の乾式変圧器の温度上昇-これは、データシート上では単純に見える技術的な詳細の 1 つですが、実際にはトランスが実際の動作でどのように動作するかについて非常に多くのことを示しています。

変圧器に通電すると熱が発生します。一部は磁気コアから発生しますが、通常、負荷が増加すると、より多くの熱が巻線で生成されます。その熱を外に出さなければなりません。変圧器内に閉じ込められたままになると、温度が上昇し、絶縁体の劣化が早くなり、時間の経過とともに信頼性が低下する可能性があります。

基本的な用語:

温度上昇=変圧器温度 − 周囲温度

したがって、周囲の空気が 40 度で、巻線の平均温度が 140 度に達すると、巻線の温度上昇は 100 K になります。

乾式-型変圧器は次のように冷却されます。むしろ空気絶縁油よりも。そのため、空気の流れ、換気、巻線構造、断熱材、冷却ダクトが特に重要になります。実際には、変圧器自体とそれが設置されている部屋を 1 つの熱システムとして考える必要があります。

乾式変圧器の温度上昇の原因は何ですか?{0}}

熱源はいくつかありますが、鉄損と巻線損大きなものです。

鉄損は変圧器に通電すると必ず発生します。これは主に磁気コア内のヒステリシスと渦電流に起因します。巻線損失と異なり、トランスに軽負荷がかかった場合には損失は消えません。

巻線損失は負荷電流とより密接に関係しています。抵抗成分は一般に次のように表されます。

P = I²R

電流は二乗されるため、これは注意する価値があります。電流が増加すると、巻線の加熱が予想よりもはるかに速く増加する可能性があります。たとえば、定格電流の 80% では、他の条件が同様であると仮定すると、巻線損失の I²R 成分は定格電流時の値の約 64% になります。

もあります浮遊損失と追加損失。漏れ磁束は金属構造部品に電流を誘導し、局所的な発熱を引き起こす可能性があります。高調波電流も状況をさらに複雑にする可能性があります。 UPS システム、可変周波数ドライブ、太陽光インバータ、EV 充電器、その他の電力電子負荷などの機器は、高調波を導入し、変圧器の発熱を増加させる可能性があります。-

したがって、最終的な温度は基本的にバランスになります。変圧器が生成する熱量と除去できる熱量.

周囲温度も重要です。高温の電気室で動作する変圧器は、涼しく換気の良い空間に設置された同じ変圧器よりも熱的余裕が少なくなります。-

非-樹脂乾式-タイプ変圧器の温度上昇

非-樹脂乾式-タイプの変圧器は、完全なエポキシ樹脂のカプセル化に依存しない絶縁システムを使用しています。設計に応じて、巻線にはワニス、グラスファイバー、ノーメックス、空気絶縁、またはその他の固体絶縁材料が使用される場合があります。

巻線の周囲には厚い鋳造樹脂層がないため、空気の流れが特に重要な役割を果たします。{0}設計では、不必要な熱ボトルネックを生じさせずに、アクティブな部品から熱を逃がすための十分なスペースを提供する必要があります。

非-樹脂乾式-型変圧器の放熱面

の非-樹脂乾式-タイプの変圧器の放熱面本質的に、周囲の空気に熱を伝達できる面積です。

コアと巻線で発生した熱は、空気に到達する前に絶縁体と構造コンポーネントを通過する必要があります。適切な熱設計により、この熱が変圧器から適切に直接排出されます。

巻線形状ここで重要です。放射状および軸方向の空気チャネルは、冷たい空気が変圧器の下部セクションに入るのを助け、暖かい空気が上昇して上部セクションを通って出ていくようにします。自然冷却変圧器では、この循環は主に対流.

簡単そうに思えますが、インストールは簡単に邪魔になることがあります。

変圧器が壁に近すぎて設置されている場合、換気口が塞がれている場合、または電気室の空気循環が悪い場合、実際の動作温度は予想よりもはるかに高くなる可能性があります。

大型ユニットの場合は、強制空冷を使用して空気の流れを増やし、容量を追加できます。{0}しかし、変圧器の隣にファンを置くだけでは十分ではありません。空気は変圧器内の目的の冷却経路に到達する必要があります。

非-樹脂乾式-型変圧器の熱負荷

の非-樹脂乾式-型変圧器の熱負荷は主に、実際の動作条件下での合計損失に関係します。

鉄損は変圧器に通電すると常に発生しますが、巻線損失は負荷に応じて変化します。電流が定格値に近づくと、I²R の関係により、巻線の発熱が大幅に増加します。

接続された負荷自体​​も注目に値します。単純な線形負荷を供給する変圧器は、かなり予測可能な熱プロファイルを持つ可能性があります。 UPS 機器、可変速度ドライブ、整流器、またはその他の非線形負荷に電力を供給する変圧器の場合は、別の話になる可能性があります。-

