油入変圧器巻線：技術的考察と設計上の特徴

油入変圧器 巻線は配電システムにおいて重要な構成要素であり、信頼性と耐久性を確保しながら効率的に電気エネルギーを伝送するように設計されています。以下では、業界標準および技術仕様に基づき、巻線の構造、材料、および動作原理について詳細に分析します。

油入変圧器の上部温度は 95 °C を超えることは禁止されており、一般的には 85 °C を超えることは禁止されています。一般的な変圧器の巻線にはクラス A の絶縁層材料が選択され、絶縁材料の最大許容温度は 95~105 °C です。中国の変圧器加熱仕様では、動作温度 40 °C を基準としており、巻線内のガスの平均温度は 65 °C です。上部の油からガスへの温度上昇は正確に 55 °C に設定されているため、変圧器のコアを含む巻線は、油の温度上昇 10 °C に含まれます。

変圧器の最高温度が85℃の場合、巻線温度は95℃です。最高温度が95℃の場合、巻線温度は105℃に達し、巻線絶縁層材料の許容最高温度に達します。温度が高すぎると、絶縁層材料の劣化が促進され、変圧器油の劣化が促進され、変圧器の寿命が損なわれます。 配電用変圧器安全事故につながる可能性さえあります。

強力な油循環システムを備えた空冷式変圧器は、最高温度が75℃、加熱温度が35℃です。油の自然循環システム、過熱保護を備えた空冷式変圧器は、最高温度が一般的に85℃を超えることはなく、95℃を超えてはならず、加熱温度が55℃を超えてはなりません。運転中に制限値を超える要件が見つかった場合は、直ちに生産計画に報告し、負荷制限対策を使用する必要があります。

1. 定義と主要機能

油入変圧器の巻線は、積層シリコン鋼芯の周りに銅またはアルミニウムのコイルを巻いたものです。これらの巻線は絶縁油に完全に浸されており、電気絶縁と熱管理という2つの役割を果たします。巻線は電磁誘導によって高電圧入力を低電圧出力に変換（またはその逆）し、送電網を介した安全な電力伝送を可能にします。

2．材料構成

導電性材料：

銅：優れた導電性と機械的強度を持つため、主に高電圧巻線に使用されます。低電圧巻線（≤500 kVA）は二重層円筒構造を採用することが多い一方、大容量（≥630 kVA）では電流分布を最適化するために二重らせんまたは四重らせん構造が用いられます。

アルミニウム：銅よりも効率は劣るものの、コスト重視の用途で時折使用される。
断熱材：

高抵抗材料（例えば、エポキシ樹脂、セルロース系紙）は、巻線をコアおよび巻線同士から絶縁する。

多層構造の絶縁体は、熱応力や機械的変形による短絡を防ぎます。

3．構造設計

巻線配置：

同心（円筒）巻線：三相変圧器でよく見られる方式で、漏洩磁束を最小限に抑えるために低電圧巻線が高電圧巻線の内側に配置されます。

層状巻線（らせん状巻線）：大電流用途に使用され、渦電流損失を低減するために層が交互に配置されています。

冷却統合：

巻線には、自然対流または強制対流によって放熱するためのオイルダクトが組み込まれています。

波形構造のオイルタンクは、従来のオイル保存容器に代わるもので、密閉された環境を維持しながらオイルの熱膨張に対応できる。

4．パフォーマンス最適化

低損失設計：

アモルファス合金コア：ヒステリシス損失と渦電流損失を低減します（例：S11-Mシリーズ変圧器は、旧モデルに比べて損失を30%低減しています）。

Dyn11接続グループ：第3高調波電流を相殺することで、高調波歪みを最小限に抑え、電力品質を向上させます。

短絡抵抗：

強化された巻線クランプと螺旋状巻線技術により、故障時の機械的安定性が向上する。

シリカゲル製ブリーザーとブッフホルツリレーは、水分と油の流れの異常を監視します。

5．アプリケーションとメンテナンス

導入シナリオ：

産業用変電所、都市部の電力網、再生可能エネルギーシステム（例：風力発電所）。

定格容量は50kVAから25,000kVAまで、電圧は最大35kVまで対応可能です。

メンテナンス手順：

断熱材の劣化を検出するために、定期的な油サンプリングと溶存ガス分析（DGA）を実施する。

熱画像を用いて、巻線内の局所的な高温箇所を特定する。

6．巻線技術の革新

真空含浸：製造工程における気泡を除去し、断熱性を向上させます。

スマートモニタリング：IoT対応センサーが巻線温度と負荷変動をリアルタイムで追跡します。