配電トランスを開けると、内部に見えるのは金属（鋼、アルミニウム、または銅）、紙、油、陶器などだけです。また、トランスを保護するためだけに存在するいくつかの装置も見られます。30年持つトランスと4年で故障するトランスを考慮すると、これらの機械の構造要素は異ならないことに注意が必要ですが、実際に変わるのは構造要素の品質と測定精度です。これから読むガイドでは、トランスの内部に何があり、これらの要素がどのような機能を果たすのかを説明します。また、トランス購入の満足要因や、トランスが粗悪に作られているか高品質であるかを判断する方法についても知ることができます。.
トランスの内部には、積層鋼心、低電圧巻線、高電圧巻線、そして紙、プレスボード、油からなる絶縁システムがあります（乾式タイプは油の代わりにエポキシ樹脂を使用します）。トランスのタップチェンジャーはタンクを通して導体を示します。ラジエーターはタンクの一部であり、シリカゲルブリーザーを備えた保護装置があり、ブッホルツリレー、圧力解放システム、温度計もあります。コアは無負荷損失を決定し、巻線は負荷損失と短絡強度を決定します。絶縁はトランスの寿命を決定し、付属品は製造業者の状態を示します。.
トランス内部の六つのシステム
システム思考アプローチを使用することは、記事の残りを理解するのに有益です。なぜなら、それは独自の操作と特定のテスト実施方法を持っているからです。.
- 磁気システムは、エネルギーを転送し電圧を変換する機能を果たす積層コアを含みます。.
- 電気システムは、低電圧および高電圧巻線、それらの接続、および内部で行われる接続で構成されています。.
- 誘電体の機能は、電流の流れを防ぎ、誘電特性を維持することです。.
- 機械システムは、コアを押すためのメカニズム、巻線フレーム、および巻線を持つタンクで構成されています。.
- 熱伝達機能は、冷却装置、ファン、油循環システム、および温度測定装置で構成されています。.
- 制御および保護システムは、ブッホルツリレー、圧力、温度、ガス分析用のセンサーで構成されています。.
コア：無負荷損失が決まる場所
コアは、ほぼ常に冷間圧延された配向シリコン鋼（CRGO）で作られた薄い鋼の層が重ねられたもので構成されています。粒子の配向は重要で、磁束は圧延の方向に沿って流れ、これはコアの製造方法に対応します。シリコン含有量は3から4%の間で、抵抗率を高めて渦電流を抑制し、ラミネーションの厚さが残りの仕事を行います。.
| 特性 | 仕様書で見るもの |
|---|---|
| ラミネーションの厚さ | 23 mm、0.27 mm、または0.30 mm、時には0.35 mm |
| グレード | M3 / M4 / M5 従来型、または 23HP85 のような高誘導グレード |
| コア損失 | 85 から 1.40 W/kg（1.7 T、50 Hz において、グレードに依存） |
| スタッキングファクター | 95% から 98% |
| ジョイントタイプ | ステップラップ、45° ミタード、バリは 10 から 20 µm に保持 |
| 表面コーティング | IEC 60404-1 に基づく C5 または C6 絶縁コーティング |
商業的に重要な二つの行があります。コア損失に関しては、約 1.30 W/kg の一般用途コアから 0.23 mm 厚さの高グレードコアの 0.85 W/kg に移行することで、変圧器の無負荷損失が 1/3 減少することが言えます。年間 8,760 時間稼働する変圧器は、この違いから大きな利益を得ますが、タンクの外からは見ることができません。.
もう一つの重要な行はジョイントに関連しています。バリを最小限に抑えたステップラップジョイントは、隙間を減少させるのが容易で、これにより励起電流、ノイズ、さらには漏れ損失が低下します。しかし、バットジョイントと粗いシアで作られたコアの性能は同じに見えますが、実際にはかなり劣ります。.
