Canwinについて 変圧器の構造がどのように組み合わされているかを知りたいですか？ ユーザーマニュアル | Canwin

02 鉄芯型

鉄心は、鉄心柱と鉄製ヨークから構成される。鉄心柱には巻線が巻かれており、鉄製ヨークは鉄心柱を接続して閉回路を形成する。

図1Aは単相変圧器、図1Bは三相変圧器です。鉄心構造は2つの部分に分けられ、Cはコイル部分で、鉄心柱と呼ばれます。Yは磁気回路を閉じるために使用される部分で、鉄心ヨークと呼ばれます。単相変圧器には2本の鉄心柱があり、三相変圧器には3本の鉄心柱があります。

変圧器の鉄心内の磁束は交流磁束であるため、渦電流損失を低減するために、変圧器の鉄心は一般的に、高抵抗のケイ素鋼板から作られた一定サイズの鉄片で構成されている。鉄心を構成するケイ素鋼板は、まず必要な形状とサイズに切断され、打ち抜き板となり、次に打ち抜き板を重ね合わせるように組み合わせられる。図2Aは単相変圧器の鉄心を示している。各層は4枚の打ち抜き板で構成されている。図2bは三相変圧器の鉄心を示しており、各層は6枚の打ち抜き板で構成され、各2層の打ち抜き板の組み合わせには、各層の磁気回路の接合部をずらすように異なる配置方法が用いられている。この組み立て方法は重ね合わせ組み立てと呼ばれ、鋼板間の渦電流の流れを回避できる。また、層が互いに絡み合って埋め込まれているため、鉄心をプレスする際に使用する締結具の数を減らし、構造を簡素化できる。組み立て時には、まずパンチピースを重ね合わせて鉄心全体を形成し、次に下部ヨークをクランプし、上部ヨークのパンチピースを引き出して鉄心柱を露出させ、予め組み立てられた巻線を鉄心柱にセットし、最後に引き伸ばされた上部ヨークのパンチピースを挿入します。

変圧器は、コア内の巻線の配置によって、コア型とシェル型の2種類に分けられます。主な違いは磁気回路の配置にあり、シェル型変圧器はコアヨークがコイルを囲んでいるのに対し、コア型変圧器はコア内にコイルの大部分があり、コイルの一部だけが鉄ヨークの外側にあり、磁気ループを形成するために使用されます。

03 鉄心の放熱

変圧器が通常運転時、鉄心は鉄損により発熱し、鉄心の重量と体積が大きいほど発熱量も多くなります。変圧器油の温度が95度を超えると劣化しやすいため、鉄心表面温度はできるだけこの温度以下に抑える必要があります。そのためには、鉄心の放熱構造によって鉄心の熱を速やかに放散することが求められます。放熱構造の主な目的は、鉄心の放熱面積を増やすことです。鉄心の放熱は主に、鉄心油路の放熱と鉄心空気路の放熱によって構成されます。

大容量油入変圧器では、放熱効果を高めるために、鉄心積層板の間に油溝が設けられることが多い。油溝は、図4に示すように、珪素鋼板に平行なものと、鋼板に垂直なものの2種類に分けられる。後者の配置の方が放熱効果は優れているが、構造がより複雑になる。

乾式変圧器の鉄心は空冷式である。鉄心の温度が許容値を超えないようにするため、鉄心柱と鉄ヨークに空気ダクトが設置されることが多い。

04 鉄心のノイズ

変圧器は動作中に騒音を発します。変圧器の騒音源は鉄心ケイ素鋼板の磁歪であり、変圧器コアの騒音は基本的に磁歪によって引き起こされます。磁歪とは、鉄心が励磁された際に、磁束線に沿ってケイ素鋼板の寸法が増加する現象を指します。磁束線に垂直な方向ではケイ素鋼板の寸法が減少しますが、これを磁歪と呼びます。さらに、鉄心の構造や幾何学的寸法、鉄心の加工・製造技術も騒音レベルに一定の影響を与えます。

鉄心の騒音レベルは、以下の技術的対策によって低減できる。

（１）磁歪率εの小さい高品質のケイ素鋼板を使用する。

（２）コアの磁束密度を低減する。

（３）鉄心構造を改善する。

（４）適切なコアサイズを選択する。

（５）高度な加工技術を採用する。

05 鉄心の接地

変圧器の通常運転時、通電巻線とリード線、および油タンクの間に形成される電界は不均一な電界であり、鉄心とその金属部品はこの電界内にあります。静電誘導電位が異なるため、鉄心とその金属部品の浮遊電位も異なり、2点間の電位差によって絶縁が破壊されると、火花放電が発生します。この放電は変圧器の油を破壊し、固体絶縁を損傷する可能性があります。これを回避するためには、鉄心とその金属部品の両方を確実に接地する必要があります。

コアは必ず一点で接地する必要があります。鉄心やその他の金属部品が二点以上接地されている場合、接地点が閉ループを形成し、循環電流が発生し、電流が数十アンペアにも達することがあります。これにより、局所的な過熱、油の分解、接地素子の溶断、鉄心の焼損などが起こる可能性があり、これらは許容されません。したがって、コアは必ず接地し、かつ小さめの接地にする必要があります。

