油入変圧器コアと乾式変圧器コア: 設計、絶縁、冷却
油入変圧器と乾式変圧器のどちらを選択するかは、通常、冷却媒体（鉱物油か空気か）から始まります。しかし、より深いエンジニアリングの話は変圧器のコアに書かれています。磁気回路、絶縁システム、冷却チャネルは密接に相互接続されているため、コア段階での決定はその後のすべての仕様に反映されます。電力会社、請負業者、プラントエンジニアにとって、これらの関係を理解することは不可欠です。
Jiangsu Jingtianxia Electric Technology Co., Ltd.では、乾式および油入変圧器コアと、それらを製造するための精密機器を製造しています。このガイドでは、その実践的な経験に基づいて、2 つのコア ファミリを分ける設計の違い、断熱戦略、冷却チャネルのレイアウトについて検討します。について詳しく読むことができます 私たちのエンジニアリングと製造の背景 技術的な比較に入る前に。
コアの構造と材料設計
どちらのコアタイプも、同じ原材料ファミリーである方向性電磁鋼板から始まります。通常厚さ 0.23 ～ 0.35 mm のケイ素鋼積層板を切断し、積み重ね、クランプして、低損失の磁路を形成します。このステップの後、周囲の媒体によってクリアランス、クランプ、換気のルールが変化するため、構造は急激に分岐します。
乾式コアのオープン構造
乾式トランスコアは密閉されていません。コアと巻線は空気や鋳造樹脂にさらされているため、湿気、塵埃、汚染物質がコア表面に到達する可能性があります。したがって、積層コーティングは機械的に堅牢である必要があり、設計者はコア、クランプ構造、通電部の間の十分な沿面距離とクリアランス距離を尊重する必要があります。空気は冷却剤としては不十分であるため、乾式設計では多くの場合、自然対流を促進するために巻線層の間に垂直エアダクトが組み込まれています。
油入炉心の密閉タンク構造
油入変圧器では、コアは絶縁油で満たされた密閉タンク内にあります。オイルは 3 つの役割を果たします。断熱、冷却、酸素と水分からコアを保護します。オイルの絶縁耐力は空気の絶縁強度よりもはるかに高いため、クリアランスをよりコンパクトにすることができます。ただし、コアには、加熱されたオイルがラジエーターに向かって上昇できるようにする、軸方向のダクトや半径方向のスペーサー ギャップなどのオイル流路が含まれている必要があります。
コアの形状とジョイントの設計
留め継ぎステップラップジョイントは、無負荷損失と磁化電流を低減するため、両方のファミリーで一般的です。油浸設計では、油冷却によってホットスポットが発生せずに高い磁束密度が得られるため、大きな断面が使用されることがよくあります。乾式コア、特に鋳造樹脂バージョンでは、意図的な通気ギャップを備えた三相 3 リムまたは 5 リムのレイアウトがよく使用されます。新しいオプションは、三次元三角形巻芯などの巻芯構成で、従来の接合部を排除することで接合損失を低減します。
コアの品質は最終的にはスタッキングとクランプのプロセスで決まります。積層が不整合であるとエアギャップが生じ、コア損失が増加し、ノイズが増加し、効率が低下します。自動スタッキングでは、サーボ制御のマニピュレーターを使用して各シートを正確に配置します。これは、最新の低損失コアに必要な制御レベルです。
ZXD-440 自動インライン変圧器コアスタッキング生産ライン この自動化ラインは、シャーリングとスタッキングを 1 つの連続プロセスに統合し、手作業を排除し、低損失コアの積層精度を向上させます。これは、前述の説明で提起されたスタッキング品質の問題に直接対処します。 製品を見る→ 絶縁システムとそれがコア設計を形作る方法
絶縁は 2 つのテクノロジーの最も目に見える技術的な違いであり、微妙な方法でコアを形成します。変圧器コアでは、絶縁は、数十年にわたる使用による熱的および機械的ストレスに耐えながら、接地されたコアとクランプを巻線から分離する必要があります。
乾式断熱材：空気と固体樹脂
乾式変圧器は、誘電体媒体として空気、エポキシ樹脂、またはキャスト樹脂を使用します。コアは、アラミド紙、樹脂含浸バリア、または鋳造樹脂シリンダーによって低電圧巻線から分離されています。空気の絶縁耐力には限界があるため、コア、クランプ、巻線間の絶縁距離を大きくする必要があり、よりオープンなレイアウトが必要になります。コア自体はアセンブリ全体の基準接地点のままです。