巻線：銅、アルミニウム、およびその間のジョイント
配電変圧器は、LV 巻線がコアに最も近く配置され、HV 巻線がそれから遠くに配置されるように設計されており、これにより巻線とコアの間の絶縁スペースを節約し、巻線のタッピングを容易にします。巻線は、銅またはアルミニウムで、丸線または平線の形状で作られています。.
この置き換えの理由は非常に単純ですが、しばしば誤解されます。銅の電気伝導率は 100% IACS であり、アルミニウムの伝導率は約 61% であるため、同じ抵抗を持つアルミニウム巻線を作るには、断面積が約 1.6 倍大きくする必要があります。アルミニウムは非常に軽量であるため、最終的な巻線は大幅に軽く、同じ仕様の銅製のものと比べて、完全なアルミニウム変圧器ははるかに軽量です。この重量差は、バイヤーにとって最も迅速な現場テストの一つです。.
変わる主な点は、適切に構築されたデバイスの効果ではなく、フルロード時に数十分の一パーセントしか変わらないのですが、ジョイントです。アルミニウムと銅の巻線または二つのアルミニウム巻線の間のジョイントは、酸化物コーティングを取り除き、シールする必要があります。そうしないと、加熱問題を引き起こします。今日では、スズメッキ、バイメタル遷移プレート、超音波溶接を使用し、予算が許せばデバイス設計においてより高い絶縁クラスを使用して、デバイス設計の熱的信頼性を確保することが標準的な実践と見なされています。.
11 kV から 33 kV の範囲の油浸配電ユニットにおいて、これは通常、低入札が最初に現れる設計の部分であり、サプライヤー自身の説明を読む価値があります。 油浸配電変圧器の範囲 価格を比較する前に、巻線材料やジョイント方法に関する表現は偶然ではないことが多いため、注意が必要です。.
絶縁と油：ゆっくりと失敗する部分
トランスの絶縁材料は、油で処理されたクラフト紙とプレスボードの組み合わせであり、寿命は温度と湿度に依存します。これは、信頼性に関するほぼ全てのストーリーを1行で表しています。.
紙は突然失敗することはありません。ポリマーが分解し、機械的強度が失われ、ポリマー化の度合いは新しい紙の1,000から寿命の終わりには200以下に減少します。老化の生成物にはフラン化合物が含まれ、この理由からフラン分析が寿命の指標として行われ、水処理とともに行われます。.
油は同時に3つのタスクを実行します：絶縁、巻線から放熱器への熱移動、そして状態報告です。新しい鉱油は、2.5 mmのギャップでテストされた少なくとも30 kVの破壊電圧を持たなければならず、数十ppmの湿度レベルはこの値を2倍に減少させる可能性があります。このため、油のテストは診断の最も安価な方法であり、美しい塗装と湿った油を持つトランスが故障する可能性がある理由でもあります。.
乾式ユニットの場合、誘電系は異なり、故障のモードも変わります。巻線のエポキシキャスティングは、IEC 60076-11に従って通常10 pC以下の部分放電の限界で行われ、空隙のあるキャスティングでも電力周波数テストを通過することができますが、トラッキングが発生するまで運転中に放電し続けます。.
タップチェンジャー
配電トランスは通常、オフ回路タップチェンジャーを利用します。これは、トランスの高電圧巻線の処理をいくつかのステップで変更する手動スイッチの一種で、通常は約±5%のステップで約2.5%に相当します。タップチェンジャーは、一般的な用語で有効電圧に対応するように設置され、カバーされており、メンテナンスは必要ありません。.
より大きなトランスおよび送電型アプリケーション向けに設計されたトランスは、負荷中タップチェンジャーを使用するように設計されており、タップチェンジャーを通過する電圧でトランスのタップを変更することができます。メンテナンスの負担の違いは大きく、これは 負荷中タップチェンジャーとその機能の説明に含まれています。.
実用的な注意点：「フィーダーの遠端での低電圧」の苦情は、タップチェンジャーが間違ったタップに設定されていることが多く、ユーティリティを非難する前に最初に確認すべき点です。.
