乾式変圧器の動作温度は？
发布时间2025年6月16日 08:06:23
電力系統において、乾式変圧器は様々な電気機器に安定した信頼性の高い電力供給を行う上で重要な役割を果たしている。その動作温度は重要なパラメータであり、変圧器の性能に直接影響するだけでなく、機器の耐用年数や安全性にも密接に関係しています。乾式変圧器の動作温度に関する知識を理解し、電力システムの効率的で安定した運用を確保することは大きな意義があります。
乾式変圧器の常用使用温度範囲
乾式変圧器の通常の使用温度範囲は固定されていませんが、絶縁材料の耐熱グレードを含むさまざまな要因によって決定的な役割を果たしています。絶縁材料の耐熱レベルが異なれば、最高温度も異なります。現在、乾式変圧器製造の分野では、一般的な絶縁材料の耐熱クラスA、E、B、F、H、Cクラス。
- クラスA絶縁これは、実際には、周囲温度が25℃の場合、トランス巻線温度は85℃（25℃＋60K）を超えてはならないことを意味する。
- クラスE絶縁周囲温度も25℃と仮定すると、巻線温度は100℃（25℃＋75K）を超えてはならない。
- クラスB絶縁限界動作温度は130℃で、最大温度上昇は80K以下であるべきである。上記の周囲温度に対応して、巻線温度は105℃（25℃＋80K）以下に制御されるべきである。
- クラスF絶縁この場合、巻線の温度は周囲温度25℃で125℃（25℃＋100K）より高くならないようにする必要があります。限界動作温度は155℃で、最大温度上昇は100K以下でなければなりません。
- クラスH絶縁周囲温度が25℃の場合、巻線温度は150℃（25℃＋125K）以内に保つ必要がある。
- クラスC絶縁周囲温度が25 °Cの場合、巻線温度は175 °C（25°C＋150K）が許容される。
実際には、ほとんどの乾式変圧器はクラスFまたはクラスHで絶縁されている。したがって、一般的に乾式変圧器の通常運転温度は、155 °C (クラス F)または 180 °C (クラス H)未満に保たれるべきである。しかし、変圧器の寿命を延ばし、運転安定性を確保するという観点からは、運転温度を比較的低いレベルに維持することがより望ましい。例えば、クラスHの絶縁材料を使用した乾式変圧器の場合、通常運転時の温度を120℃～130℃に制御することで、絶縁材料の老化を効果的に遅らせ、機器の信頼性を向上させることができる。
乾式変圧器の動作温度に影響を与える要因
- ロードサイズ負荷は、乾式変圧器の動作温度に影響を与える重要な要因の一つである。変圧器の負荷が増加すると、それに応じて巻線を流れる電流も増加する。ジュールの法則によれば、導体に電流が流れると熱が発生します（Q = I²Rt、ここでQは熱、Iは電流、Rは抵抗、tは時間）。電流が増加すると、巻線により多くの熱が発生し、変圧器の温度が上昇する。例えば、変圧器が全負荷で動作している場合、その温度は軽負荷で動作している場合よりも通常20℃～30℃高くなる。過負荷運転が長時間続くと、変圧器の温度は上昇し続け、深刻な場合には絶縁材料の許容限度を超え、絶縁体の老化を早め、故障の原因になることさえあります。
- 環境温度変圧器が使用される周囲温度は、変圧器の温度に直接影響します。高温環境では、変圧器の放熱条件は悪化する。周囲温度が高いため、変圧器と環境との温度差が小さくなり、放熱効率が低下するため、変圧器内部で発生した熱を効果的に外部に放出することが難しくなり、温度が上昇します。例えば夏場、周囲温度が35℃～40℃になると、乾式変圧器の動作温度は春・秋季（周囲温度20℃～25℃程度）に比べて大幅に上昇する。周囲温度が高すぎる状態が長時間続くような場合には、換気を強化したり、空調設備を設置したりするなど、変圧器が正常な温度範囲内で運転できるような冷却対策を講じる必要があります。
