乾式変圧器のサージ耐量とは？ - ブログ

これは、単純そうに見えますが、変圧器がその寿命にわたってどのように耐えられるかという核心を突いた質問の 1 つです。雷雨の後、通りにある変圧器は無事だったのに、変圧器が故障したことに不満を抱いたお客様から私に電話がかかってきました。通常、違いは 1 つのことに帰着します。それは、サージ耐性です。

これが実際に何を意味するのか、また単位によって異なる理由について説明しましょう。

s11-s13-series-dry-type-transformer57033 SC11 SC13 Series Dry Type Transformer

サージ耐性の理解

サージ耐性とは、通常の動作レベルの何倍にも達する可能性のある電圧過渡現象、つまり短時間の過電圧に対処する乾式変圧器の能力を指します。これらはブレーカーが作動するような遅い過負荷ではありません。私たちが話しているのは、マイクロ秒単位で測定されるイベントです。つまり、数マイル離れたところで落雷が発生し、線路に電圧スパイクを引き起こしたり、進行波をフィーダに送るコンデンサバンクの切り替えや、システム内の電圧パルスを反射する商用ブレーカーの動作などです。

サージが変圧器に到達すると、巻線間、相間、および巻線から接地までの絶縁システムにストレスがかかります。断熱材は保たれるか保たれないかのどちらかです。これに障害が発生すると、ターン間の短絡、相間の故障、または巻線とアース間の絶縁破壊が発生します。これらのいずれも、変圧器がラインから外れていることを意味し、多くの場合、修理ではなく交換が必要になります。

サージ耐性の実際の測定値

実際には、変圧器のサージ耐性は、基本インパルスレベル (BIL) によって定量化されます。これは、標準化されたテスト中に絶縁システムが耐えなければならない 10 kV、30 kV、または 95 kV などのピーク電圧値です。テスト波形は 1.2/50 マイクロ秒のインパルスです。1.2 マイクロ秒でピークに達し、50 マイクロ秒でその値の半分に減衰します。この形状は、落雷やスイッチングイベントによって変圧器が受ける過渡応力の種類に近似しています。

600 V クラスのユニットに対して 10 kV BIL、または 15 kV クラスのユニットに対して 95 kV BIL が指定されている乾式変圧器を見ると、それは絶縁破壊なしに耐えるように設計されているサージです。これは、変圧器がサージを「乗り越えて」動作し続けることを意味するのではなく、絶縁システムが故障することなくイベントに耐えることを意味します。

実際のアプリケーションでこれが重要となる理由

ここで最もよく混乱が見られます。変圧器の定格が 480 V であるため、1000 V までの瞬間的なスパイクに対処できると考える人がいます。しかし、雷によるサージは、低電圧システムでは 6 kV 以上に達する可能性があります。適切な BIL がないと、そのイベントが断熱材を突き破ってしまいます。

商業ビルでは、変圧器の故障によりエレベーターが停止し、空調設備が停止し、テナントが動揺します。産業プラントでは、生産ラインが停電し、原材料がスクラップになり、メンテナンス作業員が残業することを意味します。変圧器自体のコストは、変圧器によって発生するダウンタイムに比べればわずかです。

サージ耐性を実際に決定するもの

断熱材と構造

断熱システムは防御の第一線です。当社のトランスのようなキャスト樹脂製SCシリーズ乾式変圧器- 巻線は、制御された条件下でエポキシで真空鋳造されます。これにより、部分放電が始まる可能性のあるボイドが排除されます。エポキシ自体は高い絶縁耐力を持っていますが、それと同じくらい重要なのは、エポキシが導体にどのように接着するか、そして巻線の端で内部磁界のグレーディングがどのように管理されるかです。

Nomex または同様の材料を使用した換気乾式タイプの場合、層の絶縁と沿面距離によって、変圧器がサージにどれだけうまく対処できるかが決まります。材料自体は優れていますが、形状、つまりサージがサーフェスに沿ってどれだけ遠くまで伝わるか、フィールドがコーナーにどのように集中するかなども同様に重要です。