油絶縁コア: 紙およびプレスボード
油浸ユニットでは、絶縁システムはセルロースベースであり、クラフト紙、プレスボード、アングルリング、および変圧器油が複合誘電体を形成します。コアはプレスボードシリンダーとスペーサーによって低電圧巻線から分離され、アセンブリ全体は真空乾燥され、封止前に脱気オイルが含浸されます。オイルの絶縁強度が高いため、コアから巻線までの距離をよりコンパクトにすることができ、クランプの漏れ磁束と渦電流損失が減少します。
絶縁クラスと温度制限
乾式コアではクラス F およびクラス H 絶縁が標準であり、それぞれ 155°C および 180°C の動作温度が可能です。油入変圧器は紙の劣化によって制限され、通常、周囲温度 40 °C での平均巻線温度上昇は 65 °C です。この違いにより、コアにどれだけ積極的にロードできるかが変わり、各設計の経済性に直接影響します。
耐火性と低メンテナンスの構造が求められる屋内設置向けに、当社はクラス H 絶縁と自然空冷用に設計された乾式変圧器コアを供給しています。
レジンキャスト用乾式トランスコア このコアは方向性シリコン鋼とステップラップ積層で構築されており、ノイズを 55 dB 未満に抑え、低損失基準を満たしています。周囲の本文で強調されているように、ノイズに敏感な屋内設置用の SCB10 ～ SCB13 乾式変圧器に適しています。 製品を見る→ 冷却チャネルと熱管理
冷却チャネルでは、設計の違いが測定可能な熱性能に反映されます。磁気回路に冷却経路が計画されていない場合、コアはアセンブリの中で最も高温になる部分になる可能性があります。
コアと巻線の油循環経路
油浸コアは、オイルをリムの間で軸方向に流し、巻線の高さに沿ってスペーサー ブロックを通って半径方向に流すチャネルを使用します。 ONAN の動作下では、オイルは対流によって循環します。加熱されたオイルはコア ダクトを通って上昇し、ラジエーターまたは冷却チューブで熱を放出し、タンクの底に戻ります。強制空気 (ONAF) または強制オイル (OFAF) ステージを追加すると容量が増加しますが、チャネルの形状は最初から方向付けられたオイルの流れに合わせて設計される必要があります。
乾式コアの空気流路
乾式コアは自然または強制空気対流に依存します。コアと巻線は垂直エアダクトで組み立てられ、変圧器ハウジングの底部と上部で換気されて煙突効果が生まれます。より高い定格のユニットでは、ファンが同じチャネルに空気を送ります。空気は油よりも熱容量がはるかに小さいため、乾式コアは熱マージンが大きくなり、動作磁束密度が低く設計されています。
ホットスポット制御と熱老化
ホットスポットは絶縁体の劣化を促進し、鉄損を増加させます。油入コアでは、ホットスポット温度はダクトのレイアウトと油の流れの方向によって制御されます。乾式コアの場合、ダクトサイズ、樹脂表面積、冷却風の流路によって制御されます。どちらの場合も、設計者は磁束密度、チャネル幅、機械的剛性のバランスをとり、ホットスポットを定格制限以下に抑えます。
高い連続容量が必要とされる公共事業および変電所の業務向けに、当社の油入変圧器コアは、ONAN および ONAF の動作に最適化されたダクト レイアウトで構築されています。
配電変圧器用油入変圧器コア S11 および S13 油入変圧器用に設計されたこのコアは、高透磁率ケイ素鋼と精密積層を使用して、超低損失と安定した無負荷電流を実現します。 ONAN/ONAF 操作をサポートし、説明されている公共事業のコンテキストに一致します。 製品を見る→ コア特性の並べて比較
以下の表は、乾式変圧器コアと油入変圧器コアの最も重要な違いをまとめたものです。
| パラメータ | 乾式コア | 油入コア |
|---|---|---|
| 絶縁媒体 | 空気、エポキシ樹脂、キャストレジン | 鉱物油、紙、プレスボード |
| コアエンクロージャ | オープンまたは換気されたハウジング | 密閉油充填タンク |
| 冷却チャネル | 垂直エアダクトとファン | アキシャルおよびラジアルオイルダクト、ラジエーター |
| 温度クラス | クラスFまたはクラスH | クラスA、用紙限定 |
