ユーティリティ企業のプロジェクト担当エンジニアは、132/33 kVの電圧で40 MVAの容量を持つ主変圧器の仕様を策定しています。この変圧器は、地域全体の33 kVの配電バスを調整することができます。変圧器の設計プロセスはほぼ完了していますが、会議で問題が提起された点があります。それは、オンロードタップチェンジャーに関するもので、多くの質問が寄せられました。さまざまなメーカーの評価は技術的な観点から準備されましたが、コストは30%異なる可能性があり、メンテナンス間隔は3倍異なり、異なる設計間のサービスメトリックはデータシートにはありません。エンジニアは、オンロードタップチェンジャーの利用が、変圧器の30年間の運用コストにとって重要であることを理解しています。.
この記事の目的は、主変圧器のオンロードタップチェンジャーの選定に関する情報を提供することであり、タップ範囲、ステップサイズ、電流およびステップ電圧定格、抵抗型と真空型の違い、コスト、供給者に送信する必要がある仕様を含みます。.
答え：オンロードタップチェンジャー装置は、負荷がかかっているときに変圧器の巻線のタップを調整するために使用され、供給の中断なしに電圧を調整します。10 MVA – 60 MVAのユニットの場合、可能な設定範囲はそれぞれ約± 8 × 1.25%または± 6 × 2.5%です。OLTC装置は、変圧器の最大連続定格と同じ通過電流に対して定格されており、ステップ電圧は巻線の電圧と等しいです。.
オンロードタップチェンジャーとは何ですか？
オンロードタップチェンジャー（OLTC）は、電力変圧器に見られるモーター制御装置で、電力が使用されている間に調整コイルのタップ接続を変更します。これは、タップを増減させることによって行われ、ターン比と出力電位差が変わることを示し、OLTCが変動する負荷と電源条件の下での連続電圧調整プロセスにおいて重要な役割を果たすことを示しています。.
現在の電流が流れている間に継続的に操作を行う装置であるため、OLTCは精密機器であり、スイッチングは特定の条件下で行われる必要があり、OLTCが摩耗する前にスイッチングプロセスは何千回も行われなければなりません。.
なぜ主変圧器にはそれが必要なのか
トランスは、送電システムと配電システムの間に設置されます。トランスの両側は、需要の変化やグリッド構成による送電電圧の変化により、日中に負荷の変動を経験する可能性があります。たとえば、対象のトランスの容量が40 MVAの場合、インピーダンスドロップは6-12%の範囲になる可能性があります。したがって、フルロードまたは無負荷の場合、規制はトランス自体の電圧降下に数パーセント影響を与える可能性があります。さらに、33 kVバスが通常の電圧よりも5-8%低下するリスクがあり、これは地元の規制により許可されていません。.
必要な電圧変動を許容範囲内に維持するために、OLTCは通常、自動電圧調整器（AVR）と組み合わせて使用されます。.
OLTCが中断なしに切り替える方法
OLTCは二段階で設計されています。セレクターは、アクティブタップを介してすでに接続されている巻線で新しいタップポイントを機械的に見つけます。したがって、ここでのセレクターの動作はゼロ電流値で行われると考えられます。その後、ダイバータースイッチの時間が来て、原則タップから新しいタップに電流が移動します。遷移インピーダンスは、セレクターとダイバータースイッチの間に配置されているため、流れる電流は決して中断されません。.
抵抗ダイバーターの設計は、電流がその間に配置された1つまたは2つの遷移抵抗器を通過するように機能します。抵抗値は、プロセス中に電流の流れが最小値に制限されるように選択されます。.
