乾式変圧器サーモスタット変圧器の熱保護システムの「中央の頭脳」です。この重要な装置は、巻線温度を継続的に監視し、巻線温度を制御します。冷却ファンと、過熱を防止するために必要なアラームとトリップ信号を提供します。これらの機能を理解することは、乾式変圧器の長期的な信頼性、安全性、効率性を確保するための鍵となります。このガイドでは、これらの不可欠なデバイスについて知っておく必要があるすべてのことを説明します。

乾式変圧器サーモスタットとは何ですか？

乾式変圧器サーモスタットは、乾式変圧器（エポキシ樹脂鋳造やVPI含浸など）の動作状態を保護するために設計された、マイクロプロセッサーをベースとする特殊な電子機器です。変圧器の熱管理システムの「頭脳」として機能します。主な役割は、接続されたセンサーによって変圧器の三相巻線の温度を継続的に測定することです。

これらのリアルタイムの温度測定値に基づいて、サーモスタットは自動的に一連の事前設定されたプログラムされたアクションを実行します。これらのアクションには、温度の表示、特定のしきい値に達したときの冷却ファンの作動、高温警告のための可聴または視覚アラームのトリガー、そして最終的には、変圧器の通電を解除し、致命的な故障を防ぐための重大な過熱状態の場合にサーキットブレーカーに「トリップ」信号を送信することなどが含まれます。

乾式変圧器の温度管理が重要な理由は？

冷却剤と絶縁体としてオイルを使用する油浸変圧器とは異なり、乾式変圧器は空気循環と固体誘電体絶縁（エポキシ樹脂など）に依存している。この絶縁体は最も熱に敏感な部品である。絶縁体の寿命、すなわち変圧器自体の寿命は、動作温度に直接、指数関数的に関係しています。定格クラスを常に数分の一度上回る温度でさえ、変圧器の寿命を大幅に縮める可能性があります。

効果的な温度管理は、主に3つの理由から重要である：

• 資産保護： 断熱材の不可逆的な劣化を防ぐことで、大きな資本投資を保護する。
• 火災の安全： 特に病院、データセンター、商業ビルなどの屋内設備では、電気火災の主な原因である過熱に対する防御の第一線である。
• 運用の信頼性： 変圧器が誤ってトリップすることなく安全に負荷を処理できるようにし、重要な業務の電力継続性を維持します。

サーモスタットの仕組み

サーモスタットは、直接的で信頼性の高い閉ループプロセスとして機能する：

1. センシング： 3つのPT100温度センサーがトランスの三相（A、B、C）巻線の奥深くにあらかじめ埋め込まれており、最も高温になる箇所の温度を連続的に測定します。
2. シグナリング： 各センサーは可変抵抗信号をサーモスタットに送る。抵抗値は温度によって正確に変化する。
3. 変換と表示： サーモスタットの内部回路は、これらの抵抗信号を正確なデジタル温度測定値（摂氏または華氏）に変換し、フロントパネルに表示する。
4. 比較し、行動する： サーモスタットのマイクロプロセッサーは、測定された最高温度とユーザー定義の設定値（ファンスタート温度、アラーム温度、トリップ温度など）を連続的に比較します。
5. リレー起動： 温度の読み取り値が設定ポイントを超えると、サーモスタットは適切な出力リレーを作動または解除させ、その結果、冷却ファン、アラーム、またはメインサーキットブレーカのシャントディスコネクトコイルが作動します。

サーモスタットの中核機能は何ですか？

• 三相温度表示： 巻線の3相（A、B、C）すべての温度をリアルタイムでデジタル表示します。
• 自動冷却ファン制御： あらかじめ設定された温度しきい値に基づいて、変圧器の冷却ファンを自動的に起動および停止します。ほとんどのサーモスタットは、テスト用に手動制御も可能です。
• 過熱アラーム： 温度が高レベルの警告設定ポイントを超えると、専用のリレーを作動させます。このリレーは通常、メンテナンス担当者に警告するためのアラームまたは点滅ライトに接続されています。
• 過熱トリップ： 温度が危険なレベルに達すると、フェールセーフ・トリップ・リレーが作動します。この信号はメインサーキットブレーカのシャントリリースコイルに接続され、トランスを電源から即座に切り離し、致命的な故障を防ぎます。
• センサーの故障検出： 接続されたPT100センサーの健全性を継続的に監視します。センサーがオープンまたはショートすると、サーモスタットはフォルトを表示し、誤ったデータに基づく動作を防止します。
• データ通信（オプション）： 最近のサーモスタットの多くは、Modbusプロトコルを使用したRS485通信ポートを備えており、SCADAやビル管理システム（BMS）との統合や遠隔監視が可能です。

PT100センサーとは？なぜ使うのですか？

「PT100」は、これらのサーモスタットで使用される業界標準のセンサータイプです。名称の内訳は以下の通りです：

• PTだ。 センシングエレメントの素材であるプラチナを表す。
• 100: センサーが0°C（32°F）で正確な100.0Ωの抵抗を持っていることを示します。

PT100センサーは、その優れた特性により、この重要な用途に選ばれました：

• 高い精度と直線性： プラチナは非常に精密で、抵抗と温度の関係が文書化されているため、広い範囲にわたって高精度で再現性のある測定が可能です。
• 抜群の安定性： 長期間にわたってドリフトがほとんどないため、再校正を行わなくても、サーモスタットの測定値は長年にわたって信頼性を維持できる。
• 頑丈さ： 変圧器内部での機械的振動や熱応力に耐えられるような構造になっている。