高調波電流は追加の損失を増加させ、巻線や金属部品に余分な加熱を引き起こす可能性があります。これは、データセンター、産業プラント、再生可能エネルギープロジェクト、EV充電設備に特に関係します。

これらの用途では、銘板の kVA のみに基づいて変圧器を選択すべきではありません。高調波成分、負荷プロファイル、予想される動作時間、将来の負荷増加をすべて考慮する必要がある場合があります。

非-樹脂乾式-タイプ変圧器の温度上昇

の非-樹脂乾式-タイプの変圧器の温度上昇発熱量と放熱量のバランスで決まります。

変圧器に初めて通電すると、その温度は徐々に上昇します。変圧器と周囲の空気の温度差が大きくなると、熱放散も増加します。最終的に、変圧器は比較的安定した熱状態に達します。

しかし、気温はどこでも同じではありません。

コア、巻線、絶縁体、クランプ、および構造コンポーネントはすべて、異なる温度で動作する可能性があります。巻線の一部のセクションは、平均巻線温度よりもかなり高温になる場合があります。これらの領域は一般にホット スポットと呼ばれます。

絶縁劣化は最も高温の領域によって大きく影響されるため、この区別は重要です。変圧器の外側を測定すると、メンテナンス中に有益な情報が得られますが、巻線の内側で何が起こっているかが必ずしもわかるわけではありません。

IEC 60076-11 は、乾式変圧器の温度上昇試験に関する要件を規定しています。-一般的な基準値には、およその値が含まれます。クラス B 絶縁の場合は 80 K、クラス F の場合は 100 K、クラス H の場合は 125 K、適用される規格と変圧器の設計によって異なります。

樹脂乾式変圧器の温度上昇-

樹脂乾式変圧器、特に鋳造樹脂変圧器-、巻線絶縁システムの重要な部分としてエポキシ樹脂を使用します。

樹脂は電気絶縁と機械的サポートを提供すると同時に、湿気、埃、その他の環境汚染物質から巻線を保護します。同時に、熱伝達経路の一部になります。-

それは樹脂物質の熱的性質を意味します。巻線の配置、導体サイズ、樹脂の厚さ、冷却ダクト、およびトランスの総損失も同様です。

鋳造樹脂変圧器は、商業ビル、産業プラント、再生可能エネルギー設備、交通インフラ、環境保護と信頼性の高い絶縁が重要なその他の用途で一般的に使用されています。{0}

樹脂乾式-型変圧器コアの温度上昇

の樹脂乾式-変圧器コアの温度上昇主にから来ますコアロス.

ヒステリシスと渦電流損失-コアが通電されるたびに発生します。それらのレベルは、磁性材料、動作周波数、磁束密度、積層の厚さ、および全体的なコアの設計によって異なります。

高品質の電磁鋼板を使用し、磁束密度を適切な範囲内に維持すると、鉄損を低減できます。{0}しかし、損失を減らすことは仕事の一部にすぎません。残っている熱は、変圧器からの適切な排出経路が必要です。

過剰な漂遊磁束や不適切な磁気設計によっても、コアや近くの金属部品に局所的な加熱が発生する可能性があります。このため、電磁設計と熱設計を別々に考えるのではなく、一緒に考慮する必要があります。

工場での温度上昇テスト中、変圧器は安定した熱状態に達するまで動作します。{0}測定結果は、指定された制限を超えることなく定格条件で動作できることを確認するのに役立ちます。

樹脂乾式変圧器巻線の温度上昇-

の樹脂乾式変圧器巻線の温度上昇-これは、鋳造樹脂変圧器の設計において熱に関する最も重要な考慮事項の 1 つです。{0}

導体を流れる電流は熱を発生します。その熱は周囲の空気に到達する前に、断熱材と樹脂を通って伝わる必要があります。

その結果、導体のサイズ、電流密度、巻線の配置、絶縁体の厚さ、樹脂の熱特性、冷却経路、負荷損失がすべて最終的な巻線温度に影響します。

また、巻線内の温度は完全には均一ではありません。内部のホットスポットは、樹脂の外表面よりもかなり高温になる場合があります。

このため、赤外線温度計はメンテナンス中に外部状態を確認するのに役立ちますが、赤外線温度計だけでは実際の内部ホットスポット温度を判断することはできません。-

これは、要求の厳しい負荷ではさらに重要になります。産業機械、データセンター、再生可能エネルギー機器、パワーエレクトロニクス システムでは、急速に変化する負荷レベルや比較的高い負荷レベルが発生する可能性があります。{1}これらのアプリケーション用に選択された変圧器は、公称 kVA 定格だけでなく、実際の動作プロファイルに基づいて評価する必要があります。