| コアから巻線までの距離 | 大きなクリアランスが必要 | コンパクトな距離が可能 |
| メンテナンス需要 | 低頻度の定期的なクリーニング | オイルのサンプリングと漏れチェック |
| 火災の危険性 | 低い、自己消火性 | 高ければ封じ込めが必要 |
| 代表的な用途 | 屋内、商業、オフショア | 変電所、ユーティリティ、屋外 |
アプリケーション主導の選択ガイダンス
最終的には、設置環境、負荷プロファイル、許容可能な障害モードによって選択が決まります。どちらのテクノロジーも高効率に設計できます。差別化要因は動作コンテキストです。
- 屋内および火気の影響を受けやすい建物: 乾式コアは油漏れのリスクを排除し、火災負荷を大幅に軽減するため、高層ビル、病院、データセンター、複合商業施設に最適です。
- 屋外変電所と電力網: 油入コアは、より高い出力密度と実証済みの長期使用動作を提供するため、油を封じ込めることができる配電所、送電変電所、工業ヤードに適しています。
- 連続高負荷運転： 油冷却はより効果的に熱を除去するため、油浸コアは温度制限を超えることなく、より高い平均負荷率を維持できます。
- 断続的で変動する負荷: 乾式コアは、加熱または冷却するための大量のオイルがないため、サイクリング負荷を適切に処理し、迅速に応答します。
- 設置場所が屋内、屋外、密閉空間であることを確認してください。
- 地域の消防法と油封じ込め規制を確認してください。
- 連続的および周期的な負荷プロファイルを定義します。
- 両方のコア タイプの高度と周囲温度のディレーティングを評価します。
- メンテナンスと損失を含む総所有コストを比較します。
コア自体を超えて、製造ルートが長期的な信頼性を決定します。正確なスタッキング、制御されたクランプ圧力、検証されたジョイントギャップによって構築されたコアは、どちらのタイプにも忠実に対応します。当社のトランスコア製品群は両方の構成をカバーしており、当社のエンジニアは積層スキーム、ダクトレイアウト、クランプ構造をお客様の仕様に合わせて調整できます。全文レビューできます トランスコアの範囲 詳細については。
よくある質問
Q1: 同じ珪素鋼種を両方のコアタイプに使用できますか?
はい。 30Q130 や 27Q120 などの方向性鋼グレードは、乾式コアと油浸コアの両方で一般的に使用されます。変更されるのは、積層コーティング、切断品質、積層パターン、および冷却チャネルがコアの周囲に統合される方法です。
Q2: 同じ定格でも乾式コアの方が重い場合が多いのはなぜですか?
空冷は油冷よりも効果が低いため、乾式コアはより低い磁束密度で動作する必要があるため、損失と温度を制限内に抑えるためにより多くの積層材料を使用する必要があります。さらに、キャスト樹脂のカプセル化によりかなりの重量が増加します。
Q3: 冷却チャネルは変圧器の効率に影響しますか?
はい。ダクトの配置が不適切であると、磁気回路が妨げられたり、浮遊損失が発生したりする可能性があります。適切に設計されたチャネルは、コアフレームを拡大することなく熱を除去し、無負荷損失を安定して維持し、ホットスポットのリスクを軽減します。
Q4: どのコアのタイプが耐火性に優れていますか?
樹脂絶縁を施した乾式コアは実質的に自己消火性があるため、屋内での使用に適しています。油浸炉心には可燃性の液体が含まれており、構造物の近くに設置する場合は防火壁、格納ピット、または安全な分離距離が必要です。
結論
乾式変圧器コアと油入変圧器コアは、異なる動作優先順位と設置環境に対応します。乾式コアは、安全性、シンプルさ、屋内での利便性のために材料効率を犠牲にします。油浸コアは、油の優れた誘電特性と熱伝達特性を利用して、実用規模の用途に適したコンパクトで大容量の設計を実現します。正しい選択は、変圧器が設置される場所、負荷がどのようにかかるか、所有者がどのリスクを管理できるかによって異なります。
どちらの方向を選択する場合でも、コアは厳密な積層公差、検証済みの接合部の形状、定格負荷に合わせた冷却チャネルのレイアウトで構築する必要があります。これらの基本が尊重されると、両方のコア タイプが最新の電力機器に要求される効率と耐用年数を実現します。
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