ある変電所のオペレーターは、雷雨が到来し、110 kVの電力ラインが108 kVから116 kVに変わったとき、今日彼の電子メーターを見ました。それにもかかわらず、二次側の20 kVバスは同時に19.9 kVから20.1 kVの間の値を示しました。そこで働いている機器は、負荷時タップチェンジャーと呼ばれています：変圧器比は段階的に修正されます。.
この記事は、変圧器比とは何か、どのように計算されるか、何との関係があるかを解釈します。 変圧器比 および電圧安定性、タップチェンジャーがその瞬間に変圧器比をどのように安定させるか、変圧器比エラーがある場合にどのような結果が得られるかについて説明します。計算の例は、IEC 60076およびIEEE C57規格への参照とともに論文に提供されています。典型的なタップ範囲、タップチェンジャーのコストなども含まれています。.
変圧器比とは何ですか？（定義と公式）
変圧器比またはターン比は、一次巻線のターン数と二次巻線のターン数の比を定義します。これは、一次電圧と二次電圧の比、および理論的な場合における一次電流と二次電流の逆比に等しいです。.
N1/N2 = V1/V2 = I2/I1。.
実際の変圧器は理想的ではありません。実際の変圧器では、漏れリアクタンスと巻線の抵抗が電圧降下を引き起こし、実際の電圧が無負荷時の電圧よりも低くなります。電圧のパーセントでの差は 電圧調整 変圧器の特性に応じて約2%-6%です。.
次の定義は契約で互換的に使用されます：
| 用語 | 意味 | 例 |
|---|---|---|
| ターン比 | N1 / N2（純粋な巻線ジオメトリ） | 550 / 100 = 5.5 |
| 電圧比 | 無負荷時のV1 / V2 | 110 kV / 20 kV = 5.5 |
| 調整 | 無負荷からフルロードへの電圧降下 | 2.5%–6% |
変圧器比の計算方法：実例
比を決定するのは、電圧またはターン数を知っていれば簡単です。.
例えば：
110 kV/20 kVの電圧変圧器は110:20で、一次に2200ターンがある場合、二次には400ターンがあります。.
高電圧変圧器の場合、18 kV – 400 kVの比は（400/18 = 22.2）になります。.
配電変圧器は通常、11 kV/0.4 kVの電圧比を持ち、比は11/0.4 = 27.5:1です。.
自動変圧器の構造により、同じ電圧比2:1に対してターン数が少なくなります。.
三相システムで動作する変圧器の場合、ライン間電圧を使用する必要があり、ベクトルグループ（Dyn11、YNd11）は位相シフトとシステムの大きさ比の関係を決定する上で重要です。.
なぜ比がグリッドの調整弁なのか
送電線上の電圧変動は、負荷の変動、発電機の故障、無効電力損失、及び電源からの距離など、いくつかの要因によって発生します。比率を調整しない場合、フィーダーは1日の間に5%から10%の電圧変動を経験する可能性があります。変圧器比は、巻数と出力電圧の間に直接的な関係があるため、電圧の変動の利点を補償する実用的な手段として機能し、いかなる変化も対応する変動を引き起こします。.
システムオペレーターは、規制によって設定された法的限界内で電圧を維持する必要があり、配電部門では±5%、送電部門では±10%を維持することが求められます。このプロセスで最も広く使用されている方法はOLTCであり、変圧器比を調整します。実際、OLTCは非常に広く使用されているため、OLTCなしの変圧器を持つことには書面での正当化が必要です。.
タップチェンジャー：比率を調整するメカニズム
のファミリーのタップチェンジャーが存在し、それらの間での選択は主にデューティサイクルの問題です：
| 視点 | オフサーキット（DETC） | 負荷時（OLTC） |
|---|---|---|
| 操作 | 非通電時のみ | 負荷下、自動 |
| 一般的なタップ範囲 | ±2.5%から±5% | ±10%から±16% |
| ステップ | 3–5 | 13–17（各1.25%–2.5%） |
| 調整能力 | 季節的のみ | 連続、自動（±2%保持） |
| 価格プレミアム | ベースライン | +$15,000–$60,000は定格に応じて |
| 一般的に使用される | 配電用変圧器 | 電力変圧器 ≥5 MVA |
OLTCが電流で動作している間、抵抗器やリアクタ、及び高速真空遮断器を使用して、固定タップから切り替える際の主接点での電気アークを最小限に抑えます。現代のモーター制御OLTCは、サイクルを完了するのに約2〜10秒かかります。この場合、コントローラーは変圧器の二次側からの電圧フィードバックを使用していることに注意できます。.
並列運転のための比率調整
同じバスに同時に2つの変圧器を使用する場合、比率を密接に一致させる必要があります。比率の違いΔ%は、いわゆる循環電流を生成し、アイドル状態でも回路に参加します。.
一つのアドバイスは、循環電流を小さい変圧器の容量の10%未満に保つことを確認することです。.
比率の1%の違いの影響は、通常、20 MVA / 110 kVの2つの変圧器の容量の2%-5%の循環電流に依存し、インピーダンス（通常は10%）によって異なります。.