抵抗型 vs. 真空型 vs. リアクターOLTC
| 特徴 | 抵抗型OLTC | 真空型OLTC | リアクター型OLTC（レガシー） |
|---|---|---|---|
| アーク消滅 | 油中、遷移抵抗器を使用 | 真空遮断器内 | 遷移リアクターを使用 |
| 油の汚染率 | 高い; スイッチング時に油が炭化する | 非常に低い; 油は清潔に保たれる | 低-中程度 |
| メンテナンス間隔 | 約100,000回の操作 | 約300,000回の操作 | 変動; 主に時代遅れ |
| 初期コスト | $3,000-$18,000 | $5,000-$30,000 | 稀; 供給者は少ない |
| 最も適しているのは | 配電および中電力、予算を意識したプロジェクト | 電力トランス、頻繁な操作、無人サイト | 歴史的な設計 |
新しい主トランスに関しては、通常、抵抗型または真空型のいずれかを選択できます。抵抗型は長い間使用されており、初期コストが最も低いです。しかし、真空型は、メンテナンス間隔が長く、油交換の要件が少ないため、初期コストが高くなることがあります。これは、油の交換が現場訪問とダウンタイムを必要とする無人変電所の場合に重要な考慮事項となる可能性があります。.
タップ範囲とステップサイズの選択
タップ範囲は電圧制御の計算です。このプロセスは、いくつかのステップで構成されています。
- 実際の電圧変動を測定します。フルロード状態での一次側の電圧とバスの電圧を測定します。実際のグリッドでは、軽負荷とフルロード条件の間で±3-8%変動する可能性があります。.
- トランスのインピーダンスの低下を加えます。フルキャパシティで、10-40 MVAの電力を持つトランスの調整は4-8%に達し、タップはソースの変化と内部の低下の両方を考慮する必要があります。.
- ステップのサイズを決定します。通常、適切な調整を持つ大きなトランスには1.25%のステップが使用され、小さなトランスは2.5%のステップで動作します。.
- 範囲を設定します。±8×1.25%のタップ範囲は16ステップで±10%を提供し、±6×2.5%のタップ範囲は12ステップを使用して±15%を生成します。10MVAから60MVAの範囲内のほとんどのトランスには、最初の範囲が標準として選ばれます。.
- リレーの助けを借りて1ステップでバス電圧を提供し、ハンティングを避けるためのタイムラグを持つAVRについて考えます。また、ステップの数は前述の要件を満たす必要があります。.
結論として、誤った見積もりは結果を招く可能性があります。範囲が狭い場合、トランスは最悪の条件下で電圧を保持できず、範囲が広すぎる場合はOLTCまたはその調整巻線にさらなる費用が必要になることを意味します。.
現在の電流およびステップ電圧定格の理解
| 定格 | 意味 | 10-60 MVAの典型的な値 |
|---|---|---|
| 定格通過電流 | OLTCが運ぶ最大連続電流 | 300-1,250 A（トランスの定格による） |
| 定格ステップ電圧 | Voltage between adjacent taps | 500-3,000 V per step |
| Rated switching capacity | Product of current × step voltage the diverter can handle | Up to ~1,000 kVA per switching step |
| Operating cycles | Design life in operations | 100,000-300,000+ |
| 規格 | Design and type-test basis | IEC 60214-1/-2, IEEE C57.131 |
The through current has to cover the highest continuous current of the transformer plus the overload factor, if applicable, such that for a 20% overload contract the OLTC rating will also have to reflect this. In other words, the step voltage is just as important since high step voltage means much more stress on the diverter than high current with low step voltage; this is verified by the vendor during the switching capacity test.
To help you visualize the relationship, we provide you with the following sizing reference related to the transformer you are specifying.
| Transformer Rating | HV Voltage | Max Continuous Current | Typical OLTC Rating | OLTC Price Range |
|---|---|---|---|---|
| 10 MVA | 66 kV | ~88 A | 100 A, step 500-800 V | $4,000-$12,000 |
| 20 MVA | 110 kV | ~105 A | 125 A, step 800-1,200 V | $6,000-$16,000 |
| 40 MVA | 132 kV | ~175 A | 200 A, step 1,200-1,800 V | $8,000-$22,000 |
| 60 MVA | 220 kV | ~157 A | 200 A, step 1,500-2,500 V | $12,000-$30,000 |
After establishing the ratings, it is essential for the specification to delineate all the requirements using detailed language. At the very least, the RFQ must specify the following items in the clear manner:
- Tap range and steps: must be specified clearly, e.g., ±8×1.25% (17 steps) at the HV winding.
