乾式配電変圧器のサプライヤーとして、私はこれらの重要な電気機器における電力損失に関する多くの問い合わせに遭遇しました。これらの損失を理解することは、変圧器の効率、費用対効果、環境フットプリントに直接影響を与えるため、メーカーとエンドユーザーの両方にとって不可欠です。このブログでは、乾式配電変圧器におけるさまざまな種類の電力損失について詳しく説明します。
コアロス
鉄損としても知られるコア損失は、乾式配電変圧器における基本的な電力損失です。これらの損失は、通常積層ケイ素鋼で作られている変圧器のコアで発生します。トランスの動作中、コアは交流磁界にさらされ、これによりコア損失の 2 つの主な要素、つまりヒステリシス損失と渦電流損失が発生します。
ヒステリシス損失
ヒステリシス損失は、コア材料の磁気特性の結果です。交流磁場がコアに印加されると、コア材料内の磁区が継続的に再配列されます。この再調整プロセスは完全に効率的ではなく、エネルギーは熱の形で放散されます。ヒステリシス損失の量は、コアの材質、交流の周波数、最大磁束密度によって異なります。
高級ケイ素鋼などのヒステリシス ループが狭い材料は、ヒステリシス損失が低くなります。乾式配電変圧器の場合、メーカーは全体の効率を向上させるために、ヒステリシス損失を最小限に抑えるコア材料を選択することがよくあります。ヒステリシス損失 ($P_h$) の公式は、シュタインメッツの式 $P_h = k_h f B_m^n V$ で与えられます。ここで、$k_h$ はシュタインメッツ定数、$f$ は周波数、$B_m$ は最大磁束密度、$n$ はシュタインメッツ指数、$V$ はコアの体積です。
渦電流損失
渦電流損失は鉄損のもう 1 つの要素です。コア内の交流磁場がコア材料内に渦電流として知られる循環電流を誘導すると、コアの抵抗によりエネルギーが熱として放散されます。渦電流損失を低減するために、コアは珪素鋼板を積層して作られています。積層体は互いに絶縁されているため、渦電流の経路の抵抗が増加し、渦電流の大きさが減少します。
渦電流損失 ($P_e$) の式は、$P_e=k_e f^2 B_m^2 t^2 V$ です。ここで、$k_e$ はコア材料に関連する定数、$t$ は積層の厚さであり、その他の変数はヒステリシス損失の式と同じ意味を持ちます。積層板の厚さとコア材料を慎重に選択することにより、メーカーは乾式配電変圧器の渦電流損失を効果的に制御できます。
銅損
負荷損失とも呼ばれる銅損は、変圧器の巻線で発生します。これらの損失は、巻線に使用されている銅導体の抵抗によるものです。巻線に電流が流れると、ジュールの法則 $P = I^2R$ に従って電力が熱として放散されます。ここで、$I$ は巻線に流れる電流、$R$ は巻線の抵抗です。
銅損の大きさは負荷電流によって異なります。変圧器の負荷が増加すると、巻線を流れる電流も増加し、銅損も増加します。銅損は負荷電流の二乗に比例します。乾式配電変圧器では、銅損を最小限に抑えるために巻線の抵抗が低くなるように設計されています。これは、高導電率の銅を使用し、導体の断面積を最適化することによって実現できます。
銅損は負荷によって変化することに注意することが重要です。無負荷時には、巻線を流れる電流が非常に小さいため、銅損は無視できます。ただし、変圧器がその全負荷容量に近づくと、銅損が総電力損失のかなりの部分を占める可能性があります。
漂遊損失
漂遊損失は、コア損失や銅損に比べて定量化が困難です。これらの損失は、コアと巻線の外側に磁界が漏れることによって発生します。漏れ磁場は、変圧器タンク、構造部品、バスバーなどの近くの導電性材料に電流を誘導する可能性があります。これらの誘導電流により、熱として電力が消費されます。
漂遊損失には、巻線内の不均一な電流分布による損失も含まれます。大型の乾式配電変圧器では、特に高周波において電流が導体の断面全体に均一に分配されない場合があります。この不均一な電流分布により、さらなる電力損失が発生します。
