油浸変圧器のスイッチング操作は、電力システムにおいて日常的ではあるものの重要な手順です。評判の高い油浸変圧器のサプライヤーとして、私はこれらの運用が変圧器や電力網全体に与える可能性のあるさまざまな影響を直接目撃してきました。このブログでは、油浸変圧器に対するスイッチング動作の影響について、さまざまな側面を詳しく掘り下げていきます。
電気的影響
過渡過電圧
油浸変圧器のスイッチング動作による最も重大な電気的影響の 1 つは、過渡過電圧の発生です。変圧器のスイッチをオンまたはオフにすると、電気回路に突然の変化が発生します。これにより、高周波過渡過電圧が発生する可能性があります。これらの過電圧は、通常の動作電圧よりも数倍高くなる可能性があります。
たとえば、油浸変圧器の通電中、突入電流により巻線間の電圧が急激に上昇する可能性があります。突入電流の大きさは、コア内の残留磁束、スイッチングの瞬間、システム インピーダンスなどのさまざまな要因によって異なります。大きな過渡過電圧は、変圧器の絶縁システムにストレスを与える可能性があります。油入変圧器の絶縁体は紙と油で構成されており、一定レベルの電圧ストレスに耐えるように設計されています。過度の過渡過電圧は絶縁体内で部分放電を引き起こす可能性があり、時間の経過とともに絶縁性能が低下し、最終的には絶縁不良を引き起こす可能性があります。
突入電流
突入電流は、スイッチング動作のもう 1 つの主要な電気的影響です。油入変圧器に通電すると、巻線に大きな突入電流が流れる可能性があります。この突入電流は、変圧器の定格電流の最大 10 ～ 20 倍になる可能性があります。高い突入電流は、変圧器の巻線に機械的ストレスを引き起こす可能性があります。突入電流によって発生する電磁力により、巻線が変形する可能性があります。巻線の変形がひどい場合、変圧器の電気的性能に影響を与え、さらには巻線間の短絡につながる可能性があります。
さらに、突入電流も電力システムに問題を引き起こす可能性があります。これらはシステム内で電圧低下を引き起こす可能性があり、同じネットワークに接続されている他の電気機器に影響を与える可能性があります。産業用アプリケーションの場合、電圧低下により、プログラマブル ロジック コントローラー (PLC) や可変周波数ドライブ (VFD) などの敏感な機器の動作が中断される可能性があります。
熱影響
温度上昇
スイッチング動作は、油浸変圧器に熱影響を与える可能性もあります。突入電流期間中、巻線を流れる大電流により追加の熱が発生します。発生する熱は電流の二乗に比例します。突入電流は過渡現象ですが、短期間の大電流が流れると巻線の温度が大幅に上昇する可能性があります。
変圧器内のオイルは、巻線で発生した熱を放散する上で重要な役割を果たします。ただし、突入電流が大きすぎたり、スイッチング動作が頻繁に行われる場合には、オイルの熱を効果的に放散できない場合があります。これにより、巻線の局所的な温度上昇が生じ、絶縁体の劣化が促進される可能性があります。断熱材の劣化は温度に依存するプロセスであり、温度が高くなると断熱材の寿命が大幅に短くなる可能性があります。
オイルの劣化
スイッチング動作中に発生する熱も変圧器オイルの品質に影響を与える可能性があります。変圧器油は絶縁だけでなく冷却にも使われます。高温によりオイルが酸化し、分解する可能性があります。オイルが酸化するとスラッジや酸が生成されます。スラッジは変圧器内に蓄積し、油の流路を閉塞して冷却効率を低下させる可能性があります。酸は、巻線やコアなど、変圧器内の金属部品を腐食させる可能性があります。
機械的衝撃
振動と騒音
スイッチング動作により、油浸変圧器に機械振動が発生する可能性があります。突入電流とそれに伴う電磁力により、巻線とコアが振動する可能性があります。これらの振動により騒音が発生する可能性があります。スイッチング動作中の変圧器のノイズ レベルは、通常の動作ノイズ レベルよりも大幅に高くなる可能性があります。
過度の振動も、変圧器コンポーネントの機械的磨耗を引き起こす可能性があります。振動により、巻線やコアのクランプボルトなど、変圧器内部の機械的接続が緩む可能性があります。接続が緩んでいると電気抵抗が増加し、局所的な発熱や変圧器のさらなる劣化を引き起こす可能性があります。
構造の完全性
スイッチング動作によって生じる機械的応力も、変圧器タンクの構造的完全性に影響を与える可能性があります。スイッチング中の電磁力の急激な変化により、オイルが充填されたタンク内に圧力波が発生する可能性があります。これらの圧力波はタンクの壁に応力を加える可能性があります。タンクがこれらの応力に耐えるように設計されていない場合、亀裂や漏れが発生する可能性があります。タンクに亀裂や漏れが発生すると、油漏れが発生する可能性があり、安全上の問題だけでなく、環境上の問題でもあります。
電力システムへの影響
システムの安定性
油浸変圧器のスイッチング動作は、電力システムの安定性に影響を与える可能性があります。前述したように、突入電流はシステムに電圧低下を引き起こす可能性があります。電圧低下は、システム内の他の発電機や負荷の動作に影響を与える可能性があります。電圧低下が深刻で長期間続くと、保護リレーのトリップにつながる可能性があり、電力システムで連鎖的な停電が発生する可能性があります。
さらに、スイッチング動作中に発生する過渡過電圧は、電力システム内の他の機器の動作にも影響を与える可能性があります。たとえば、避雷器は、大きな過渡過電圧によって作動する可能性があります。避雷器に過度のストレスがかかると故障する可能性があり、電力システムの保護がさらに損なわれる可能性があります。
緩和策
油浸変圧器に対するスイッチング動作の悪影響を軽減するには、いくつかの緩和策を講じることができます。一般的な方法の 1 つは、変圧器の通電中に事前挿入抵抗を使用することです。事前挿入抵抗は、変圧器に印加される電圧を徐々に増加させることで突入電流を制限できます。これにより、巻線と絶縁体にかかるストレスが軽減されます。
もう 1 つの対策は、制御スイッチング技術を使用することです。制御されたスイッチングでは、電圧波形の特定の瞬間にトランスをスイッチングして、突入電流と過渡過電圧を最小限に抑えます。この技術には高度な制御システムが必要ですが、スイッチング動作中の変圧器の性能を大幅に向上させることができます。
当社の製品
油入変圧器のサプライヤーとして、当社は以下を含む幅広い高品質の変圧器を提供しています。10 KV 油浸型配電変圧器、油入電源変圧器、 そして35 KV 油浸型配電変圧器。当社の変圧器は、スイッチング動作の影響に耐えるように設計されています。当社では、製品の信頼性と耐久性を確保するために、高度な絶縁材料と製造技術を使用しています。
油入変圧器の市場に参入している場合、または変圧器に対するスイッチング動作の影響についてご質問がある場合は、詳細な説明のために当社にお問い合わせいただくことをお勧めします。当社の専門家チームは、お客様の電力ニーズに最適なソリューションを提供する準備ができています。
参考文献
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- アリラガ、J.、ワトソン、NR (2001)。電力システムの品質。ジョン・ワイリー＆サンズ。
- Kundur、P. (1994)。電力システムの安定性と制御。マグロウ - ヒル。