- 熱条件乾式変圧器の運転温度を制御するためには、良好な熱条件が不可欠である。変圧器の放熱は、主に自然対流、放射、強制空冷などの方法で行われます。変圧器の設置場所が狭い閉鎖空間にあるなど、換気が十分でない場合、空気が効果的に循環できず、自然対流による冷却効果が大幅に低下します。さらに、変圧器の表面にほこりや汚れがたまりすぎると、放熱能力にも影響する。一部の大容量乾式変圧器には、通常、強制空冷システムが装備されており、温度がある閾値を超えると、ファンが自動的に始動し、空気の流れを加速して熱を奪う。しかし、ファンが故障したり、送風ダクトがふさがれたりすると、強制空冷の効果が正常に発揮されず、変圧器の温度が高くなります。
乾式変圧器における高温動作の危険性
- 断熱材の経年劣化の促進絶縁材料は乾式変圧器にとって重要な部品であり、その性能は変圧器の安全運転に直結している。動作温度が高すぎると、絶縁材料の分子構造が変化し、物理的および化学的特性が劣化し、絶縁の老化プロセスが加速されます。乾式変圧器の動作温度が8℃～10℃上昇すると、絶縁材料の老化が約2倍に加速することが研究で示されている。絶縁材の老化は絶縁抵抗の減少、絶縁耐力の弱体化など絶縁材の絶縁性能を低下させ、巻線の短絡、接地などの故障確率を増加させ、変圧器の耐用年数に深刻な影響を与える。例えば、通常の使用温度では20年使用できる乾式変圧器でも、高温下で長期間使用されると、耐用年数が10年あるいはそれ以下に短縮されることがあります。
- 業務効率の低下トランスの動作温度が上昇すると、巻線の抵抗が増加する。オームの法則（I = U / R、Iは電流、Uは電圧、Rは抵抗）によれば、電圧が一定の場合、抵抗が増加すると電流は減少する。変圧器の出力電力P＝UI（Uは電圧、Iは電流）であり、電流の減少は出力電力の減少を意味し、変圧器の動作効率の低下をもたらす。同時に、抵抗の増加により、巻線から発生する熱はさらに増加し、悪循環を形成する。これはエネルギーの浪費を引き起こすだけでなく、電力系統の電力供給品質に影響を与え、負荷の電力需要を満たせなくなる恐れがある。
- 潜在的な安全上の危険を引き起こす過度の動作温度は、多くの安全上の問題を引き起こす可能性があります。絶縁材料の許容限界を超えて温度が上昇し続けると、絶縁体に穴が開き、巻線が短絡する可能性があります。短絡電流は瞬時に巨大な熱を発生させ、発火の引き金となり、周囲の機器や人員の安全に深刻な脅威をもたらす可能性がある。さらに、高温によって変圧器の内部部品が膨張・変形し、接触不良や緩みなどの問題を引き起こし、故障のリスクをさらに悪化させる可能性がある。変電所やデータセンターのような重要な電力場所では、乾式変圧器は安全事故が発生した場合、深刻な経済的損失と社会的影響を引き起こすことになる。
乾式変圧器の動作温度の監視と制御
- 温度モニタリング方法
- サーモメトリーより一般的で直感的な温度監視方法です。乾式変圧器の巻線またはコアや、熱電対温度計、RTD温度計などの温度計の設置の他の重要な部分で。これらの温度計は、リアルタイムで測定部の温度を測定し、温度信号を電気信号出力に変換し、ディスプレイ機器を介して直接温度値を読み取ることができます。例えば、熱電対温度計は、2つの異なる金属材料の熱電効果を使用し、温度が変化すると、熱電対の端は、熱電位の大きさを測定することにより、既知の温度値であることができ、熱電位を生成します。