- The rated through-current: what is the maximum continuous current, including overload operation.
- Step voltage: maximum voltage between the taps.
- Type: either a resistor or a vacuum type, turret mount design (head type) or an in-tank unit.
- Motor drive: voltage (110/220 DC or AC), torque limitations, local or remote operation, and AVR interface.
- Monitoring: position display, working hours counter, oil level, and pressure monitoring of OLTC space.
- Standards and type tests: type tests as per IEC 60214-1, plus IEEE C57.131 if the project is based in the North Americas.
- Spares and services: spares and services available from the manufacturers.
There are two most important specification points that are frequently ignored. First, the overload basis, which states that the OLTC should be rated for the transformer’s overload capacity and not only for the rated continuous capacity. Second, the AVR interface and communication protocol, which shows whether the tap changer can become part of the systems of substation automation or will operate on an isolated manual basis.
OLTC by Transformer Size and Duty
- Transformers of lesser power (less than 5 MVA): Oil immersing or oil circulating transformer(OLTC) thus dies not make use of OLTC; on-circuit tapping is done supplemented by regulation at upstream regulators.
- Transformers at the substation level (5 to 60 MVA): The power range for the installation of OLTC; direct caused system based regulators are used along with standard tentative impacts on the regulated bus.
- Step up generator transformers; The OELTC option is rare; regulation being done on the generator or grid level depending on the generating capacity of the generators.
- Transformers at the industrial level (10 to 50 MVA): The OLTC option is also available at this level; however vacuum type of OLTC is chosen where changes in operation are frequent.
- Furnace transformers and rectifier transformers; there is high frequency of tapping operation thus vacuum type of OLTC desired for the operation.
Brands and Price Comparison
| ブランド | Origin | OLTC Products | Approx. Price Range |
|---|---|---|---|
| MR Reinhausen | Germany | VACUTAP vacuum and OILTAP resistor series — the global reference | $6,000-$35,000 |
| ABB | Switzerland/Sweden | Complete transformer + OLTC packages | $5,000-$30,000 |
| Siemens | Germany | OLTC for large power transformers | $6,000-$32,000 |
| 日立エナジー | Switzerland | Power transformer tap changing | $7,000-$35,000 |
| シュナイダーエレクトリック | France | Distribution-class tap changers | $3,000-$15,000 |
| Jiangsu Subian Electric Power (integrated) | 中国 | Transformers with proven OLTCs coordinated to IEC 60214 | $4,000-$15,000 (as transformer option) |
as MR technology or licensed designs are being used by almost all leading transformers around the world. The VACUTAP series of vacuum tap changers is the one that set the standard for maintenance-free operation. ABB, Siemens, and Hitachi Energy offer their own or partner OLTC technology. The OLTC is usually a named item in the transformer contract and the choice depends on capabilities of the transformer manufacturer and maintenance philosophy of the project. Jiangsu Subian Electric Power is among the manufacturers that install tested OLTCs in their transformers, including the vacuum type for frequent switching. Instead of getting a product that comes with an additional OLTC attached, the buyer gets turn-key assembly covering turret, drive, and AVR as one complete system. Due to the efficient production and pricing policy of Subian, the price range of OLTC transformers is about 40-60% lower as compared to similar offerings of European manufacturers. However, regardless of the brand you choose, always indicate OLTC type in the contract and check the type test certificate.
Step-by-Step Selection Procedure
- Assess whether an OLTC is necessary. If the source and load are stable, you may only need manual taps, but in the case of a power transformer, automatic regulation is almost always required.
- Determine the tap step size and range according to the internal regulation of the transformer and the voltage fluctuations.
- Determine the current capacity based on the maximum current available during continuous operation with overloads.
