炉用変圧器のプロバイダーとして、私はこれらの重要な機器の冷却方法についてよく質問されます。炉用変圧器は、さまざまな工業プロセス、特に炉の動作に適したレベルまで高電圧電力を降圧する炉において重要な役割を果たします。これらの変圧器の効率的で信頼性の高い性能を確保するには、変圧器の冷却が最も重要です。
炉用変圧器に冷却が必要な理由
炉用変圧器は動作中に大量の熱を発生します。この熱は、変圧器内で発生する電気損失の副産物です。これらの損失は、銅損と鉄損の 2 つの主なタイプに分類できます。銅損は銅巻線の抵抗によって発生しますが、鉄損はトランスのコアの磁化と減磁によって発生します。
この熱が適切に放散されないと、変圧器の温度が上昇する可能性があります。高温は絶縁劣化などのいくつかの問題を引き起こす可能性があり、変圧器の寿命を縮め、電気的故障のリスクを高める可能性があります。さらに、過剰な熱は変圧器の全体的な効率にも影響を及ぼし、エネルギー消費量の増加につながる可能性があります。
炉内変圧器のさまざまな冷却方法
油浸冷却
炉用変圧器の最も一般的な冷却方法の 1 つは油浸冷却です。変圧器内に特殊な絶縁油を充填する方式です。オイルには 2 つの主な目的があります。1 つは巻線とコアの間に電気絶縁を提供すること、もう 1 つは冷却剤として機能することです。
オイルは変圧器によって発生した熱を吸収し、変圧器のタンクに伝えます。タンクには通常、熱放散のための表面積を増やすために冷却フィンまたはラジエーターが装備されています。オイルが加熱されると、オイルはタンクの上部に上昇し、冷却フィンまたはラジエーターを通って下に流れ、そこで熱を周囲の空気に放出します。
油浸冷却システムには、自然油循環 (ONAN) と強制油循環 (OFAF) の 2 種類があります。 ONAN システムでは、熱いオイルと冷たいオイルの密度差により、オイルが自然に循環します。これはシンプルで信頼性の高い冷却方法ですが、放散できる熱量には制限があります。
一方、OFAF システムはポンプを使用してオイルを変圧器とラジエーターに強制的に循環させます。これにより、より効率的な熱伝達が可能になり、大型の変圧器や高負荷条件で動作する変圧器に適しています。
空冷
空冷は炉内変圧器の別のオプションであり、特に小型ユニットや油浸冷却が現実的ではない用途の場合に適しています。空冷システムでは、変圧器はその表面上の空気の流れによって冷却されます。
空冷には、自然空冷 (AN) と強制空冷 (AF) の 2 つの主なタイプがあります。 AN システムでは、熱は変圧器周囲の空気の自然対流によって放散されます。この方法は比較的シンプルでコスト効果が高くなりますが、冷却能力には限界があります。
強制空冷システムは、ファンを使用して変圧器の巻線とコアに空気を吹き付けます。これにより、熱伝達率が増加し、変圧器がより高い負荷を処理できるようになります。 AF システムは、全体的な冷却効率を高めるために他の冷却方法と組み合わせて使用されることがよくあります。
水冷
水冷は、炉用変圧器、特に大規模産業用途向けの非常に効率的な冷却方法です。水冷システムでは、水が冷却剤として使用されます。水は変圧器から熱を吸収し、冷却塔または熱交換器に伝えます。
水冷システムには、直接水冷と間接水冷の 2 つの主なタイプがあります。直接水冷では、水が変圧器の巻線またはコアに直接接触します。この方法は非常に効率的な熱伝達を実現しますが、腐食やスケールを防ぐために高品質の水を必要とします。
間接水冷システムは、熱交換器を使用して変圧器から水に熱を伝達します。この方法は、水漏れや変圧器の損傷のリスクを軽減するため、より一般的です。
各冷却方式の長所と短所
油浸冷却
利点:
- 電気絶縁性に優れ、漏電を防止します。
- 熱容量が高く、多くの熱を吸収します。
- 幅広い変圧器のサイズと用途に使用できます。
短所:
- オイルは可燃性であるため、火災の危険があります。
- オイルの品質を監視し、汚染を防ぐために定期的なメンテナンスが必要です。
- 使用済み油の処分は環境的に困難な場合があります。
空冷
利点:
- シンプルでコスト効率の高い設置。
- 油漏れや火災の危険がありません。
- 小型の変圧器や発熱量の少ない用途に適しています。
短所:
- 油浸または水冷システムと比較して、冷却能力が限られています。
- 周囲温度と空気の質の影響を受ける可能性があります。
水冷
利点:
- 高い冷却効率により、高出力変圧器を低温で動作させることができます。
- スペースが限られた用途でも使用できます。
短所:
- 複雑な設置とメンテナンスの要件。
- 水漏れの危険があり、変圧器が損傷する可能性があります。
- 信頼できる水の供給と適切な水処理が必要です。
適切な冷却方法の選択
炉用変圧器の冷却方法を選択するときは、いくつかの要素を考慮する必要があります。これらには、変圧器のサイズと定格電力、動作環境、利用可能なスペース、予算が含まれます。
小規模なアプリケーションや発熱量の少ない変圧器の場合は、空冷が適切なオプションとなる場合があります。シンプルでコスト効率が高く、可燃性のオイルを使用する必要がありません。
中規模から大規模の変圧器の場合、多くの場合、油浸冷却が推奨されます。優れた電気絶縁性と高い放熱性を備えています。ただし、火災や油による汚染を防ぐために適切な安全対策を講じる必要があります。
水冷は、高出力変圧器が使用される大規模産業用途に最適です。最高の冷却効率を提供しますが、より複雑な設置とメンテナンスが必要になります。
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参考文献
- 「変圧器エンジニアリング: 設計、技術、および診断」JL カートリー ジュニア著
- CL Wadhwaによる「電力システム」。
- 変圧器の冷却に関するさまざまな業界規格とガイドライン。