変圧器は、同じベクトルグループ、比率が一致すること、インピーダンスが10%以上変動しないことなど、いくつかの基本条件に従って運転されるべきです。.
これを考慮するために、オペレーターは各変圧器のタップ位置を変更してそれらを等しくする必要があり、多くの現代のAVRにはこの目的のためのマスターフォロワースキームがあります。.
誤った比率の影響：循環電流と保護の問題
リレーの定格によるリレーの誤動作は、誤ったリレー設定によって保護の機能不全を引き起こし、適切な故障なしに保護装置が作動したり、2%-5%の誤差により実際の内部欠陥を検出できないことがあります。.
電圧の変化は、クリークに沿った電圧を外部の限界に押し込む可能性があります。.
負荷状況の不均衡は、比率が高いユニットがアクティブおよびリアクティブパワーのかなりの割合を消費し、その老化を加速させることを意味します。.
そのため、比率チェックは、主タッピングの電圧比が設計値から±0.5%を超えてはならないというIEC 60076-1の要件に従った試運転のステップの一つとなりました。また、すべてのタップは名板データに対して確認される必要があります。.
比率試験方法と基準
標準的なフィールドテストは、変圧器のターン比（TTR）メーターを使用して行われるターン比テストです：
| 方法 | 原理 | 精度 | 一般的な使用 |
|---|---|---|---|
| TTRメーター（TTRテスト） | 各タップで注入された電圧と誘導された電圧を比較します | ±0.1% | 試運転、定期メンテナンス |
| 無負荷時の電圧比チェック | 電圧を低下させ、両側を測定します | ±0.3% | 現場確認 |
| 静電容量比/低電圧テスト | 静電結合による等価比 | ±0.5% | 工場型試験 |
工場試験と現場試験は、IEC 60076-1およびIEEE C57.12.90に由来します。TTRテストは、同じユニットで行われた異なるテスト間の比率の変動が、巻線の短絡を示すことが多いため、主要な診断テストと見なされており、年次比率テストは監視の重要な要素です。.
アプリケーション別の典型的な比率とタップ範囲
| アプリケーション | 典型的な比率 | タップ範囲 | タップチェンジャー |
|---|---|---|---|
| 発電所のGSU | 18/400 kV (22.2:1) | ±7.5%の5ステップ | オフ回路、時々OLTC |
| 送電変電所 | 220/110 kV (2:1) | ±16%の17ステップ | OLTC |
| サブ送電 | 110/20 kV (5.5:1) | ±12%の13ステップ | OLTC |
| 産業用電力 | 33/11 kV (3:1) | ±10%の9ステップ | OLTCまたはオフ回路 |
| 配電 | 11/0.4 kV (27.5:1) | ±2.5%オフ回路 | オフ回路 |
配電用変圧器は定期的な調整のみを必要とするため、±2.5%および±5%のオフロードタップのステップで季節的な負荷変動に対応するのに十分です。それに対して、送電およびサブ送電用変圧器は、送電電圧の影響を直接受ける大規模な顧客グループがあるため、OLTCで構成されています。.
タップチェンジャーと変圧器の価格影響
タップチェンジャーの選択は、すべての変圧器予算における実際の項目です。計画範囲：
| 変圧器 | OLTCなし | OLTCを使用して | プレミアム |
|---|---|---|---|
| 5 MVA / 33 kV | $55,000–$90,000 | $75,000–$130,000 | +$15,000–$40,000 |
| 20 MVA / 110 kV | $150,000–$260,000 | $175,000–$320,000 | +$20,000–$60,000 |
| 50 MVA / 110 kV | $360,000–$700,000 | $400,000–$800,000 | +$25,000–$90,000 |
料金は仕様の種類、ブランド、および地域によって異なります。グリッド接続ユニットに関わる高い費用は短期間で回収されます：負荷時タップチェンジャー（OLTC）は、電圧を調整し、フィーダーのエネルギー損失を減少させるため、コストを迅速に回収できます。.
ブランドと比率設計の違い
比率の数学は、発信元の会社に関係なく同じです — 物理学は交渉の余地がありません。しかし、メーカーはタップチェンジャーの設計、制御、品質管理、価格設定の種類に基づいて自らを区別します。信頼性のベンチマークは、MR（マシーネンファブリック・ラインハウゼン）とABBのタップチェンジャーによって設定されており、アジアの企業はライセンスを取得したり、自社開発したOLTC設計を安価で利用するようになっています。.
| ブランド | 国 | タップチェンジャーの強み | 参考価格（20 MVA/110 kV、OLTC付き） |
|---|---|---|---|
| 日立エナジー | スイス/日本 | 独自のOLTC、AVR統合 | $450,000–$700,000 |
| シーメンスエナジー | ドイツ | MR OLTCオプション、デジタル制御 | $430,000–$680,000 |
| シュナイダーエレクトリック | フランス | 配電に焦点を当てたMVユニット | $280,000–$450,000 |
| TBEA | 中国 | 社内OLTC、スケール | $180,000–$320,000 |
| 江蘇省蘇辺電力 | 中国 | カスタム比率とタップ、MRまたは社内OLTC | $160,000～$300,000 |
コストは仕様と地域によって決まります。カスタマイズされた比率とタップ仕様が必要なプロジェクト — ユニークなベクトルグループ、特別なタップ範囲、または特定のOLTCブランド — において、江蘇省蘇辺電力は信頼できるパートナーです：50 kvaから220 kVの容量を持つ配電および電力トランスを製造し、個別のタップ構成の見積もりを提供し、必要なMRまたは類似の負荷時タップチェンジャーを設置します。各ユニットは、IEC 60076-1規格に基づくすべてのタップの比率試験記録と共に納品され、工場価格は通常、欧州企業の価格よりも30%-50%低くなっています。.
