変圧器の種別と寿命【電気設備】

電気設備

これだけは知っておきたい電気設備の基礎知識をご紹介します。このページでは「変圧器の種別と寿命」について、維持管理や保全などを行う電気技術者の方が、知っておくとためになる電気の基礎知識を解説しています。

変圧器の種別とその用途

鉄心構造による種別

鉄心と巻線の構造上から、内鉄形と外鉄形に分けられます。第1図(a)のように、鉄心を巻線の内側にしたものを内鉄形といい、(b)のように巻線の外形に鉄心を巻いたものを外鉄形といいます。

第1図

巻鉄心変圧器

鉄心に第2図(a)のように連続した長い珪素鋼板を渦巻状にグルグル巻いたものを、第2図(b)の例のように組立てたのが巻鉄心変圧器といい、変圧器の損失(鉄損)が少なくなり、小形・軽量化できる利点があります。

第2図

冷却方式と種別

変圧器は使用すると、熱損失(巻線の銅損や鉄損) が発生して、巻線や鉄心などの温度を上昇させるので、熱損失を変圧器の外部に逃がすために、種々の冷却方式があります。

乾式自冷式

小容量の変圧器に用いられる冷却方式で、小容量変圧器では熱損失が少ないので、自然の通風で冷却効果をあげるものです。

油入自冷式

数百kVAから3000 kVA程度の容量の変圧器に用いられる冷却方式です。

第3図

油入風冷式

油入自冷式に放熱器を取り付けて、これに強制通風をして放熱効果を上げるようにしたものです。自冷式と同じ大きさで20%~ 30%も容量アップすることができます。

送油自冷式

油冷却器を別置して変圧器外箱とつないで、外箱内の油をポンプで油冷却器に送り、冷却して再び外箱にもどす方式のものです。大容量変圧器に用いられています。

モールド変圧器

モールド(注型)とは、液状の熱硬化性樹脂を型に流して硬化させるもののことです。モールド変圧器とは、巻線をエポキシ樹脂で覆ったもので、絶縁特性の向上を図り、安全性を高めたものです。難燃性は H種乾式と同等で、絶縁性能は油入式と同等なので、防災上から,屋内の受変電所の変圧器として使われています。第4図がモールド変圧器です。

第4図

負荷時タップ切替え変圧器

変圧器の二次電圧は、使用中は一般に電圧が高くなったり、低くなったりして変動することがあります。負荷 によっては電圧変動があまり大きいと支障をきたすものもありますので、変圧器の一次側のタップを自動的に選 定して、常に二次電圧を一定に保つものを負荷時タップ切替え変圧器といいます。

変圧器の寿命と上手な使い方

変圧器の信頼性

一般に、変圧器は使用年数10~ 15年が一番安定した時期で、20年以上経過すると事故が徐々に増加し、30年を越えると、事故率が一層高くなる傾向が見られます。

変圧器の寿命

変圧器の寿命は,定格容量の範囲内で運転すれば、一般に30年は大文夫といわれています。約30年という根拠は、変圧器に使用されている絶縁物が、電気的・熱的・機械的ストレスによって、絶縁物の組成が変化して弱くなり、絶縁破壊を起こす事故率が増大する平均的な年数です。使い方が悪ければ、寿命は短くなります。

寿命と温度の関係

変圧器の寿命と温度の関係は、A種絶縁物を使用している場合は、約6~ 8℃ 温度が高くなるごとに、寿命が半減するといわれています。寿命30年というのは、巻線の最高点温度が95℃ の状態で連続使用した場合で、この年数を正規寿命といっています。普通は、変圧器を定格容量内で使用した場合は、巻線の最高点温度が95℃ を越えることはないと思われますが、周囲温度が異常に高かったり、冷却状態が悪い場合は要注意です。

いま、正規寿命を $Y_0$ 、巻線の最高点温度を $θ$ ℃ で連続運転した場合の寿命を $Y$ とすると、θ が 80~ 150℃ の範囲では(第5図参照)、

$Y/Y_0=2^{-(\frac{θ-95}{6})} $

または

$ Y/Y_0=e^{-0.1155(θ-95)}$

の関係があるといわれています。上式で使用温度(巻線最高点温度) 105℃ と85℃ の場合を計算してみると、

105℃ の場合:$Y/Y_0=0.315$
∴ $Y=30×0.315=9.45$〔年〕
($Y_0=30$)

85℃ の場合:$Y/Y_0=3.17$
∴ $Y=30×3.17=95$〔年〕

となり、連続過負荷運転ではいかに寿命が短縮されるかがわかります。一方で、軽負荷運転では、寿命は正規寿命以上に延ばすことが可能となります。

第5図

寿命延長のキーポイント

上手な使い方は、日常の負荷状態を把握し、過負荷で連続運転しないように注意し、温度を許容温度内にとどめるよう運転することです。

負荷変化に応じて変圧器バンクの切替えのできるようなところでは、変圧器温度をよく注意しながら、定格容量の範囲内で負荷を切替えるようにすれば、寿命を延ばすことができます。

放熱器の冷却状況や風の通りは良いかなど注意してください。絶縁油の性能試験や絶縁測定などの定期の精密点検も大切です。変圧器はビルや工場の電気設備のなかで最も重要な設備であり、絶縁破壊等の停電事故でビルや工場の機能を麻痺させるようなことがあってはなりません。

電気設備
cubeをフォローする
基礎からわかる電気技術者の知識と資格

コメント