110kVおよび115kVの電源変圧器のサプライヤーとして、私はこれらの重要な電気資産の性能と寿命において温度が果たす重要な役割を直接目撃しました。このブログでは、115kVの電源変圧器に対する温度の影響を掘り下げて、さまざまなコンポーネントと全体的な機能にどのように影響するかを調査します。
絶縁への影響
温度の影響を受ける最も重要な側面の1つは、トランスの断熱システムです。紙やオイルなどの断熱材は、電気崩壊を防ぎ、変圧器の安全な動作を確保するために使用されます。ただし、高温がこれらの材料の老化プロセスを加速し、誘電体の老化を減らすことができます。
温度が上昇すると、断熱材が化学的に分解し始めます。この劣化は、酸、水、およびその他の製品の形成を引き起こす可能性があり、老化プロセスをさらに加速します。時間が経つにつれて、断熱材は脆くなり、電気ストレスに耐える能力を失い、短い回路やその他の電気障害のリスクを高めます。
たとえば、115kVの電力変圧器の動作温度が長期間にわたって設計された制限を超えた場合、巻線中のセルロース絶縁が崩壊し始める可能性があります。これにより、断熱性の減少と部分的な放電活動の増加につながる可能性があり、どちらも潜在的な断熱策の初期の指標です。
曲がりくねった抵抗への影響
温度は、変圧器巻線の抵抗に直接影響します。物理学の法則によると、導体の抵抗は温度の上昇とともに増加します。パワートランスでは、巻線は銅またはアルミニウム導体で作られています。温度が上昇すると、これらの導体の抵抗が増加し、発熱の形での出力損失が高くなります。
巻線の電力損失は、式（p = i^{2} r）によって与えられます。ここで、（i）は巻線を流れる電流であり、（r）は抵抗です。 （r）が温度が高いために増加すると、電力損失（p）も増加します。これにより、変圧器の効率が低下するだけでなく、より多くの熱が生成され、自己永続的なサイクルが生成されます。
たとえば、115kVの電力変圧器では大きな負荷を供給している場合、温度による巻き抵抗がわずかに増加しても、電力損失が大幅に増加する可能性があります。これにより、運用コストが高くなり、トランスの寿命が短くなります。
冷却システムへの影響
115kVの電源変圧器の冷却システムは、安全な動作範囲内で温度を維持するように設計されています。ただし、トランス内の周囲温度が高いか過度の熱発生は、冷却システムに負担をかける可能性があります。
電源変圧器には、オイル - 浸漬自己冷却（onan）、オイル - 浸漬強制 - 空冷（ONAF）、およびオイル - 浸漬強制 - オイル冷却（ofaf）など、さまざまな種類の冷却システムが使用されています。高い温度条件では、これらのシステムの冷却能力は、熱を効果的に除去するには不十分な場合があります。
たとえば、オナン冷却システムでは、周囲温度が非常に高いときに油の自然循環は熱を消散するのに十分ではないかもしれません。これにより、油の温度と巻線が上昇し、潜在的に熱過負荷につながる可能性があります。そのような場合、冷却システムをアップグレードする必要があるか、追加の冷却装置を設置する必要がある場合があります。
負荷容量への影響
温度は、115kVの電力変圧器の負荷容量を決定する重要な要因です。負荷容量は、温度制限を超えることなく、変圧器が安全に処理できる電力の最大量です。
温度が上昇すると、変圧器の負荷容量が減少します。これは、温度が高いため、変圧器の電力損失が増加し、より多くの熱が発生するためです。過熱を防ぐには、トランスをより低い負荷で動作させる必要があります。
たとえば、暑い夏の日には、通常、全負荷を処理できる115kVの電源変圧器が、過熱を避けるために導出する必要がある場合があります。これは、需要を満たすために負荷制限または追加の変圧器を使用する必要がある可能性があるため、電力網に影響を与える可能性があります。
熱膨張と機械的応力
温度の変化は、トランス成分の熱膨張と収縮を引き起こす可能性があります。巻線、コア、タンクなど、変圧器で使用されるさまざまな材料は、熱膨張の係数が異なります。温度が変化すると、これらのコンポーネントはさまざまな速度で拡張および収縮し、機械的な応力が生じる可能性があります。
時間が経つにつれて、この機械的ストレスは、接続の緩み、断熱材、損傷したコア積層などの機械的障害につながる可能性があります。たとえば、温度が急速に上昇するため、巻線がコアよりも拡大する場合、機械的なストレスにより、巻線がシフトまたは変形し、潜在的に短い回路につながる可能性があります。
温度の影響を軽減します
115kVの電源変圧器に対する温度の影響を緩和するために、いくつかの測定値をとることができます。まず、トランス温度の適切な監視が不可欠です。これは、巻線、オイル、およびその他の重要なコンポーネントに設置された温度センサーを使用して実行できます。温度データを使用して、過熱の初期兆候を検出し、是正措置を講じることができます。
第二に、冷却システムは定期的に維持され、必要に応じてアップグレードする必要があります。これには、オイルレベルの確認、ラジエーターの状態、冷却ファンまたはポンプの動作が含まれます。
第三に、変圧器は設計された温度制限内で動作する必要があります。これには、ピーク温度期間中の負荷制限や追加の変圧器を使用して負荷を共有するなど、負荷管理戦略が必要になる場合があります。
当社の製品提供
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結論
温度は、115kVのパワートランスのパフォーマンス、効率、寿命に大きな影響を与えます。断熱材の分解から負荷容量の減少まで、温度の影響は遠くまで到達する可能性があります。ただし、これらの効果を理解し、適切な緩和戦略を実装することにより、電力変圧器の信頼性と寿命を大幅に改善することができます。
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参照
- 電力変電所工学、Turan Gonenによる第3版
- Power System Analysis and Design、J。Duncan Glover、Mulukutla S. Sarma、およびThomas J. Overbyeによる第5版
- トランスエンジニアリング：GK Dubeyによる設計、技術、診断