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変圧器の主要構成要素の概略図

変圧器製造プロセス

変圧器のコア

変圧器コアの紹介の主な内容は、変圧器コアの切断、積層、固定、および無負荷損失を低減するための最新の積層技術です。

2. 変圧器のコア

鉄心は変圧器の基本構成要素です。磁性導体とクランプ装置から構成されています。鉄心には2つの機能があります。原理的には、鉄心の磁性導体は変圧器の磁気回路であり、一次回路の電気エネルギーを磁気エネルギーに変換し、また、自身の磁気エネルギーをエネルギー変換媒体である二次回路の電気エネルギーに変換します。構造的には、鉄心は本体やリード線など、変圧器内部のすべての構成要素を支えています。

変圧器の鉄心は、枠状の閉じた構造をしている。コイルの部分は鉄心柱と呼ばれ、コイルを覆わず磁気回路を閉じる役割だけを果たす部分は鉄塊と呼ばれる。

鉄心の種類

巻線と鉄心の相対的な位置関係により、鉄心はコア型とシェル型の2種類に分類できます。ここでは、とりあえずハート型鉄心のみを紹介します。単相変圧器の場合、鉄心には2列2列、1列4列、2列4列など、いくつかの構造形式があります。

三相変圧器の鉄心には、2柱型と2柱型（三相3柱型）、3柱型と4柱型（三相5柱型）など、いくつかの構造形式があります。鉄心構造の選択は、各種巻線の適切な配置、材料の節約、輸送高さへの適合など、総合的な要因に基づいて決定されます。バイパスにより、漏洩磁束と励磁電流の第5波と第7波を低減できます。

電磁鋼板（珪素鋼板）：

鉄芯磁気導体に使用される材料は、シリコン含有量の高い電磁鋼板、別名シリコン鋼板である。

ケイ素鋼板には冷間圧延と熱間圧延の2種類があり、冷間圧延ケイ素鋼板は無方向性と方向性の2種類に分けられます。

熱間圧延ケイ素鋼板は磁気特性が劣り、磁束密度は1.5Tにしか達せず、単位損失も大きすぎるため、もはや使用されていない。一方、冷間圧延方向性ケイ素鋼板は、明確な方向性、高い飽和磁束密度、小さな単位損失および単位励磁容量を有し、現在広く使用されている。

冷間圧延方向性珪素鋼板の厚さには、0.35mm、0.3mm、0.27mm、0.23mmなど、いくつかの仕様があります。一般的に使用されているのは0.3mmで、近年はますます薄くなっており、その主な目的は無負荷横方向損失を低減することです。

・現在、ケイ素鋼板の主な生産地域は、日本、西ヨーロッパ、ロシア、韓国、そして国内の武漢鋼鉄です。

冷間圧延方向性電磁鋼板の仕様は、主に厚さと、50Hzの磁束密度が1.7Tのときの単位損失（W/kg）で表されます。例えば、次のようになります。

・レーザー照射と機械彫刻技術を用いた新開発のケイ素鋼板

変圧器コア用ケイ素鋼板のせん断加工：

シリコン鋼板は工場に搬入される際、幅約1000mmのコイル状で出荷されます。これを専用の切断装置（例えばドイツ製のジョージーワイヤーなど）で所定の形状に切断する必要があります。各シートの切断バリは0.02mm以下でなければなりません。

鉄心の積み重ね：

●コア型変圧器のコイルは円形であるため、コア柱の断面も円形にする必要がありますが、製造が難しく非経済的であるため、段付き（段階円筒型）にしています。各段は長方形を形成し、外縁は同じ外接円上にあります。段数には一定の制限があり、経済的なメリットを総合的に考慮する必要があります。

●鉄心を重ね合わせる際、鉄心柱と鉄心部材は、1枚または複数枚を交互に重ね合わせることで、上下の珪素鋼板の突き合わせ継ぎ目が交互にずれて重なり合うように配置される。これにより、励磁電流と無負荷損失が低減されるとともに、強度も向上する。

鉄芯材の重ね継ぎ：

・現在、変圧器の鉄心は全斜め接合部、すなわち鉄心柱と鉄心ヨークの接合部が45°の角度で接合された形状を採用しています。この接合形状は、現在一般的に使用されている高透磁率の方向性珪素鋼板の特性に完全に適しており、磁気回路を可能な限り均一化します。

