電源トランスの効率に関する4つの主要テスト

電源トランスは、私たちの電気世界の大きくて静かな働き者です。電圧を上げたり下げたりすることで、電力を作る場所から使う場所へと移動させます。しかし、変圧器は効率的で安全でなければ意味がありません。変圧器ひとつに問題があれば、電力システムに大きな問題を引き起こす可能性があります。だから変圧器のテストはとても重要なのです。今回は、電源トランスをチェックするための4つの主なテストをご紹介します。これは大物エンジニアのためだけのものではありません。私たちがどのようにして電力を供給し続けているのかを理解したい人なら誰でも参加できます。これらのテストが何をするのか、そしてトランスの健全性と効率について何を教えてくれるのかを見ていきます。

電源トランスのテストはなぜ重要か？

電力変圧器が故障するのは、決して喜ばしいことではありません。そのため、私たちは新しい変圧器を稼働させ、最善を望むだけではありません。テストを行います。何度もテストします。変圧器のテストとは、変圧器が正常に動作していることを確認するために行う一連のチェックです。主な目的は故障を防ぐことです。故障は停電や機器の破損の原因となります。優れた検査は、大きな問題になる前に小さな不具合を見つけるのに役立ちます。これにより、電気システム全体がより安全で信頼性の高いものになります。

変圧器の効率は大きな問題だ。効率の悪い変圧器は、電気を熱に変えて無駄にする。この無駄なエネルギーにはコストがかかります。大きな変圧器の寿命が延びれば、それは莫大なお金になります。私たちが実施するテストは、変圧器の効率を計算するのに役立ちます。その性能をチェックすることで、製造された仕様に適合していることを確認できるのです。すべてのテストは、トランスの健康状態に関するパズルのピースを与えてくれます。これは、新しい変圧器の試運転や古い変圧器のメンテナンスを行う際の重要なステップです。これは送電の重要な部分です。

試験1.トランスの巻線抵抗測定とは？

私たちが最初に行うテストのひとつが巻線抵抗テストです。複雑に聞こえるかもしれませんが、考え方は簡単です。すべてのトランスは、その内部に巻線と呼ばれるワイヤーのコイルを持っています。一次巻線と二次巻線があります。電流はこの巻線を通って流れます。これらの電線の電気抵抗は非常に小さい。この抵抗が正しいかどうかを確認するために測定する必要があります。

この測定を行うために、エンジニアは特別なツールを使用する。トランスの各巻線に安全な小さな直流電流を流します。そして、同じ巻線にかかる電圧降下を測定します。オームの法則（抵抗 = 電圧 / 電流）を用いて、このツールは巻線抵抗を非常に正確に計算することができます。このテストは、すべての巻線とすべてのタップ・チェンジャーの位置で行います。タップ・チェンジャーを使えば、トランスの電圧比を少しずつ変えることができます。各タップには独自の接続があり、それらをすべてテストする必要があります。トランスには多くの接続があり、それらをテストします。

抵抗試験は巻線の問題発見にどのように役立つのか？

では、なぜ抵抗値を測定するのでしょうか？正しい巻線抵抗の測定は、多くのことを教えてくれる。まず、巻線が断線していないことがわかる。もしワイヤーが切れていたら、抵抗値は無限大となり、直流電流は流れない。この単純なテストは、電気回路が完全であることを確認する。さらに重要なのは、このテストは接続不良を見つけるのに役立つということだ。端子のボルトが十分に締まっていないケースを見たことがある。これは高い抵抗を生み、過度の熱を引き起こす。この熱はトランスの絶縁を損傷する可能性がある。

巻線抵抗試験は、目に見えないトランスの巻線内部の問題を検出することができます。例えば、製造中に巻線の一部が損傷した場合、抵抗値が予想以上に高くなることがあります。測定値と工場試験報告書の値を比較することで、問題を発見することができます。三相変圧器の場合は、各相の巻線の抵抗値も比較します。数値は非常に近いはずです。一方の相の抵抗値がはるかに高い場合は、その変圧器の巻線に潜在的な欠陥があることを示す赤信号です。シンプルだが強力なテストだ。

テスト2：ターン数比テストとは？

次は、巻数比試験（TTR試験）です。これもトランスの基本的なテストである。トランスは、一次巻線と二次巻線に異なる巻数の電線を巻くことで動作します。この巻数の比率によって電圧比が決まります。例えば、一次巻線が100ターン、二次巻線が10ターンの場合、巻数比は10対1です。一次巻線に100ボルトの交流を入れると、二次巻線からは10ボルトの交流が得られます。

これを正確にチェックするのがターンレシオ検査だ。ターンレシオ・テスターと呼ばれる特殊な機器を使用します。エンジニアは、電源トランスの高電圧巻線と低電圧巻線に測定器を接続します。一方の巻線に安全な低い交流電圧をかけ、もう一方の巻線にかかる電圧を注意深く測定します。この測定値から、正確な巻数比を計算することができます。各タップによって回路の巻数が変わるため、すべてのタップ位置についてこのテストを実行します。このテストはトランスのコア機能をチェックします。