巻線設計と電圧グレーディング

外からは見えない部分です。サージが巻線に入ると、サージは均一に分布しません。初期電圧降下は最初の数巻に集中します。ターン間の絶縁がその応力に耐えられるように設計されていない場合、最初のターンは失敗します。

優れた設計では、インターリーブ巻線やシールドされたスタートターンなどの技術を使用して、電圧をより均一に調整します。これはエンジニアリングの詳細な作業ですが、サージに耐えられる変圧器とそうでない変圧器を区別します。

製造品質実行が不十分であれば、最良の設計も失敗します。鋳造中の空隙、一貫性のない含浸、組み立て中の絶縁体の損傷はすべて、サージが侵入する弱点を生み出します。そのため、設計サンプルだけでなく、すべてのユニットで部分放電をテストします。現場で障害が発生する前に欠陥を発見します。

サージ耐性のテスト方法

インパルステストは手持ちのメーターを使って行うものではありません。これには、コンデンサを充電し、正確なタイミングと波形で変圧器巻線を介して放電するインパルス発生器が必要です。

テスト中は、故障を示す波形の変化を監視しながら、完全な BIL レベル (正および負の極性) で一連のインパルスを適用します。比較のために電圧インパルスを低減した場合も示します。記録された波形が全電圧印加の前後で一致する場合、トランスは合格します。いかなる逸脱も内部故障を意味します。

インパルス試験前後の部分放電測定も行っております。サージによって、直ちに破壊が引き起こされない微細な損傷が生じた場合、部分放電レベルが上昇します。そのユニットは拒否されます。

外部保護と内部機能

ここで明確にしておきたいのは、外部サージアレスタと内部サージ耐量は補完的なものであり、互換性はないということです。

避雷器は、変圧器の端子に到達する電圧を制限します。しかし、それらには限界があります。クランプできる速度は非常に限られており、常にある程度のエネルギーが通過します。変圧器自体の絶縁体は、残った部分を処理する必要があります。適切な内部 BIL を持たずに外部保護に全面的に依存することは、私が何度も負けを見てきた賭けです。

クリティカルなアプリケーションについては、暴露に適した BIL レベルに合わせて設計しており、追加の保護としてアレスタを推奨します。どちらも重要です。

私たちが違うことをする

私たちのアプローチは、変圧器がどこに設置されるかを理解することから始まります。専用のフィーダと適切なシールドを備えたデータセンターに入るユニットは、数マイルの架空線で遠隔の工業施設に給電するユニットとは異なる危険にさらされます。

当社は、規格の BIL レベルを満たすかそれを超える断熱システムを設計しますが、そこで終わりではありません。私たちはすべての生産ユニットで部分放電をテストします。型式試験やサンプル生産装置でインパルス性能を検証します。私たちは、変圧器が最初の雷の季節に耐えられるかどうかを決定する、終端設計、沿面距離、フィールドグレーディングなどの詳細に注目します。

結論

サージ耐性は贅沢な機能ではありません。これは、電力網に接続されている変圧器の基本要件です。問題は、あなたの変圧器にそれが必要かどうかではなく、あなたが購入しようとしているものが実際にそれを備えているのか、それとも単にそう主張しているだけなのかです。

乾式変圧器を指定する場合は、BIL 定格を問い合わせてください。部分放電試験について質問します。サージ時の電圧勾配に対処するために巻線がどのように設計されているかを尋ねてください。その答えによって、リスクを理解しているサプライヤーと、最初の失敗の連絡を待っているサプライヤーが区別されます。

アプリケーションについて説明したい場合や、どのレベルの保護が意味があるのかについて知りたい場合は、喜んでお手伝いいたします。当社の製品は、SCシリーズ乾式変圧器は、さまざまな困難な電気環境において信頼性の高い電源を提供するように設計されています。私たちは多くのサイトを見て、何が効果的かを学びました。