・フルマイター接合部を有する大型変圧器コアの場合、積層は一般的に2段階接合の形で行われます。変圧器コアの無負荷特性をさらに向上させるために、コアの多層接合部、すなわちステップラップコアが形成されます。

積層コアでは、ケイ素鋼板の継ぎ目が互い違いに配置されています。ある部材の磁束が継ぎ目のエアギャップに到達すると、エアギャップの磁気抵抗はケイ素鋼板の数千倍にもなります。磁束の大部分は、この継ぎ目を繋ぐ隣接するケイ素鋼板を通過します。ブリッジング継ぎ目における積層体の元の磁束とブリッジング磁束が重なり合います。磁束密度が飽和状態に達すると、継ぎ目領域（すなわち局所領域）の無負荷損失と無負荷電流が急激に増加し、結果として全体の無負荷損失が増加します。

ステップラップは今年採用された新しい積層技術であり、接合部の珪素鋼板の磁束密度を向上させることで、コア部分の無負荷損失と騒音を効果的に低減することができる。

コア断熱材：

鉄心の絶縁は、変圧器の鉄心製品の品質に直接影響を与える。鉄心の絶縁は、シート間の絶縁と、積層板と構造部品間の絶縁の2つの部分に分けられる。

チップ間の絶縁は主に2つの方法で実現されます。1つは積層シートの表面にコーティングを施すこと、もう1つは積層工程中に各積層体に一定の厚さの絶縁段ボール層を挿入することです。この絶縁段ボール層は放熱油路としても機能します。

大容量変圧器では、鉄心で発生した熱を循環する変圧器油で除去するために、鉄心柱とヨークに冷却油路が設けられています。油路は、珪素鋼板を波形に打ち抜いたもの、または珪素鋼板に鋼棒を溶接したもので構成されます。完全斜め接合の変圧器コアでは、損失を低減するために、非金属材料のスラットを使用して油路を分離します。

鉄心の接地：

変圧器の運転中、鉄心とその金属構造物が電界内で異なる位置にあるため、発生する電位も異なります。2点間の電位差が一定値に達すると、放電現象が発生します。放電の結果、変圧器油が分解したり、固体絶縁体が損傷したりします。この現象を回避するためには、鉄心とその金属構造物を効果的に接地する必要があります。

鉄心アクセサリー

第2部 変圧器の巻線

変圧器巻線部の主な内容は、変圧器巻線の電線と巻線方法である。

コイルは変圧器の入出力電気エネルギーの電気回路であり、変圧器の基本構成要素です。コイルは以下の基本要件を満たすように設計する必要があります。

1. 電気強度

雷インパルス耐電圧

動作時のインパルス耐電圧

商用周波数耐電圧

2. 耐熱性

長時間の通電によって発生する熱下では、コイルの絶縁体の耐用年数は20年以上でなければならない。

変圧器の運転条件下において、いずれかの回線端で突然短絡が発生した場合、コイルは短絡電流によって発生する熱に損傷を受けることなく耐えられる必要がある。

3. 機械的強度

コイルタイプ;

コイルの種類は、主にコイル電圧などの緩和能力に基づいて選定され、電気的強度、機械的強度、放熱性、製造工程の実現可能性なども考慮されます。コイル構造の選択は一律ではなく、場合によっては複数の構造形式から選択できます。これは、様々な変圧器メーカーの伝統的な慣習とも関連しています。

変圧器コイルは、大きく層状型とケーキ状の2種類に分けられます。ピンコイルは、らせん状、連続状、絡み合い状、絡み合い連続状、内部シールド連続状、千鳥状などの構造タイプに分類されます。

コイルワイヤー：

巻線は、導体材料によって銅線とアルミニウム線、導体形状によって丸線と平線、絶縁材料によって紙線、塗料線、ガラス線に分類される。電力変圧器には通常、紙巻きの平鋼線が使用される。

紙被覆平鋼線は、通常の紙被覆鋼線、複合鋼線、転置鋼線などに分類できます。鋼線の引張強度に応じて、通常の鋼線（00、≤120Mpa）、半硬質鋼線（120Mpa<00.2≤210Mpa）に分類できます。転置鋼線の中には、自己粘着転置鋼線もあります。転置鋼線では、単一の平鋼線にエポキシ樹脂の層（両面の塗膜の厚さは