- Double-check the step voltage with the tap-to-tap voltage of the regulating winding.
- Decide whether to use resistors or vacuum based on the budget, domain of application and switching frequency.
- Identify if turret or head mounting is needed and decide about the motor drive, ensuring it bears the correct voltage and controls.
- List the monitoring requirements and the requirements for the integration of the automatic voltage regulator including the position, counter, oil level, and communication protocols.
- Ensure that the certificate of the type-test and process test in accordance with IEC 60214-1 is available, and include the designation of the OLTC in the contract.
Operation, Monitoring, and Maintenance
The need for OLTC servicing is mostly influenced by the kind of OLTC and how often it switches on and off. Recommendations include:
- Track how many times the OLTC has been operated each month. An OLTC used in association with a power transformer may make 1,000-10,000 switches a year; therefore, maintenance intervals should be calculated based on the operating count, rather than based on numbers of years.
- In resistor OLTCs, diverter installation oil should be considered separately from the oil in the main tank, as it gets carbonized during the switching operation and degrades much faster; filter or replace it as per interval specified by the manufacturer (~100,000 switches).
- In vacuum OLTCs, no contamination occurs during operation; hence, intervals may be much longer (~300,000 switches); still, the mechanism and the drive should be checked at every major trip.
- The torque of the motor drive, the position of the AVR relay switch, and the position of the position indicator should be verified every year.
- Monitor temperatures and pressures of the diverter oil; a jump in temperature indicates a fault in the contacts or an abnormal switching process.
- Logging the operation counter is most cost-effective since it changes “make maintenance every five to seven years” into “make maintenance every 100,000 operations,” which means a considerable difference for a busy transformer.
Maintenance required by different designs is drastically different. The two main types of OLTC should be compared based on your expenditures.
| Maintenance Item | 抵抗型OLTC | 真空型OLTC |
|---|---|---|
| Diverter oil change interval | 約100,000回の操作 | 約300,000回の操作 |
| Oil carbonization rate | Moderate to high | Very low |
| Contact inspection interval | At each oil change | Every 2nd-3rd oil change |
| Motor drive maintenance | Same for both (annual check) | Same for both |
| Estimated 20-year maintenance cost | $8,000-$20,000 | $4,000-$10,000 |
よくある質問
How much does an on-load tap changer cost?
What tap range should I specify for my main transformer?
What is the difference between a resistor and a vacuum on-load tap changer?
How often does an OLTC need maintenance?
Can I retrofit an on-load tap changer to an existing transformer?
Rarely and rarely economically. The regulating winding, turret mounting, tank clearances, and cooling must all suit the OLTC, and most fixed-tap transformers were never designed for one. If you need continuous regulation on an existing unit, consider a separate voltage-regulating transformer or a series voltage regulator instead. Otherwise, specify the OLTC at the design stage.
参考文献
- IEC 60214-1 — Tap-Changers, Performance Requirements and Test Methods — The core OLTC standard covering type tests and ratings.
- IEC 60214-2 — Tap-Changers, Application Guide — Selection guidance for ranges, steps, and ratings.
- IEEE C57.131 — Requirements for Load Tap Changers — North American OLTC standard.
- MR Reinhausen — Tap Changer Portal — The leading OLTC manufacturer’s VACUTAP/OILTAP documentation and life-cycle data.
- IEC 60076-1 — Power Transformers, General Requirements — Transformer-level context for tap changer integration and testing.
- ABB Transformers — Reference for transformer and tap changer integration.
結論
Choosing the on-load tap changer for a major transformer is a process that is based on the facts. The variation of voltage and the regulation of transformer determine the range, while transformer’s current and switching capability determine the output. As long as everything is done correctly, the OLTC will perform its functions for many years.
- Calculate the tap range using the actual voltage values and the internal regulation.
- Rate the OLTC according to the overload performance, not just the rating on the plate.
- Opt for vacuum type when frequent switching is involved and there is no man.
- Follow the performance records, log the counter and hold the certificate of the type test attached to the contract.