- サーモスタット方式サーモスタットは、インテリジェントな温度監視・制御システムである。通常、温度センサー、コントローラー、アクチュエーターで構成される。温度センサーは変圧器内部に設置され、リアルタイムで温度データを収集し、コントローラに送信します。コントローラは、あらかじめ設定された温度しきい値に従って、収集したデータを解析・処理し、温度が設定値を超えると、コントローラはアクチュエータを駆動するためのコマンドを発行し、ファンを始動して放熱したり、アラーム信号を発信したりといった動作を行います。現在、市場の温度コントローラはますます強力になっており、温度のリアルタイム監視と制御を実現できるだけでなく、データロギング、リモート通信などの機能も備えており、運転・保守担当者が変圧器の運転状態を遠隔監視・管理するのに便利です。
- 温度管理対策
- 自然空冷式容量が小さく、動作温度が比較的低い乾式変圧器では、自然空冷が簡単で効果的な放熱方法です。変圧器の形状構造と通風路を合理的に設計することで、空気の自然対流を利用して変圧器内部で発生した熱を周囲の環境に逃がすことができます。例えば、変圧器の外殻にヒートシンクを設置して放熱面積を増やし、空気の自然対流を促進します。同時に、自然空冷の放熱効果を高めるため、変圧器の設置場所の風通しをよくし、周囲に空気の流れを妨げる障害物がないようにします。
- 強制空冷乾式変圧器の負荷が大きい場合、または運転温度が高い場合、自然空冷では放熱要件を満たせないことがあり、この場合は強制空冷システムを使用する必要があります。強制空冷システムは、主にファン、エアダクト、制御システムで構成されています。変圧器の温度がある程度まで上昇すると（巻線温度が100℃～110℃に達するなど）、温度制御装置からファン起動の指令が出される。ダクトを通るファンは変圧器の巻上げおよび中心および他の熱い部品に吹く冷気であり熱配分を加速します。強制空冷の過程では、定期的にファンの動作状況を確認し、ファンが正常に動作し、ダクトに障害物がないことを確認する必要があります。また、変圧器の実際の運転状況に応じて、ファンの回転数を調整し、放熱の強さをコントロールすることで、省エネ運転を実現することができます。
- 負荷の調整乾式変圧器の負荷を合理的に調整することも、運転温度を制御するための重要な手段の一つである。電力系統の負荷を監視・分析することで、変圧器の過負荷運転が長引かないように負荷配分を最適化することができる。例えば、電力消費のピーク時には、一部の非重要負荷を他の変圧器に移し、変圧器の動作温度を下げることで、変圧器の負担を減らすことができる。同時に、季節的な負荷や断続的な負荷に対しては、実際の需要に応じて機器の起動・停止時間を合理的に調整することで、変圧器を高効率かつ低温状態で運転することができる。
- 経営環境の改善乾式変圧器の使用環境を改善することも、温度を下げるために重要です。第一に、変圧器の設置場所に換気扇や換気装置などの換気設備を設置し、空気の循環をよくして熱を奪う。第二に、運転環境の温度と湿度を管理する。気温が高い季節には、エアコンなどの冷凍設備を使って周囲の温度を下げ、湿度が高い環境では、除湿装置を設置して環境を乾燥させる。また、変圧器の運転環境を定期的に清掃することで、変圧器の表面にほこりや汚れなどが蓄積し、放熱効果に影響を与えるのを防ぐことができる。
乾式変圧器の運転温度に関連する知識を理解し、効果的な監視・制御対策を講じることは、安全で安定した効率的な運転を確保するための鍵である。絶縁材料の合理的な選択、放熱条件の最適化、リアルタイムの温度監視、運転パラメーターの適時調整などを通じて、変圧器の運転温度を効果的に制御し、機器の寿命を延ばし、電力系統の信頼性を向上させることができる。実際には、電力系統の安全で安定した運転を確保するため、運転保守担当者は、運転保守に関する関連規格や基準に従って、乾式変圧器の温度変化に細心の注意を払う必要がある。