よくある質問
トランスフォーマーの比率はどのように計算されますか？
トランスフォーマーの比率は、一次コイルの巻数を二次コイルの巻数（N1/N2）で割ったもので、無負荷電圧比（V1/V2）に等しいです。例えば、110 kV/20 kVで適用されるトランスフォーマーは5.5:1の比率を持ち、11 kV/0.4 kVトランスフォーマーの比率は27.5:1です。逆の関係により、ステップアップトランスフォーマー（比率が1未満；例えば、18/400 kV電圧のトランスフォーマーの0.045）の場合、出力電圧は高く、出力電流は低くなります。.
トランスフォーマーの比率の許容範囲は何ですか？
IEC 60076-1に従い、主タップでの比率は名板値の±0.5%以内でなければならず、他のタップ位置でも同じ許容範囲が適用されます。フィールドTTRメーターは±0.1%まで測定するため、 commissioningテストで0.5%を超える偏差がある場合は、短絡巻数や接続ミスの調査が必要です。.
トランスフォーマーは電圧調整のためにタップチェンジャーが必要なのはなぜですか？
負荷、発電、及び電源からの距離に基づくライン電圧の変動により、比率調整がなければ、配電フィーダーは1日を通して5%–10%変動する可能性があります。OLTCは、±10%から±16%の範囲内で1.25%–2.5%のステップで比率を変化させ、約±2%の二次電圧を自動的に提供します。これにより、モーター、電子機器、および顧客の設備が過電圧および低電圧から保護されます。.
並列接続された2つの変圧器が異なる比率を持つとどうなりますか？
外部からの負荷がない場合でも、2つのユニット間で電流が循環します。言い換えれば、変圧器が待機モードにあるときでも、循環電流が流れます。20 MVA/110 kVユニットの場合、1%の比率不一致でも、フルロード定格電流の約2%-5%の循環電流が発生します。さらに、不一致が増加すると、循環電流もそれに応じて増加します。オペレーターがタップ選択プロセスを通じて比率を均等化する行動は、小型変圧器の定格の10%を超える循環電流の上昇を防ぎます。.
負荷時タップチェンジャーは変圧器のコストにどれくらい追加されますか？
OLTCは、一般的に5 MVAから50 MVAの定格の電力変圧器のコストに$15,000から$60,000を追加することを可能にします。高い定格の変圧器はより高価です。この投資は、より良い電圧制御と低い電力損失、及び機器故障の不在により通常は回収されます。.
参考文献
- IEC 60076-1: 電力変圧器 — 一般 — 比率、許容差、タップ、および試験要件を定義します。.
- IEC 60076-8: アプリケーションガイド — タッピング、並列運転、および電力変圧器の適用に関するガイダンス。.
- IEEE C57.12.00: 液体浸漬トランスの一般要件 — 比率およびタップ仕様に関する北米の要件。.
- マシーネンファブリック・ラインハウゼン (MR) — 負荷時タップチェンジャーの設計と制御に関する業界の参考文献。.
- IEEE C57.12.90: 液体浸漬型配電、電力、及び調整変圧器の試験規程 — 比率試験を含む試験手順。.
- US EPA: 変圧器効率プログラム — 大規模での電圧制御と効率的な変圧器が重要な理由の背景。.
結論
変圧器の比率は、電力システムにおける制御装置のように機能します。タップチェンジャーによって行われる微小で正確な巻数比の変更により、法的限界内で電圧を維持し、数百キロメートルの電力線を通じて電力供給を確保します。比率測定、その限界、および並列運転の知識は、変圧器を指定、試験、またはサービスするすべての専門家にとって重要です。.
比率は無負荷電圧比でもあります。配電変圧器は5.5:1から27.5:1で動作することがあります。.
負荷時タップチェンジャーを備えた変圧器は、-10%から+16%まで比率を変更し、タップレバーを13-17ステップで位置付けます。.
変圧器は、電流の循環を防ぐために同じ比率とインピーダンスを持つべきです。比率試験は義務付けられており（IEC 60076-1、許容差±0.5%）、短絡巻数を検出することができます。.
プロジェクトが特定の比率、タップ範囲、またはOLTC構成を必要とする場合、, 江蘇省蘇辺電力 50 kVAから220 kVクラスの配電および電力トランスを設計・供給でき、各ユニットに対して完全な比率試験報告書を提供します。.