乾式変圧器とは
乾式変圧器とは、絶縁油を使用しない変圧器です。
乾式という用語は変圧器の冷却方法に関連して付いており、冷却液や油を使用しないという意味です。油入変圧器のように油を使って冷却するのでは無く、コイルに樹脂をコーティングして空気冷却を行います。
鉄心や巻線の熱は油を介さず、大気中にさらされたコイルから直接放熱されます。乾式変圧器はさまざまな利点があります。まず、冷却材料を使用しないため、冷却液の交換や漏れのリスクがありません。
また、油漏れや環境への影響を心配する必要ないことも特徴です。特に建物や施設の設置スペースが制限されている場合に適しています。ただし、いくつかの制約もあります。冷却効果が油冷変圧器よりも低い場合があり、大容量の変圧器には冷却ファンや冷却装置が必要になることもあります。また、乾式変圧器は一般的に油冷変圧器よりも高価です。
乾式変圧器の使用用途
乾式変圧器はさまざまな用途で使用されます。以下は使用用途一例です。
1. 工業施設・工場
工場や工業施設で使用されることがあります。これらの施設は高圧や特別高圧で電力会社電線網と連系しているため、低圧を要する機器への送電には変圧器が必要です。変圧器を屋内設置する場合は、乾式変圧器を用いることで安全に機器へ配電することが可能です。
2. 商業施設
大型のショッピングモールなどでは広く使用されます。照明やエアコン、昇降機などの機器への変電に使用されます。通電した際に発火の危険性が低いため、人が多く集まる場所にも適しています。
また、小型・軽量である点も特徴のため、高層部分での使用も可能です。マンション高層階やオフィスビルにおいても乾式変圧器が適しています。
3. 鉄道
鉄道車両や交通システムでも乾式変圧器が使用されています。特に地下鉄などの密閉空間では、安全性の高い乾式変圧器が重宝されます。また、設置スペースの制約が多い鉄道車両では、油入変圧器の代わりに乾式変圧器を用いることで省スペース化を図っています。
乾式変圧器の原理
乾式変圧器も他の変圧器と同様に、鉄心とコイルによって電圧を変化させる装置です。まず、鉄心にコイルを巻いて2つの巻線を用意します。次に片側に電圧を印加して電流を流します。
このとき、電磁誘導の原理によってもう一方にも電圧が生じることになります。変圧器は巻線の巻き数によってこの電圧を調整することが可能です。
電圧を変える際に発生する熱は、外に放出しなければなりません。油入変圧器は油と冷却フィンなどによって放熱しますが、乾式変圧器は空冷です。
乾式変圧器の選び方
乾式変圧器を選ぶ際には、必要容量、電圧、使用環境などを考慮します。
1. 必要容量
変圧器の容量は使用する負荷に応じて選定します。一般的には、6割程度の変圧器容量で平均使用電力を満足できると、効率的な運転が可能です。ただし、最大使用電力や大型負荷の突入電流以上の容量を選定しなければなりません。
2. 電圧
電圧は、高圧側と低圧側でそれぞれ選定する必要があります。高圧変圧器の場合、国内の高圧側電圧は6.6kVまたは3.3kVであることが一般的です。低圧側は負荷に応じて選定し、国内における3相負荷の場合は400V系または200V系から選択します。
3. 使用環境
変圧器の設置場所や運用環境も考慮する必要があります。特殊な環境条件 (湿度、温度、振動など) があるかを確認し、それに適した耐久性と保護機能を持つ変圧器を選ぶことが大切です。
乾式変圧器のその他情報
乾式変圧器とモールド変圧器の違い
油を使わない変圧器に、モールド変圧器があります。乾式変圧器とモールド変圧器は、冷却方法や保護性能が異なります。
まず、乾式変圧器の内部巻線保護はワニスのみです。空気中に露出しているため、外部からの物理的なダメージや湿気に弱い可能性があります。したがって、適切な保護策が必要です。
一方、モールド変圧器は、内部の巻線をエポキシ樹脂などの絶縁材料で固められた構造で冷却されます。絶縁材料が冷却剤の役割も果たし、熱を効果的に放熱します。
乾式変圧器とモールド変圧器は一般的に、どちらも小型から中型の容量範囲で使用されます。ただし、乾式変圧器には冷却ファンや冷却装置が必要な場合があり、製造コストが増加しやすいです。一方、モールド変圧器は乾式変圧器に比べて比較的低コストで製造されます。
参考文献
http://www.toyo-elec.co.jp/products-item
https://electric-facilities.jp/denki8/henatsu.html
https://www.daihen.co.jp/technologygeeks/cat01/cat01_01/29/