柱上変圧器の材料と設計: 重要な考慮事項

導入

 

 

 

柱上変圧器に使用されるコア材料-

 

柱上変圧器は、屋外での運用向けに設計された統合電気システムであり、タンク/筐体、コア、巻線、絶縁システムで構成されています。{{1}それぞれの電気効率、機械的強度、長期信頼性にとって重要です。-

 

 

使用される一般的な材料

• 冷間圧延鋼-:優れた機械的強度とコスト上の利点があり、一般環境で一般的に使用されますが、屋外用途では腐食を防ぐための表面処理に大きく依存します。
• 亜鉛メッキ鋼:亜鉛コーティングにより、ほとんどの架空配電システムにおける長期屋外用途の耐食性が大幅に向上します。{0}}
• ステンレス鋼：塩水噴霧、湿気、化学的腐食に対して優れた耐性を備えており、通常は海岸や腐食性の高い環境で使用されます。

 

表面処理方法

• 溶融亜鉛めっき: 厚い亜鉛層が湿気と酸素を隔離し、屋外での耐用年数を大幅に延ばします。
• 粉体塗装またはエポキシ塗装: 追加の保護層を形成し、耐環境性と表面耐久性をさらに高めます。

 

主な考慮事項
エンクロージャの材料を選択する際に考慮すべき主な要素には、耐食性、屋外での寿命、コストが含まれます。以下の表は、さまざまな材料の性能をまとめたものです。

 

材料	耐食性	屋外耐用年数	全体の材料費と製造費
冷間圧延鋼-	中くらい	中くらい	低い
亜鉛メッキ鋼	高い	高い	中くらい
ステンレス鋼	非常に高い	非常に高い	高い

 

 

共通コア材料
• 方向性ケイ素鋼-（CRGO）:これは現在最も一般的に使用されているコア材料であり、安定した磁気特性と成熟した製造プロセスを提供し、さまざまな用途に適しています。
• アモルファス合金コア:低損失変圧器用に特別に設計されており、無負荷損失を大幅に削減し、長期的なエネルギー効率を向上させます。{{0}{1}

 

コア材料がパフォーマンスに与える影響
• 負荷損失なし:-コアの材料は、通電されているが完全に負荷がかかっていないときの変圧器のヒステリシスと渦電流損失を決定します。磁気損失が低いため、長期稼働時のエネルギー消費が少なくなります。-
・温度上昇性能：磁気損失が減少するとコアの発熱が減少し、全体の動作温度が低下し、絶縁システムへの熱応力が軽減されます。
• 長期的な運用効率:-長年の運用を通じて損失が継続的に削減されることは、電気コストの削減と全体的なライフサイクル効率の向上に直接つながります。{0}}

 

典型的なアプリケーションシナリオ
• 公共送電網:柱上変圧器は通常、安定した性能と信頼性の高い動作を確保するために CRGO コアを使用します。{0}
• 地方の電力分布:地方の配電システムは通常、負荷変動が大きい動作環境に適応するために、エネルギー効率、耐久性、コストのバランスをとったコアソリューションを選択します。
• エネルギー効率の高い変圧器プロジェクト:-アモルファス合金コアを使用した柱上変圧器は、無負荷損失を削減し、省エネ目標を達成するために採用されています。{{1}{2}

 

 

一般的な巻線オプション
• 銅巻線:高い導電性、熱安定性、機械的強度により、損失が低減され、過負荷容量が向上します。優れた放熱性により温度上昇を最小限に抑えます。
• アルミニウム巻線:軽量でコスト効率が高い。-導電率がわずかに低い場合は、強化されたサポート構造によって信頼性の高い動作を実現できるため、性能に見合ったより大きな断面積が必要になります。-

 

 

柱上変圧器の構造設計に関する考慮事項-

 

材料そのものに加えて、柱上変圧器が環境負荷にどのように耐え、長期にわたって安定して動作するかは構造設計によって決まります。{0}

 

機械的強度と荷重の設計
柱上変圧器は電柱に設置されるため、機械的強度と負荷の設計は、柱上変圧器の設計において重要な考慮事項です。{0}

 

ポールの設置に関する特別な要件
• 重量制限:ポールの変形や基礎の不安定を避けるために、総重量はポールの耐荷重と一致する必要があります。{0}これは改修や地方のプロジェクトに重要です。
• 風荷重/氷荷重:オイルタンク、冷却フィン、および外部付属品は、強風によって発生する横方向の力や、氷の蓄積によって生じる追加の負荷に耐えることができなければなりません。

 

吊り上げ・設置の構造設計
柱上変圧器の吊り上げ、輸送、柱への設置時の構造的安全性を確保するには、通常、吊り上げおよび設置構造に次のような目的を絞った補強設計が必要です。{0}
• 溶接全体:一体溶接によってオイルタンクに接続されたリフティングラグにより​​、応力が均一に分散され、変形や溶接割れが防止されます。
• ブラケットの耐荷重-設計:-高強度ボルトで取り付けブラケットをオイルタンクのベースとサイドプレートに接続し、長期にわたるサスペンションの安定性を実現します。-
• サスペンション-重心のマッチング:持ち上げポイントをユニットの重心に合理的に配置することで、傾きを防ぎ、内部構造を保護します。

 

