乾式変圧器コアは過負荷や短絡にどのように対処しますか?

乾式変圧器は、配電システム、特に安全性、効率性、信頼性が重要となる商業、産業、住宅環境において不可欠なコンポーネントです。乾式変圧器は油入変圧器とは異なり、 冷却媒体としての空気 屋内への設置がより安全になります。これらのトランスの中心には、 トランスコア などの電気的ストレスに対処する上で重要な役割を果たします。 過負荷と短絡 .

この記事では、乾式変圧器コアが過負荷や短絡に対処するためにどのように設計されているかについて、機構、材料、設計上の考慮事項、変圧器の性能と寿命を保証する保護対策などを含めて説明します。

1. 乾式変圧器コアを理解する

構造と機能

乾式変圧器コアは通常、 高級ケイ素鋼ラミネート 一緒に積み重ねて変圧器動作のための磁路を形成します。コアはいくつかの機能を果たします。

• 磁束伝導 ：一次巻線から発生する磁束を誘導し、二次巻線に電圧を誘起します。
• 損失を最小限に抑える ：積層構造により渦電流損失が低減され、効率が向上します。
• 支持巻線 : 一次コイルと二次コイルを機械的にサポートします。

コアの種類

乾式変圧器コアは、その構造に基づいて次のように分類できます。

1. EIコア ：E字型とI字型をなす積層シートを交互に重ねたものです。
2. Cコアまたはトロイダルコア : エアギャップを最小限に抑えた連続磁路により、低ノイズと高効率を実現します。

コアの設計はトランスの能力に直接影響します。 過負荷と短絡状態に対処する .

2. 乾式変圧器の過負荷

オーバーロードとは何ですか?

過負荷が発生するのは、 変圧器には定格容量を超える負荷がかかります 。これにより、巻線に過剰な電流が流れ、熱が発生してコアにストレスがかかる可能性があります。

過負荷に対するコアの応答

乾式変圧器コアは、いくつかのメカニズムを通じて過負荷に対処します。

1. 磁気飽和

   • コアはその下で動作するように設計されています。 飽和点 通常の負荷の下で。
   • 過負荷時には磁束密度が増加して飽和に近づき、それ以上の電流増加が制限されます。
   • 飽和は自然な形の保護を生み出し、過剰な磁束が制御不能な電流を生成するのを防ぎます。

2. 放熱

   • 過負荷は巻線の I²R 損失を増加させ、熱を発生させ、コアに伝達します。
   • ラミネートスチールコアが効率よく熱を伝導し、空気を通しやすい乾式設計です。 コアと巻線の両方を冷却する .
   • 温度上昇は次のように制御されます。 換気チャネル、自然対流、または強制空冷 、変圧器のクラスに応じて異なります。

3. 熱保護システム

   • ほとんどの乾式変圧器には次のものがあります。 熱センサー コアまたは巻線に埋め込まれます。
   • これらのセンサーは、過負荷によって引き起こされる過度の温度を検出し、アラームをトリガーしたり、回路を切断して損傷を防ぎます。

過負荷処理に関する設計上の考慮事項

• 芯材 ：ヒステリシス損失が低い高品質ケイ素鋼により発熱を軽減します。
• 積層厚さ : 薄い積層により渦電流が低減され、過負荷時の追加の熱が最小限に抑えられます。
• エアフロー設計 : コアの周りのチャネルが冷却を強化し、熱を効率的に放散します。
• 温度定格 : 変圧器は取り扱うように設計されています。 短期的な過負荷 (通常、定格荷重の 120 ～ 150%) 永久的な損傷がありません。

3. 乾式変圧器の短絡

短絡とは何ですか?

短絡が発生すると、 回路内の電気抵抗が大幅に低下します 、突然の電流の急増を引き起こします。変圧器では、次のような原因で短絡が発生する可能性があります。

• 配線不良
• 下流側の機器の故障
• 絶縁破壊

短絡すると、変圧器のコアと巻線が損傷を受けます。 極度の電気的および機械的ストレス 、堅牢な設計が必要です。

短絡に対するコアの応答

1. 機械的強度

   • 短絡中、電磁力が巻線とコアに作用します。
   • コアは構造的完全性を維持する必要があります。 変形やズレを防ぐ 巻線の故障や絶縁損傷につながる可能性があります。

2. 磁気飽和 Limiting

   • コア設計により、極端な電流下でも、磁束が危険な点を超えないことが保証されます。 過度の磁歪やコアの振動を引き起こす .
   • たとえば、トロイダル コアは、連続した磁路により磁束漏れが低減されるため、短絡電流への対処が容易になります。

