変圧器選定の基礎知識

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設備用の変圧器とは

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電力会社の発電所から供給されてくる電力は、損失を少なくするため超高圧の電圧で送電されてきます。いくつかの変電所に設置された変圧器を経由して、都心部近くにおいては6,600Vなど比較的低い電圧が配電されてきます。

需要家側で高圧のまま使用することは、一部の大規模施設を除いてほとんどなく、低圧に変圧して施設内で電気の使用を行っています。電圧を上昇させたり降下させたりするための設備を変圧器と呼びます。

変圧器は、ケイ素鋼またはアモルファスの鉄心と巻線で構成されており、交流電力を受け電磁誘導作用によって電圧を変えています。鉄心に二つの巻線を巻き、一方の巻線に交流電圧を印加すると、鉄心内部に交番磁界が発生し、電磁誘導により他方の巻線に交番電圧を発生させます。変圧器は一つの回路から交流電圧を受け、変成して電圧を他回路に供給することが可能です。なお、変圧器を使用して周波数を変えることはできません。

変圧器の構造

変圧器の材質はケイ素鋼によるものが一般的であり、建築物の電気設備用として使用するほとんどの変圧器が、ケイ素鋼です。ケイ素の含有率が4%程度、厚さ0.35mmのケイ素板を積み重ねた、積層鉄心が使用されています。稀に、省エネルギーに配慮することを要求された場合に、アモルファス変圧器を採用しますが、価格が高いためあまり採用されていません。

変圧器は、磁気回路を構成する鉄心と、電気回路を構成する巻線で構成されています。電力用に使用される変圧器は、巻線を冷却のために絶縁油で満たした油入変圧器が広く普及しています。防災の観点から、不燃化するため油を使用しない変圧器も使用されており、乾式変圧器またはモールド変圧器と呼ばれ、普及しています。

変圧器の一次巻線に加えられた電力は、損失によって熱に変化します。熱は変圧器の劣化に繋がるため、外部に拡散させなければならず、冷却装置が設けられています。油入変圧器の場合、絶縁油を自然対流させて冷却する方式と、強制循環させて冷却する方式があります。モールド変圧器の場合、油を使用する代わりに、シリコンワニスを塗布したガラス巻線などを用い、温度上昇の限界を高くとれるようにしているため、冷却装置を持っていません。

変圧器を構成する巻線と鉄心の配置により、内鉄形と外鉄形に分類されます。内鉄形は鉄心の周りに低圧巻線を配置し、その周りに高圧巻線を配置する同心円配置となります。鉄心より巻線が多くなり、銅機械となります。外鉄形は巻線の周りに鉄心を配置したもので、鉄心の周りに低圧巻線・高圧巻線を交互に配置しています。巻線より鉄心が多くなりますので、鉄機械となります。

変圧器の周波数違いによる使用可否

変圧器は東日本と西日本の周波数の違いによって、使い分けが必要です。変圧器の特性上、東日本用の50Hz対応変圧器は60Hzの西日本で使用できますが、逆は使用不可能です。50Hz用の変圧器を60Hz地域で使用した場合、励磁電流や無負荷損失が減少して効率が良くなりますが、短絡インピーダンスの増加や、電圧変動率の増加という変化を起こします。

変圧器の専門技術と各種知識

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