サーモスタットを正しく設置・設定するには？

適切な設置は、信頼性の高い操作に不可欠です。メーカー指定のマニュアルに必ず従うべきであるが、一般的な手順は以下の通りである：

1. 安全第一だ： 作業を開始する前に、変圧器が完全に非通電状態にあり、ロックアウトされていることを確認してください。
2. インストール： サーモスタットユニットは通常、変圧器の筐体または近くの制御キャビネットに取り付けられている。
3. センサーの接続： 3つのPT100センサーからの3線式リード線を、サーモスタット背面の対応する入力端子に接続します。電気ノイズを最小限に抑えるため、シールドケーブルの使用を強く推奨します。
4. 電源とリレーの配線： ACまたはDC電源をサーモスタットの電源端子に接続する。出力リレー（ファン、アラーム、トリップ）を適切な外部デバイス（ファンコンタクタコイル、アラーム、サーキットブレーカーシャントリリースコイル）に接続します。
5. コンフィギュレーション： 電源を入れ、フロントパネルのボタンを使用してセットアップメニューにアクセスします。ここでは、変圧器メーカーの仕様に従って、ファンの始動/停止、アラームの作動、トリップの作動に関する主要な設定値をプログラムします。

温度過昇の場合はどうなるのですか？

サーモスタットは、損傷を防ぐために段階的でインテリジェントな反応を提供する：

• ステージ1 - ファン始動： 変圧器の負荷が増加すると、巻線温度が上昇します。ファン始動」設定点（例えば100℃）を超えると、サーモスタットがファンリレーを作動させ、冷却ファンを始動させて熱を放散させます。
• ステージ2 - 高温アラーム： 負荷が非常に高い場合、または周囲温度が極端に高い場合、ファンが作動していても温度が上昇し続けることがあります。温度が「アラーム」設定ポイント（例えば130℃）を超えると、サーモスタットはアラームリレーを作動させ、対処が必要な異常事態を担当者に知らせます。
• ステージ3 - クリティカル・トリップ： これは究極の安全対策です。温度が重要な「トリップ」設定ポイント（例えば150℃）に達した場合、これは直ちに絶縁不良につながる危険な状況を示します。サーモスタットがトリップ・リレーを作動させ、メイン・サーキット・ブレーカーに信号を送り、変圧器を非通電にして永久的な損傷から保護します。

購入時に見るべき主な特徴は？

サーモスタットを選ぶ際には、以下の特徴を考慮すること：

• 精度と解像度： 高精度（例：±1℃）で、少なくとも0.1℃の分解能を持つものを探してください。
• クリアなディスプレイ： 遠くからでも見やすい、大きくて明るいLEDまたはLCDディスプレイが不可欠です。
• 信頼性の高いリレー： 出力リレーがスイッチングする負荷（特にファンコンタクタコイル）に対して適切な接点定格を持っていることを確認してください。
• 通信ポート： RS485 Modbusポートは、リモートモニタリングやデータロギングを可能にする、最新設備の重要な機能です。
• 頑丈な筐体： サーモスタットは、埃や湿気から保護するために、耐久性のある筐体と適切なIP定格（前面パネルにIP54など）を備えている必要があります。
• 認証だ： 製品が国際基準を満たしていることを確認するために、CEやULなど、関連する安全・品質認証を探してください。

よくあるトラブルシューティングの問題は何ですか？

サーモスタットに関する問題のほとんどは、設置やセンサーに関するものです。よくあるシナリオをいくつか紹介しよう：

• 不適切な温度測定： これは通常、PT100 センサーの不適切な配線、接続の緩み、または電気ノイズが原因です。すべての接続を確認し、シールドケーブルが適切に接地されていることを確認してください。
• FAULT" またはエラーコードが表示されます： センサーが故障すると、ほとんどのサーモスタットはエラーコード（"E-01 "または "FAULT "など）を表示します。これは通常、センサーまたはその配線のオープン（断線）またはショートを示します。
• ファンが正しく始動/停止しない： サーモスタットメニューのファン始動/停止温度設定を確認する。設定が正しければ、ファンコンタクタリレーへの配線を確認し、リレー自体が正常に動作していることを確認する。

これらのサーモスタットはスマートグリッドにどのように役立っているのだろうか？

基本的なサーモスタットは単独で動作しますが、RS485通信ポートを備えた最新のサーモスタットは、スマートグリッドとインダストリー4.0イニシアチブの重要なイネーブラーです。サーモスタットを中央SCADAまたはBMSシステムに接続することで、変圧器はネットワーク上のインテリジェント・ノードになります。

この接続性は実現できる：

• 遠隔監視： オペレーターは、変圧器の現場にいなくても、中央制御室からリアルタイムと過去の温度データを見ることができる。
• 予知保全： 長期的な温度傾向と負荷データを分析することで、高度なソフトウェアが潜在的な問題を予測し、故障が発生する前にメンテナンスのスケジュールを立てることができる。
• 最適化された負荷管理： 送電網管理者は、変圧器資産の熱容量をより明確に把握することができ、送電網全体のよりダイナミックで効率的な負荷分散につながる。