タンク、コンザーバー、ブリーザーおよびブクホルツリレー
タンクは油を貯蔵するだけでなく、トランスのコアとコイル部分を保持し、内部故障から保護し、冷却面を提供し、ブッシングやアクセサリーを支えます。.
冷却エリアは、強制冷却用のファンが取り付けられたラジエーターまたは波形シートによって提供されます。タンクの上には、油の膨張量を保持する小さなタンクであるコンザーバーがあります。コンザーバーは、メインタンクが満杯であることを確認し、ブッシングと巻線の上部が-20 °Cから+50 °Cの温度範囲で油に浸されていることを保証します。.
ブリーザーはチェーンの端に位置しています。これは、油が冷却されるとタンクを満たす空気から湿気を吸収するシリカゲルで構成されています。青からピンクへの変化は、おそらく油の状態を示す唯一のサインです。.
ブクホルツリレーは、タンクとコンザーバーの間のパイプラインの要素です。リレーには2つの部分があります：1つは遅いガスの蓄積に反応し、もう1つは故障によって発生する圧力波の際にコンザーバーへの油の急増に反応します。ブリーザーとリレーがどのように連携して機能するかは、このメモに記載されています。 ブリーザーとガスリレーのコア機能.
圧力解放装置は最後の防線です。アークがブッホルツが反応するよりも早くガスを生成した場合、PRDは持ち上がり、理想的には人が立っている場所から離れて排気します。.
ブッシングとケーブルボックス
ブッシングは、フラッシュオーバーを引き起こすことなく、接地されたタンクに電流が入ることを可能にする部品として機能します。これは特別なタイプの絶縁体であり、中電圧用にはポーセリンに油飽和紙で作られ、導体とフランジの間の電場を均等化するコンデンサーコアが装備されています。低電圧側はポーセリンまたはエポキシで作られ、相分割を持つケーブルボックスも取り付けることができます。.
ブッシングは、実際には思っているよりも頻繁に故障する可能性があり、その理由は面倒で、ひび割れたポーセリン、摩耗したガスケット、過剰に締め付けられた端子、詰まった呼吸穴などの問題があります。トランスの検査を行う際には、ブッシングを最初にチェックしてください。ヘアラインクラックは検出と修理が容易ですが、フラッシュオーバーはそうではありません。.
ドライタイプトランスの変化
ドライトランスの場合、オイル、コンザーバー、ブリーザー、またはブッホルツリレーは使用されず、空気および固体絶縁が誘電体の役割を果たします。巻線はエポキシキャスティングで浸透および封入され、CRGOスタックがコアとして機能します。.
これはトレードオフの問題です。オイルの火災負荷とオイルトランスのメンテナンスを排除することができるため、このようなユニットは建物、病院、トンネル、データセンターに設置されます。しかし、空気はオイルよりも誘電強度が低いため、湿気や汚れに対してより敏感になるという代償が伴います。巻線の汚れた表面は漏れ経路になるリスクがあります。絶縁クラスはFまたはHまで上がり、冷却システムはANまたはAFになり、部分放電試験が最も重要です。.
屋内での用途で火災リスクが優先される場合、仕様はオイルユニットとはかなり異なり、この概要は ドライタイプ配電トランス クラスと冷却コードをより詳細にカバーします。.