温度上昇と絶縁クラス

断熱材の熱クラスも、温度上昇の状況のもう 1 つの重要な部分です。-

たとえば、周囲温度が 40 度で、指定された温度上昇が 100 K の場合、平均巻線温度は約 140 度になります。

これは、巻き線のすべての点が正確に 140 度であることを意味するわけではありません。内部のホットスポットが高くなる可能性があります。

より高い絶縁クラスはより高い熱能力を提供しますが、それを意図的に変圧器をより高温で動作させる理由として解釈すべきではありません。動作温度を制御下に保つことにより、絶縁劣化が軽減され、より大きな熱マージンが得られます。

樹脂タイプと非-樹脂乾式-タイプの変圧器の温度上昇

樹脂タイプと非樹脂乾式-タイプの変圧器はどちらも、適切に設計されていれば、信頼性の高い熱性能を提供できます。

1 つのタイプが常に温度上昇が低いという単純なルールはありません。

適切に設計された非樹脂トランス-は、開放巻線構造と良好なエアフローを通じて効果的に熱を放散できます。-一方、鋳造樹脂変圧器は、その樹脂と巻線の設計が適切に設計されていれば、強力な機械的および環境的保護と優れた熱性能を組み合わせることができます。

より良い選択は、用途、設置環境、必要な断熱システム、負荷条件、プロジェクトの仕様によって異なります。

乾式-変圧器の温度上昇を制御する方法

基本的な考え方は非常に簡単です。発生する熱を減らし、発生した熱をより効果的に除去します。.

-低損失のコア材料、適切なサイズの導体、最適化された巻線構造、効果的な冷却チャネルはすべて、設計段階での温度上昇の低減に役立ちます。

正しいトランスのサイズも同様に重要です。全負荷またはそれに近い状態で継続的に動作する変圧器は、ある程度の容量に余裕がある変圧器よりも当然大きな熱ストレスにさらされます。

設置環境も重要です。変圧器の周囲には空気循環のための十分なスペースが必要であり、換気口には何も残さないようにしてください。変圧器が電気室内に設置されている場合は、部屋の換気または空調システムで変圧器から放出される熱を考慮する必要があります。-

AN/AF 動作用に設計された変圧器の場合、強制空冷により需要が高い期間に追加の容量を提供できます。{0}必要なときに追加の冷却が実際に利用できるように、ファンとコントロールを定期的にチェックする必要があります。

定期的なメンテナンスにより、回避可能な熱の問題の多くを防ぐことができます。埃が蓄積すると空気の流れが制限される可能性があり、電気接続が緩んでいると局所的なホットスポットが発生する可能性があります。非線形負荷が存在する場合、高調波電流をチェックすることは、変圧器の予期せぬ発熱源を特定するのにも役立ちます。

温度上昇が変圧器の耐用年数にとって重要な理由

温度は絶縁体の劣化と直接的な関係があります。過度の温度で継続的に動作すると、絶縁劣化が促進され、最終的には変圧器の耐用年数が短くなる可能性があります。

それでも、温度上昇だけを考慮すべきではありません。絶縁クラス、周囲温度、負荷、冷却方法、変圧器の設計はすべて連携して機能します。

したがって、乾式変圧器を選択するときは、基本電圧と kVA 定格以外にも考慮することをお勧めします。{0}}重要な熱仕様には、温度上昇、絶縁クラス、冷却方法、無負荷損失、負荷損失、周囲温度、設置高度、高調波負荷、および予想される負荷プロファイルが含まれます。-

結論

の乾式変圧器の温度上昇-変圧器の性能と信頼性を評価する上で重要な部分です。コア、巻線、浮遊損失、および追加の損失によって熱が発生しますが、変圧器の構造と設置環境によって熱がどの程度効果的に除去されるかが決まります。

のために非-乾式-タイプの変圧器、放熱面、空気の流れ、および曲がりくねった冷却ダクトが特に重要な役割を果たします。のために樹脂乾式変圧器-、樹脂の熱特性とカプセル化された巻線の設計も同様に重要です。

温度上昇値を単独の数値として見るべきではありません。-絶縁クラス、周囲温度、変圧器の負荷、冷却方法、損失、高度、高調波成分と併せて考慮すると、より意味が分かります。

産業プラント、商業ビル、再生可能エネルギー プロジェクト、データ センター、その他の要求の厳しい用途では、適切な熱設計を備えた乾式変圧器を選択すると、動作温度を制御し、絶縁劣化を遅らせ、変圧器の耐用年数にわたって信頼性の高い動作をサポートできます。{0}}

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