II. 変圧器の巻線構造

01巻線の機能

巻線は変圧器の最も基本的な部分であり、磁場を発生させ、電力回路を伝送する部分です。一般的には、絶縁紙で巻かれた銅線またはアルミ線が変圧器のコア柱に巻かれています。変圧器のコアは、十分な絶縁強度、機械的強度、および耐熱性を備えている必要があります。

巻線の種類

変圧器の巻線構造は、大きく分けて層状構造と塊状構造の2種類に分類できます。層状構造とは、巻線が軸に沿って連続的に巻かれ、一般的にS8シリーズやS9シリーズの低損失電力変圧器に用いられます。塊状構造とは、巻線が半径方向に連続的に塊（セグメント）状に巻かれ、その塊が軸方向に多数配置されて構成される構造です。一般的に110kV以上の高電圧の大型変圧器や超大型変圧器に用いられます。

基本的に、中国で製造される電力変圧器の巻線は同心構造を採用しています。同心巻線とは、鉄心柱のどの断面においても、巻線が同じ円筒形になるように鉄心柱の外側に巻かれていることを意味します。高電圧巻線と低電圧巻線の間、および低電圧巻線と鉄心柱の間には、絶縁された段ボール管で隔てられた一定の絶縁ギャップと放熱路（油路）が必要です。絶縁距離は、巻線の電圧レベルと放熱路に必要なクリアランスによって決まります。低電圧巻線を鉄心柱の近くに配置すれば、鉄心柱との間の必要な絶縁距離は比較的小さくなるため、巻線のサイズを小さくすることができ、変圧器全体のサイズも小さくなります。

電力系統では、三巻線変圧器が最も一般的に使用されています。三巻線変圧器を使用して3つの異なる電圧の送電系統を接続すると、2つの一般的な変圧器を使用する場合よりも経済的で、占有面積が少なく、保守管理が容易になります。三相三巻線変圧器は通常、YY-△接続を採用します。つまり、一次巻線と二次巻線はY接続で、三巻線は△接続です（図XX参照）。△接続自体は閉ループであり、同じ位相の第3高調波電流を通すため、Y接続の一次巻線と二次巻線には第3高調波電圧が現れません。このようにして、一次側と二次側の両方に中性点を提供します。長距離送電系統では、三巻線を同期カメラに接続して、送電線の力率を改善することもできます。

III. 変圧器のリード線構造

01 鉛の材質と分類

変圧器の巻線は、リード線と呼ばれる導線の先端部を介して外部に接続されており、リード線を通して外部電源から変圧器に電力が入力されるだけでなく、リード線を通して変圧器から外部へ電力が出力される。

リードには主に以下の種類があります。

（１）巻線端部とケーシングに接続されたリード線

（２）巻線端部間の接続リード線

（３）巻線タップは、スイッチに接続されたタップリード線に接続されている。

鉛の材料は一般的に以下の通りです。

（１）裸銅棒、適用範囲：10kVクラス6300kVA以下の変圧器

（２）紙巻き丸銅棒、適用範囲：10～35kV小容量変圧器

（３）裸銅棒、適用範囲：10kV以下の低電圧巻線リード線

（４）銅撚り線、適用範囲：すべての電圧レベル、特に110kV以上のリード線。

（５）銅管、適用範囲：220kV以上の変圧器リード線。

十分な絶縁距離を確保するため、積層木材や段ボールなどの絶縁材を通したリード線は、電気的性能、機械的強度、温度上昇の要件を満たさなければなりません。リード線の選定は、電界強度と機械的強度に加え、短絡温度上昇と長期負荷温度上昇といった側面も考慮して行われます。

02 リード線の接続

変圧器のリード線接続方式には、ろう付け、ガス溶接、冷間圧接、ボルト接続があります。

巻線出口とリード線との間、およびリード線同士の接続には、リン銅合金製のろう付け電極を使用するものとする。

ガス溶接は、銅棒、鉛線、ケーブルの貫通ケーシング接合部の溶接に使用されます。

冷間圧接とは、リード線で接続された2つの端子を金属管に挿入し、金型を用いて金属管を圧縮することで、2つの端子を密着させる方法です。冷間圧接は加熱を必要とせず、溶接は比較的安全で、溶接不良がなく、リード線などの絶縁体の焼損もなく、押出成形品質が高く、引張強度も良好です。そのため、冷間圧接は大型変圧器のリード線接続の主要な方法となっています。

ボルト接続は主に、ガイドロッドスリーブに接続されたリード線に使用されます。リード線は分解可能で、リード線の長さのずれを補正できます。通常、湾曲したアーク状のリード線構造は自由に伸縮できるため、ソフト接続とも呼ばれます。

03 リード線の固定

リード線の絶縁距離を確保し、動作中および短絡時の電気の振動や衝撃に耐え、変位や変形を防ぐためには、クランプ部品を使用してリード線を締め付ける必要があります。

リード線のクランプ部は十分な機械的強度と電気的強度を備えている必要があるため、一般的にリード線のクランプ部の構造は木製支持構造を採用し、クランプ部と変圧器本体の金属部品を固定します。機械的強度を高めるために、使用可能な金属ボルトを使用しますが、クランプ部同士はエポキシボルトで固定し、緩み防止装置を設ける必要があります。リード線の詰まりを防ぐため、追加の絶縁材として絶縁板をクランプ部に追加する必要があります。

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