トランスの内部から判断する方法
密閉タンクの内部を見ることはできず、見る必要もありません。7つのチェックポイントがほとんどのリスクをカバーします。.
| チェックポイント | 何を尋ねるべきか | 悪い回答の例 |
|---|---|---|
| コアグレード | グレードと厚さを示すミルテスト証明書 | “グレードのない「高品質シリコン鋼」 |
| 巻線材料 | 明記された導体および接合方法、さらにユニット質量 | 接合についての沈黙、または仲間よりも質量がかなり低い |
| 損失試験 | 保証値に対する無負荷および負荷損失の測定 | 保証された数値のみ、測定なし |
| 短絡耐性 | IEC 60076-5に対する試験報告書、または設計計算 | 試験が「必要ない」という主張“ |
| 温度上昇 | IEC 60076-2に対する型式試験結果 | 測定されたものとして提示された計算値 |
| オイルの状態 | 出荷時の破壊電圧と湿度 | オイルユニットでのオイル試験なし |
| 部分放電 | 特にドライタイプでの定期PD測定 | “「このクラスにはPDは必要ない」” |
損失の測定の重要性が強調されています。IEC 60076-1に従い、許容される最大総損失は+15%であり、この要件を満たす設計は、平均的な損失レベルで設計されたものよりもコストが高くなります。したがって、保証ではなく実際の値を求め、異なるオファー間で比較を行うことが推奨されます。テスト方法自体はこのガイドでカバーされています。 トランスのテスト.
あなたが見ることができず、尋ねるべきこと
三つの目に見えない要素はタンクの寿命に決定的な要因です。それらはコアクランプ、巻線ブレース、およびシーリング時の絶縁の乾燥です。.
コアクランプの状態は、ノイズと無負荷電流の測定値から推定できます。ラミネーションがしっかりと取り付けられていない場合、ノイズは徐々に増加します。巻線ブレースは短絡試験の助けを借りて評価できます。これにより、プロトタイプのために実施された型式試験は、無関係な品質証明書の山よりも価値のある情報となります。絶縁の乾燥は、タンクのシーリングプロセスから数年後にのみ観察できます。.
タンクング前にコアとコイルの写真、コアクランプ圧力データ、真空および油充填情報を求めるべきです。上記の操作を行う会社は、ためらうことなく必要な情報を提供してくれます。もしその会社が提供できない、または提供したくない場合、全く異なる話題に切り替えるでしょう。.
よくある質問
トランスの内部にある主な部品は何ですか？
私たちには以下のコンポーネントがあります：コア、LV巻線、HV巻線、絶縁体（紙、プレスボード、油、または乾式トランスのエポキシ絶縁）、タップチェンジャー、ブッシング、タンク、ラジエーター、コンザーバー、ブリーザー、ブクホルツリレー、圧力解放装置、温度計です。大きなトランスでは、ブッシングCTとモニタリングセンサーもあります。.
なぜコアはソリッドではなくラミネートされているのですか？
渦電流の経路を止めるためです。ソリッドスチールコアは、金属を通して重要な循環電流が流れることを許可し、それによって加熱されエネルギーが浪費されます。絶縁コーティングの層で互いに絶縁された薄い層は、それらの電流を小さなループに制約し、損失を大幅に減少させます。.
How can I tell if a transformer is copper or aluminium wound?
Investigate the unit mass with comparable units from different manufacturers, check the data plate and test report, and request written confirmation of winding material. An aluminum winding will require 1.6 times greater size of the conductor, as well as letting the unit attain a lower weight. Note that physical verification can take place only on a broken or disassembled unit.
What is the oil inside a transformer for?
There are three aspects: insulation, heat transfer from the coils to the radiators, and condition monitoring. The breakdown voltage of oil and moisture level are the two main measures that provide information on the condition of oil-immersed equipment.
参考文献
- Rex Power Magnetics — What Is Inside a Power Transformer
- Daelim Transformer — Inside the Transformer
- High To Low Voltage — Transformer Parts Guide
- Reinhausen — On-Load Tap Changers and Transformer Monitoring
- Nynas — Transformer Oil Technology and Testing
結論
Transferring power is done through the steel, conductor, paper, oil, and few protective devices which are part of the transformer. There are few types of components which are common in transformers. Difference is made by the type of steel used, accurate measurements of losses, quality of the joints, and whether the unit was dry when sealed.Send information regarding the request, process, and losses and we will send all specifications of transformers including coating grade and winding specifications, not only the price.