3. 断熱コーディネート

   • コアの積層と周囲の巻線は絶縁されています。 過渡過電圧に耐える 短絡時。
   • 適切な絶縁により、 積層または巻線間の短絡 、致命的な障害につながる可能性があります。

短絡耐久性を考慮した設計機能

• 堅牢なコアクランプ : ラミネートは機械的な力に抵抗するためにしっかりとクランプされます。
• 高強度巻線 : 銅またはアルミニウムの導体は変形に耐えるように強化されています。
• エポキシまたはワニスコーティング : 乾式変圧器では、多くの場合、真空含浸樹脂を使用して巻線を接着し、電磁力から保護します。
• 試験基準 : トランスフォーマーは受ける 短絡耐量試験 コアと巻線の完全性を確認します。

4. 保護措置

内蔵保護機能

1. 温度センサー : 過負荷を検出し、アラームやトリップ回路を作動させるために巻線とコアに埋め込まれています。
2. ヒューズとサーキットブレーカー : 短絡時の電流を制限し、コアと巻線の損傷を防ぎます。
3. 圧力逃がし装置 : 一部の乾式変圧器には、熱を放出し、構造の完全性を維持するための通気孔が付いています。

インストールに関する考慮事項

• 適切なクリアランス ：コア周りの空気の流れを確保して放熱します。
• 適切な負荷管理 : 定格最大容量での長時間の運転は避けてください。
• 定期メンテナンス : ほこりや破片を掃除すると、過熱が防止され、効率的な短絡処理が保証されます。

5. 熱および電気モデリング

最新の乾式変圧器コアは、以下を使用して設計されています。 熱および電磁モデリング :

• 有限要素解析 (FEA) 過負荷や短絡時のコアの飽和と磁束分布を予測します。
• 熱シミュレーション ホットスポットが安全な範囲内にあることを確認します。
• 機械シミュレーション 電磁力によるコアと巻線の変形を評価します。

これらのモデリング手法は、エンジニアがコアを設計するのに役立ちます。 効率を維持しながら過電流ストレスに耐えます .

6. 過負荷および短絡状況における乾式変圧器の利点

• 安全性 : 可燃性オイルを使用していないため、過負荷または短絡時の火災の危険が軽減されます。
• 急速冷却 ：空冷によりコアからの熱をより早く放散します。
• 予測可能なパフォーマンス : 温度センサーはリアルタイム監視を提供します。
• 堅牢な構造 : 積層コアと強化巻線は機械的ストレスに耐えます。
• メンテナンスの手間がかからない ：油入式に比べて汚染や漏れのリスクが少ない。

7. コアの寿命を最大限に延ばすためのベストプラクティス

1. 継続的な過負荷を回避する : 可能な場合は定格容量以下で動作させてください。
2. 温度を監視する : 熱センサーまたは外部温度監視システムを使用します。
3. 損傷を検査する : コアの積層と巻線に変形や絶縁破壊の兆候がないか定期的にチェックしてください。
4. 適切な換気を確保する ：空気の流れを維持して熱の蓄積を防ぎます。
5. 適切な保護具を使用する : サーキットブレーカーとヒューズは変圧器の仕様と一致する必要があります。
6. 短絡状態に対する計画 : 電流サージを最小限に抑えるために、適切に調整して電気システムを設計します。

8. コア動作の概要

9. 結論

乾式変圧器コアは次のように設計されています。 過負荷と短絡を処理する 材料の選択、積層設計、絶縁調整、保護対策の組み合わせを通じて。積層コアは機械的強度を提供しながら渦電流損失を低減し、空冷設計により過負荷時の効率的な熱放散を促進します。温度センサー、回路ブレーカー、ヒューズなどの保護装置により、過負荷と短絡の両方が致命的な故障を引き起こさないようにします。

乾式変圧器コアの設計原則は次のことを重視しています。 安全性、信頼性、効率性 そのため、急速な熱放散と電気的および機械的ストレスに対する耐性が重要な屋内用途に最適です。適切な設置、定期的なメンテナンス、および運用ガイドラインの順守により、過負荷や短絡に対する変圧器の能力が最大限に高まり、長期的な性能と運用の安全性が保証されます。

したがって、乾式変圧器コアは、次の重要なバランスを表します。 電気工学、材料科学、安全工学 これにより、現代の電気システムが困難な条件下でも効率的に動作できるようになります。