耐振動・耐機械的ストレス設計
柱上変圧器は長期間屋外環境にさらされるため、その構造設計はさまざまな機械的振動や衝撃に効果的に対処する必要があります。{0}
• 全体的な構造剛性設計:適度なオイルタンク板厚、補強リブ配置、構造レイアウトにより全体の剛性を向上させ、風荷重や導体張力による振動振幅を低減します。
• アキシャル巻線とラジアル巻線の固定構造：短絡電磁力による巻線の変位を制限する軸方向および半径方向の支持構造。-
• ファスナーの緩み防止設計-:-長期​​にわたる振動によるボルトの緩みのリスクを軽減するために、重要な接続箇所には緩み防止構造またはプロセスが使用されています。-

 

熱設計と冷却
適切な放熱と冷却により、動作の安定性の確保と寿命の延長に貢献します。

 

冷却方法
• オナン：ONAN (Oil Natural Air Natural) は、柱上変圧器の最も一般的な冷却方法です。-変圧器油の自然対流と自然空冷により動作熱を除去します。この方法は構造が単純で、補助装置を必要とせず、信頼性が高く、メンテナンスの手間がかからないため、架空地や田舎の長期屋外用途に最適です。-
• KNAN:ONAN と同じ自然循環メカニズムですが、高引火点絶縁流体を使用しています。-高い耐火性と環境への配慮により、都市部/人口密集地域、または安全性/環境要件が厳格なプロジェクトに適しており、火災や生態学的リスクを軽減します。

 

熱設計の考慮事項
• 高温環境への適応性:-冷却システムは、熱の蓄積が動作の安定性に影響を与えるのを防ぐために、高い周囲温度条件下でもスムーズなオイル循環を確保する必要があります。
• 温度上昇は IEC/ANSI 規格に準拠しています。長期的な信頼性を確保するには、全体的な熱設計が温度上昇と安全な動作に関する関連国際規格の要件を満たす必要があります。{0}}

 

断熱システムの設計
絶縁システムは、電気の安全性と長期的な信頼性を確保するために非常に重要です。{0}}その設計には、電気的性能、熱安定性、環境適応性を考慮する必要があります。

 

絶縁油の選定
• ミネラルオイル:優れた電気絶縁特性と成熟したアプリケーション経験を備えています。これは、制御可能なコストと成熟したメンテナンス システムにより、従来の配電システムの基本的な絶縁と放熱の要件を効果的に満たします。
・天然エステルオイル：鉱物油に比べて生分解性が高く、耐火性に優れています。高い環境要件または限られた設置環境を必要とするポールマウント用途に適しています。-

 

固体断熱システム
• 油を含浸させた絶縁紙の構造:{0}:巻線とコアでは、層間絶縁、巻線間絶縁、および接地絶縁に油含浸絶縁紙が使用されています。{0}{1}これにより、油中で安定した複合絶縁システムが形成され、耐電圧性と熱老化性能のバランスが取れます。
• 断熱材グレードのマッチング:局所的な過熱による絶縁性能の低下を防ぐために、絶縁紙材料の耐熱グレードは巻線の温度上昇と冷却方法に適合する必要があります。

 

断熱材の間隔とレイアウト
• 合理的な電気的クリアランス設計:耐電圧とインパルス電圧の要件を満たすために、高電圧巻線と低電圧巻線、巻線とコア、通電部とオイルタンクの間で十分な絶縁距離を維持する必要があります。
• 均一な電界分布:巻線の配置と絶縁構造を最適化することで、電界集中領域が減少し、部分放電のリスクが低減され、長期的な動作信頼性が向上します。-

 

 

安全性および適合性基準

 

安全性とコンプライアンスは、柱上変圧器メーカーの製品設計における基本的な要件です。{0}機器は公共の場で長期間動作するため、その構造的および電気的設計は、さまざまな環境条件や動作シナリオの下でも安全で信頼性を維持する必要があります。

 

適用規格
一般に、次の基準を満たす必要があります。
• IEC 規格:柱上変圧器が絶縁レベル、温度上昇制限、耐電圧性能、機械的安全性の要件を満たしていることを確認します。{0}
• ANSI/IEEE 規格:電圧レベル、短絡耐性、接地方法、安全クリアランスに関する北米市場の特定の要件を満たしています。{0}

 

安全設計の主な特徴
• 障害保護設計:高速ヒューズは、過剰な電流を迅速に遮断するように構成されており、変圧器を短絡や深刻な過負荷から保護します。
• 接地システムの設計:タンクと取り付け構造には信頼性の高い接地端子が設けられているため、故障電流を素早く地面に放電することができ、感電の危険性が軽減され、周囲の機器が保護されます。
• 雷およびサージ保護の互換性:避雷器と互換性があり、一般的な落雷や架空配電システムの過電圧サージに効果的に対処します。

 

 

適切な材料と設計によりライフサイクルコストがどのように削減されるか

 

適切な柱上変圧器の設計と材料の選択は、設置から運用、メンテナンスに至るまでの機器の総ライフサイクル コストを制御する上で重要な要素です。

 

 

 

結論

 

耐食性の筐体、-高効率のコア、適切な巻線材料、最適化された機械システム、熱システム、絶縁システムが総合的に機器の安全性、信頼性、動作効率を決定します。これらの設計要素が IEC または ANSI/IEEE 規格に準拠している場合、柱上変圧器はメンテナンス要件の軽減、耐用年数の延長、故障率の低下、全体的なライフサイクルの経済性の向上を実現できます。-

購入者にとって、長期的な安定した運用と投資価値を確保するには、強力な設計能力と規格準拠の経験を備えた柱上変圧器メーカーを選択することが重要です。{0}{1} SCOTECH は経験豊富な柱上変圧器メーカーです-。お願いしますお問い合わせお問い合わせ用。