0.06 ± 0.02mm）の細いワイヤを、塗膜が熱硬化した後にすべて接着し、コイルの短絡強度を向上させることが目的です。現在、最新のネットパッケージ転置ワイヤが中国で採用されており、対応する加工生産ラインも導入されています。

巻線は、導体材料の違いにより銅とアルミニウム、導体形状により丸線と平線、絶縁材料により紙線、塗料線、ガラス線に分類できます。電力変圧器は通常、紙巻き平銅線を使用します。

紙被覆平銅線は、通常の紙被覆線、複合線、転置線などの種類に分類できます。銅線の引張強度に応じて、普通線（02≤120Mpa）、半硬質銅線（120Mpa<00、≤210Mpa）に分類できます。転置線の中には、自己粘着転置線もあります。これは、転置線内の単一の平線にエポキシ樹脂の層（両面の塗膜の厚さは0.06±0.02mm）をコーティングしたもので、塗膜を加熱して硬化させ、すべての細い線を接着してコイルの短絡強度を高めることを目的としています。現在、最新のネットパッケージ転置線が採用されており、中国では対応する加工生産ラインも導入されています。

巻線は通常、層状型と扇形型の2種類に分けられます。

巻線のターンは軸方向に連続的に配置され、巻き付けられます。これを層状巻線と呼びます。各層は円筒状になっています。バレル巻線。

巻線のターンは半径方向に連続的に巻かれ、扇形（セグメント）を形成する。軸方向に多数のビスケットが配置された巻線は、扇形巻線と呼ばれる。連続巻線、絡み巻線、挿入型容量性巻線などが含まれる。

一般的な巻線形態：

一般的な巻き方としては、円筒形、螺旋状、連続状、絡み合ったものなどがある。

円筒巻きは最も単純なタイプで、一般的に1つまたは複数の巻き線で構成されます。巻き付けは、円状に密に巻かれたコイルばねのように、線材の軸に沿って1ターンずつ密に巻かれます。巻き付けが簡単で、仕上がりが良く、層間の油路による放熱性に優れているという特徴がありますが、端部の支持面が小さく、機械的強度が低いという欠点があります。

らせん巻きは平線でできており、巻線同士は互いに近接しておらず、絶縁スペーサーによって一定の距離（オイルチャネル）が確保されている。これは、伸ばされたコイルばねのような構造である。利点は、巻線工程が簡単で、放熱用のオイルチャネルがあることだが、巻数の多い巻線には適さない。

らせん型は、硬質タイヤチューブに複数のワイヤーを平行に巻き付けた構造で、単らせん型にすることも、平行ワイヤーの数を増やすことで二重らせん型や四重らせん型にすることも可能です。複数のワイヤーを平行に接続する場合は、ワイヤーの長さが異なるため循環電流が発生しないよう、ワイヤーの向きをずらす必要があります。

連続巻線は、1本または複数本の平線を、特殊な工程を経て絶縁円筒またはワイヤモールド支柱上に連続的に巻き付け、複数の扇形ワイヤセグメントを形成するものである。利点は、高い機械的強度と優れた放熱性能である。しかし、巻線工程はより複雑である。

連続したワイヤーケーキとワイヤーケーキとの接続は、巻線の内側と外側で交互に行われるため、ワイヤーの長さが十分であれば、はんだ付けなしで連続巻線に巻き付けることができる。

挿入型容量巻線は、連続巻線ケーキの外側の巻線間に縦方向容量を有するワイヤ（シールド線）を挿入することによって形成される。挿入されるワイヤケーキおよび挿入される巻線数は、要求される容量に応じて決定できる。シールド線には動作電流が流れないため、通常は非常に細いワイヤが使用される。

挿入型容量巻線は連続巻線を採用しており、絡み巻線に比べて溶接箇所を大幅に削減できる。また、挿入するシールド線の巻数を自由に調整できるため、縦方向の容量を必要に応じて調整できる。現在、110kV以上の大型変圧器の巻線に広く用いられている。

ワイヤー転置

変圧器の電流が大きい場合、コイルの巻線は複数の平行線で構成されます。対策を講じなければ、中心軸に近い線は短く、中心軸から遠い線は長くなります。磁場内での線の長さと位置が異なるため、線の抵抗と誘導リアクタンスが不均衡になり、導体間の電流分布が不均衡になります。電流が導体全体に均等に分布し、余分な損失を低減するために、平行導体の位置を入れ替える必要があります。これを「転置」と呼びます。