縁寿命および温度との関係に関する情報を提供しており、設計段階でこれらの要件に従うバイヤーは、実際の負荷に合わせて設計された変圧器を得ることができます。.
効率、損失、および総所有コスト
A 正しく行うためには、バイヤーがトランスが実行しなければならないすべての電気機能を定義し、各機能のために特定の値（電圧、kVA定格、インピーダンス、接地方法、温度上昇、および適用される標準）をメーカーに提供する必要があります。仕様に含めるべき主要なパラメータは、最も一般的なコンビネーショントランス構成である補助電源二次を持つワイデルタ接地トランスのために、以下の表に要約されています。 は無負荷損失（変圧器が通電しているときに存在するコア損失）と負荷損失（電流の二乗に応じて変化する巻線損失）の両方を持っています。補助電力巻線の負荷損失は、ステーションサービス負荷が稼働しているときの主要な損失成分であり、接地巻線の損失は通常の運転中には無視できるほど小さく、接地巻線は小さな不平衡中性電流のみを運びます。複合変圧器の入札を比較しているバイヤーは、年間エネルギー損失を現在価値の資本コストに変換する損失資本化式を使用して損失を評価し、購入価格だけでなく、資本化された損失の価値を加えた総評価コストを比較する必要があります。式は次のとおりです：総評価コスト = 購入価格 + (A × 無負荷損失（ワット）) + (B × 負荷損失（ワット）)、ここでAとBはワットあたりのドルで表される損失資本化係数です。A係数は、24時間365日継続的に消費されるエネルギーのコストを反映し、通常は産業および公共事業用途で$5から$10の範囲です。B係数は、負荷の下で消費されるエネルギーのコストを反映し、通常は$1から$3の範囲です。 米国エネルギー省 は、さまざまなタイプの施設に対する標準損失資本化係数を公表しており、バイヤーはこれらの値、または自分の電気料金からの特定の値を使用して、総コストベースで入札を比較できます。購入価格が高く、損失が低い複合変圧器は、購入価格が低く、損失が高いものよりも総評価コストが低くなることが多く、25年から35年のサービスライフにわたってその差はかなりのものになる可能性があります。.
よくある質問
変圧器の80%ルールとは何ですか？
80%ルールによれば、変圧器は定格kVAの80%を超えて連続的に負荷をかけてはならず、これにより絶縁が急速に劣化するのを防ぐための熱的余裕が提供され、より大きな変圧器を設置することなく負荷の増加を促進し、変圧器の保護装置をトリップさせることなく短期的な過負荷に対応する可能性が提供されます。このルールは、IEEE C57.96負荷ガイドから導き出され、変圧器のサイズ決定に関する業界標準として機能します。.
どの変圧器が必要かどうやって知るのですか？
使用すべき変圧器を特定するためには、変圧器が満たさなければならないすべての要求をメモし、最終的に接続される総kVAを導き出す必要があります。その後、位置に基づいて変圧器を選択します—屋外または屋内、さらに、変圧器のタイプが乾式または油浸式である必要があるかどうかを建築基準法の要件に従って決定します。その後、選択する変圧器の定格は（標準のもの）上限のものであり、80%ルールに関して変圧器の連続運転を超えないように実際の負荷を考慮する必要があります。周波数も考慮する必要があります。.
適切な電流トランスを選ぶにはどうすればよいですか？
正しい電流トランス（CT）を選ぶには、一次電流（CTが測定しなければならない最大負荷電流）、二次電流（CTは通常、計測および保護用に5Aまたは1Aの二次電流を持つ）、精度クラス（定格電流および負荷におけるCTの誤差を定義）、負荷（CTに接続されるリレー、メーター、ワイヤのインピーダンス）、およびCTの物理的サイズと取り付けタイプを決定する必要があります。さらに、CTは電気システムの電圧および利用可能な短絡電流に対して定格されている必要があります。これは、複合電力トランスとは異なる個別のデバイスであることを言及することが重要です。.
どのサイズのトランスが必要かをどうやって判断しますか？
必要なトランスのサイズを計算するには、接続されているすべての負荷のkVAを把握し、NECまたは地域の規則に従って各タイプの負荷に関連する需要係数を適用し、名板定格の125%としてすべての連続負荷を加算し、計算された値から最も近い高い標準kVAを選択する必要があります。この計算を正しく行うために必要な情報は、負荷調査報告書、NEC第#220条のコピー、およびメーカーのkVA定格チャートです。.
参考文献
- IEEE C57.12.01 — 乾式配電および電力トランスの一般要件に関する標準. 乾式トランスの設計、試験、および性能に関する基礎的なIEEE標準であり、複合機能トランスに関する要件を含みます。.
- IEEE C57.96 — 乾式配電および電力変圧器の負荷に関するガイド. 負荷、温度、および絶縁寿命の関係を定義し、80%負荷規則の源となるIEEEガイドです。.
- 米国エネルギー省 — トランス評価のための損失資本化係数. トランスの入札を総所有コストベースで評価するための標準損失資本化係数を公表する規制機関です。.
- NFPA 70 (NEC) — 第220条（負荷計算）および第450条（トランス）. 米国における負荷計算およびトランスの設置に関する国家電気規則の要件です。.
この場合、複合変圧器を選択する際の複雑さは、電圧変換、接地、補助電源供給、電圧調整を含む、変圧器が満たす必要のあるすべての役割を特定することにあります。そして、製造業者がそれらすべてを一度に達成できるように、各役割の仕様をそのように詳細に決定する必要があります。適切に定義された複合変圧器を使用することで、単機能の変圧器のセットに比べて、フットプリント、設置コスト、および電気システムのメンテナンスを削減できます。しかし、仕様プロセスに失敗すると、接地kVA、補助電圧、およびインピーダンスが言及されず、製造業者はデフォルト製品を使用するため、要件を満たさないことになります。Subian Electricは、グローバル市場向けに複合変圧器を製造しています。これらの変圧器のkVA、電圧、接地、および必要な試験文書は、プロのバイヤーにとって魅力的なオファーとなります。.