油入変圧器はどのように動作するのでしょうか?

油入変圧器はどのように動作するのでしょうか?

変圧器は電力インフラの重要な部分であり、電力の効率的な送電と配電を促進するために電圧を昇圧または降圧するのに役立ちます。変圧器の一般的なタイプの 1 つは、油を冷却および絶縁媒体として使用する油入変圧器です。しかし、油入変圧器は正確にどのように機能するのでしょうか?また、他のタイプの変圧器と何が違うのでしょうか?この記事では、油入変圧器の基本コンポーネントから操作、メンテナンスなどの内部の仕組みについて説明します。

油入変圧器の基礎

油入変圧器は液体入変圧器としても知られ、絶縁および冷却媒体として油を使用する変圧器の一種です。オイル充填設計には、高い熱伝導率、優れた絶縁耐力、自己修復特性など、いくつかの利点があります。油入変圧器は、配電、産業施設、変電所などの幅広い用途で一般的に使用されています。

油入変圧器の基本構成要素には、コア、巻線、絶縁油自体が含まれます。コアは通常、高級鋼で作られており、磁束の経路を提供します。絶縁された導体で構成される巻線はコアの周りに巻かれて磁界を生成し、ある巻線から別の巻線にエネルギーを伝達します。絶縁油は電気を絶縁するだけでなく、動作中に発生する熱を放散するのにも役立ちます。

油入変圧器の動作

油入変圧器の動作は、一次巻線に交流 (AC) を印加することから始まります。 AC 電流が一次巻線を流れると、コア内に変化する磁界が生成されます。この変化する磁界により二次巻線に電圧が誘導され、この電圧は各巻線の巻き数に基づいて増減できます。

変圧器が動作すると、電気損失によりコアと巻線に熱が蓄積します。絶縁油はこの熱を放散する上で重要な役割を果たし、それによって変圧器を温度制限内に保ちます。熱放散に加えて、絶縁油は絶縁耐力も提供し、導体と表面間の絶縁破壊を防ぎます。

油入変圧器の絶縁油

油入変圧器に使用される絶縁油は通常、優れた誘電特性と高い熱伝導率を備えた鉱油です。オイルの高い絶縁耐力は変圧器の電気的破壊を防ぎ、その熱伝導率はコアと巻線から熱を逃がすのに役立ちます。

絶縁油の重要な特性の 1 つは、自己修復能力です。変圧器内で放電が発生すると、少量の油が蒸発して水素やメタンなどのガスが発生します。時間が経つと、これらのガスが再結合して絶縁油が再生され、放電によって生じた損傷を効果的に修復します。

油入変圧器の適切な性能を維持するには、絶縁油の絶縁耐力、水分含有量、酸性度などのパラメータを定期的に検査することが不可欠です。さらに、定期的なオイルのサンプリングと分析は、変圧器の故障につながる前に潜在的な問題を特定するのに役立ちます。

油入変圧器の冷却システム

効率的な動作と寿命を確保するために、油入変圧器には、絶縁油と変圧器全体の温度管理に役立つ冷却システムが装備されています。油入変圧器で使用される一般的な冷却方法には、自然対流、強制空気、強制油循環などがあります。

自然対流冷却は、変圧器タンク内の絶縁油の自然循環に依存しています。オイルがコアと巻線から熱を吸収すると、密度が低くなり、タンクの上部に上昇し、そこで周囲の空気に熱を放出します。冷却されたオイルはタンクの底に戻り、サイクルが完了します。自然対流冷却はシンプルで信頼性が高いですが、より効率的な冷却を必要とする高出力変圧器には適さない場合があります。

一方、強制空冷では、ファンまたは送風機を使用して外気を変圧器タンクの外面に向け、油から空気への熱伝達を促進します。この方法は小型の変圧器でよく使用され、熱放散を管理するためのコスト効率の高いソリューションを提供します。

最後に、強制油循環冷却では、ポンプを使用して絶縁油を外部熱交換器に循環させ、空気または水で冷却します。冷却されたオイルは変圧器タンクに戻され、冷却サイクルが繰り返されます。この方法は大型の変圧器で一般的に使用されており、絶縁油の温度を正確に制御できます。

メンテナンスと安全性の考慮事項

油入変圧器の信頼性の高い安全な動作には、適切なメンテナンスと安全性への配慮が不可欠です。目視検査やサーモグラフィー検査などの変圧器の定期検査は、過熱、油漏れ、その他の潜在的な問題の兆候を特定するのに役立ちます。さらに、前述したように、絶縁油の状態を評価し、適切な絶縁耐力を確保するために、絶縁油の定期的な検査が不可欠です。

油入変圧器の安全上の考慮事項には、油漏れ、火災、環境汚染の防止対策が含まれます。油流出の影響を軽減するには、適切な封じ込めおよび流出防止措置を講じる必要があります。さらに、防火壁や自動消火システムなどの防火システムは、変圧器関連の火災のリスクを最小限に抑えるのに役立ちます。

結論として、油入変圧器は配電および産業用途に不可欠な部分であり、効率的で信頼性の高い電圧変換を提供します。冷却剤および誘電媒体として絶縁油を使用することにより、高効率で動作し、配電の厳しさに耐えることができます。動作の基本原理、メンテナンス要件、安全上の考慮事項を理解することで、さまざまな用途で油入変圧器の長期的な性能と安全性を確保することができます。