変圧器冷却システムの最も包括的な説明

1. 冷却方法の表現

変圧器の冷却方法は、一般的に以下の4つのコードの組み合わせで表されます（左から右へ）。

例えば、ONANとは油浸式自己冷却を意味し、内部の油が自然循環し、外部の空気も自然循環する方式です。

第二に、変圧器の冷却方法

油入式電力変圧器の冷却方法は、その容量の大きさに応じて、油入式自己冷却、油入式空冷、強制油循環空冷、強制油循環水冷などに分類できる。

1. 油浸式自己冷却

油浸式自己冷却システムは特別な冷却装置を必要とせず、油が変圧器内を自然に循環し、鉄心と巻線からの熱は油の対流によってタンク壁または放熱器に伝達されます。変圧器の容量に応じて、3つの異なる構造に分類できます。

1.1. 滑らかな箱壁。小容量変圧器はこの構造を採用しており、箱の筐体は鋼板で溶接され、箱の壁は完全に滑らかです。

1.2. 冷却リブ付きボックス壁。滑らかなボックス壁に放熱リブを溶接して空気との接触面積を拡大し、容量がやや大きい変圧器に適しています。

1.3. ヒートパイプまたはラジエーターによる冷却。容量の大きい変圧器の場合、燃料タンクの冷却表面積を増やすために、燃料タンクの外側に複数のラジエーターが設置されます。ラジエーターは、上下のヘッダーを備えた放熱パイプのセットです。部品を取り外します。

図1は、ヒートパイプを備えた油入式自己冷却変圧器の油の流れ経路を示しています。変圧器が運転中、鉄心と巻線の加熱により油槽内の油が加熱され、高温の油は油槽の上部に上昇し、放熱管の上部入口から放熱管に入り冷却されます。冷却された油は放熱管を下降し、管の下端から変圧器タンクの下部に流れ込み、油の流れを自動的に循環させることで、変圧器の鉄心と巻線を効果的に冷却します。

油浸式自己冷却冷却システムは、構造がシンプルで信頼性が高く、容量10,000kVA以下の変圧器に広く用いられている。

図1 油浸式自己冷却変圧器の油の流れ経路

1 - 燃料タンク、2 - 鉄心と巻線、3 - 冷却管

2. 油浸空冷

油浸式空冷冷却システムは、油自然循環式、強制空冷式とも呼ばれます。変圧器油タンクの各ラジエーターの横に1つまたは複数のファンを設置し、空気の自然対流を強制対流に変えることで、ラジエーターの放熱能力を高めます。自己冷却システムと比較して、冷却効果は150%～200%向上し、これは変圧器の出力容量の20%～40%向上に相当します。

負荷が小さいときは、ファンを停止して変圧器を自己冷却モードで運転できます。負荷が定格負荷の70%などの一定値を超えると、ファンが自動的に作動します。この冷却方式は、10,000kVA以上の容量の中型変圧器で広く採用されています。

3. 強制油循環式空冷

大容量変圧器用の強制油循環式空冷冷却システム。この冷却システムは油浸式空冷を基本としており、燃料タンクの主ケーシングとファン付きラジエーター（クーラーとも呼ばれる）との接続管に水中油ポンプが設置されている。油ポンプが作動すると、強制油タンク内の油が上部からラジエーターに吸い込まれ、変圧器の下部から油タンクに流入して強制油循環を実現する。冷却効果は油の循環速度に関係する。図2は、大型変圧器に用いられる強制油循環式空冷冷却システムの冷却構造を示す。

4. 強制油循環式水冷

強制油循環式水冷システムは、水中油ポンプ、油冷却器、油配管、冷却水配管などから構成されます。運転時には、変圧器上部の油が油ポンプによって吸い上げられ、加圧されます。油が油冷却器を通過する際に、冷却水が油を冷却します。したがって、この冷却システムでは、まず鉄心と巻線の熱が油に伝わり、次に油の熱が冷却水に伝わります。この冷却方法は効果的ですが、変圧器のシール要件が非常に高く、冷却プロセス中は油圧が冷却水圧よりも高くなければなりません。強制油循環式水冷システムの構造を図3に示します。