漂遊損失を減らすために、メーカーはさまざまな技術を使用しています。たとえば、漏洩磁場を封じ込めるために変圧器の周囲に磁気シールドを使用する場合があります。さらに、より均一な電流分布を確保するために巻線の設計が最適化されています。
誘電損失
乾式配電変圧器に使用される絶縁材料では誘電損失が発生します。絶縁材料は、変圧器の動作中に電界にさらされます。交流電界が印加されると、絶縁材料内の分子は分極と脱分極のサイクルを繰り返します。このプロセスは完全に効率的ではなく、エネルギーは熱として放散されます。
誘電損失の大きさは、絶縁材料の種類、印加電圧の周波数、電界強度によって異なります。乾式配電変圧器では、これらの損失を最小限に抑えるために、誘電損失係数が低い高品質の絶縁材料が使用されています。たとえば、エポキシ樹脂は誘電損失が比較的低いため、乾式変圧器で一般的に使用される絶縁材料です。
停電の影響
乾式配電変圧器における電力損失は、いくつかの重大な影響を及ぼします。まず、変圧器の全体的な効率が低下します。変圧器の効率が低いと、同じ量の出力電力を供給するためにより多くの入力電力が必要となり、エネルギー消費量が増加し、エンドユーザーの運用コストが増加します。
第二に、電力損失により熱が発生します。過剰な熱により、変圧器内の絶縁材が劣化し、寿命が短くなり、故障のリスクが高まる可能性があります。過熱を防ぐために、乾式配電変圧器にはファンやヒートシンクなどの冷却システムが装備されています。ただし、これらの冷却システムは追加の電力も消費するため、全体的なエネルギー要件がさらに増加します。
環境の観点から見ると、電力損失が大きいということは、より多くのエネルギーが浪費されることを意味し、電気が化石燃料から生成されている場合には温室効果ガス排出量の増加につながります。したがって、乾式配電変圧器の電力損失を最小限に抑えることは、エンドユーザーにとってだけでなく、環境にとっても有益です。
電力損失を最小限に抑える
乾式配電変圧器のサプライヤーとして、当社は製品の電力損失を最小限に抑えるためにいくつかの対策を講じています。当社では、ヒステリシスと渦電流損失が低い高品質のコア材料を使用しています。当社のエンジニアは、抵抗が低く、電流分布が均一になるように巻線を慎重に設計し、銅損を低減します。
また、絶縁材料を改良し、誘電損失を低減するための研究開発にも投資しています。さらに、高度な製造技術を使用してトランスの適切な組み立てを保証し、漂遊損失の低減に役立ちます。
たとえば、私たちの11kv乾式変圧器電力損失を最小限に抑えるために最新のテクノロジーを使用して設計されています。コアには高級ケイ素鋼を、巻線には高導電率の銅を使用しています。絶縁システムは誘電損失が低くなるように慎重に設計されており、全体的な設計により漂遊損失が低減されています。
結論
結論として、乾式配電変圧器の電力損失は、鉄損、銅損、浮遊損失、誘電体損失を含む複雑な問題です。これらの損失を理解することは、メーカーとエンドユーザーの両方にとって重要です。当社はサプライヤーとして、電力損失を最小限に抑え、運用コストを削減し、環境への影響を低減する高効率乾式配電変圧器を提供することに尽力しています。
乾式配電変圧器の市場に参入されており、当社の製品がエネルギーの節約とコスト削減にどのように役立つかについて詳しく知りたい場合は、調達に関する話し合いのために当社までお問い合わせください。当社には、お客様の特定の要件に基づいて詳細な情報とカスタマイズされたソリューションを提供できる専門家チームがいます。
参考文献
- グローバー、FW (1946)。インダクタンスの計算: 実際の公式と表。ドーバー出版。
- チャップマン、SJ (2012)。電気機械の基礎。マグロウ - ヒル教育。
- 米国電気製造者協会 (NEMA)。 （2016年）。乾式 - 配電および電源変圧器。