なぜトランスの巻数比をテストするのか？

巻数比試験を実施する主な理由は、トランスが正しい出力電圧を生成することを確認するためである。比率が間違っていると、電力系統の電圧レベルがおかしくなります。これは、トランスに接続された機器にさまざまな問題を引き起こす可能性があります。このテストは、製造上のミスや出荷時の損傷を検出するのに最適な方法です。深刻な機械的衝撃は、巻線の移動や短絡を引き起こす可能性があります。

巻線のターン間の短絡は非常に深刻な故障である。これは、電流がターンの一部を飛ばしてショートカットしていることを意味する。これにより巻数比が変化します。巻数比テストは非常に感度が高く、1ターンの短絡でも検出することができます。これを早期に発見することで、後のトランスの致命的な故障を防ぐことができます。各相、各タップの巻数比の測定値を銘板値と比較します。IECなどの国際規格に従い、測定値は期待値に非常に近くなければならず、通常は0.5%以内です。これは変圧器にとって重要な完全性試験です。

試験3.絶縁抵抗試験で何がわかるか？

電源トランスの内部には多くの高電圧がかかっています。私たちは、その電圧があるべき場所に留まるようにする必要があります。これがトランスの絶縁システムの仕事です。絶縁は通常、巻線を取り囲む特殊な紙と油です。高電圧が別の巻線に飛んだり、変圧器の接地された金属タンクに飛んだりするのを防ぎます。絶縁が故障すれば短絡となり、最悪の事態となる。

絶縁抵抗試験は、この絶縁の質をチェックする。良好な絶縁体は電気抵抗が非常に高い。悪い絶縁体は、おそらく湿気や経年劣化が原因で、抵抗値が低くなります。このテストは、絶縁の良し悪しを確認するのに役立ちます。異なる巻線間、および各巻線とアース間の絶縁抵抗を測定します。この試験により、変圧器の絶縁システム全体の健全性がわかります。変圧器で実施する最も重要な安全性・信頼性試験のひとつです。

絶縁抵抗試験はどのように行うのか？

絶縁抵抗試験を行うために、エンジニアはしばしばメガーと呼ばれるツールを使用する。このツールは、1000ボルトや5000ボルトといった特定の直流電圧を、設定された時間（多くの場合1分間）絶縁体に印加する。電圧は絶縁をテストするのに十分高いが、健全な変圧器を損傷するほど高くない。電圧が印加されている間、計器は流れる少量の電流を測定する。この電流の流れは漏れ電流と呼ばれる。

この測定された電流を使って、ツールは絶縁抵抗を計算する。抵抗値が高い（数百万から数十億オーム）ことは良いことです。絶縁がきれいで、乾燥しており、その役割を果たしていることを意味します。絶縁抵抗値が低い場合は警告サインです。多くの場合、変圧器の油や紙に水分が入り込んでいることを意味し、故障につながる大きな問題です。私たちはこの値を記録し、経時的に追跡します。メンテナンス・テストのたびに抵抗値が下がっているのが見えたら、変圧器の絶縁が古くなっており、注意が必要かもしれないことがわかります。このテストは、電源トランスの故障を防ぐのに役立ちます。

試験4.短絡試験はどのようにして変圧器の損失を測定できるのか？

次に効率と損失について話そう。どの変圧器にも多少のロスがあります。投入した電力の100%を取り出すことはできません。一部のエネルギーは熱として失われます。これらの損失は、無負荷損失と負荷損失の2種類に分けられます。短絡試験は、変圧器の負荷損失を測定する方法です。これは、変圧器に負荷がかかったときに巻線に発生する損失です。

この試験では、二次巻線の端子を太く低抵抗の接続で短絡させます。次に、一次巻線に低い交流電圧を印加します。巻線に定格電流が流れるまで、この供給電圧をゆっくりと上げていきます。二次側は短絡されているので、必要な電圧はわずかです。次に、トランスに入る電力を測定します。この電力は負荷損失と等しく、銅巻線で発生するため銅損とも呼ばれます。このテストは、システム保護の重要なパラメータである短絡インピーダンスを求めるのにも役立つ。このインピーダンスは巻線の機械的強度に関係する。

無負荷損失と負荷損失とは？

損失を理解することは、トランスの効率を理解する鍵である。先ほど見たように、負荷損失は短絡試験で測定するものです。これは巻線の抵抗によって発生します。トランスに多くの電流が流れると、これらの損失は増加します。この損失はトランスの巻線を加熱します。トランスがこの熱に耐えられるかどうかを確認するため、温度上昇試験も行う必要があります。

もう一つの損失は無負荷損失で、コア損失とも呼ばれる。この損失は変圧器のコア（変圧器の磁性部分）で発生します。この損失は、コア内の磁束が変化することによって発生します。この損失は、トランスに負荷がかかっていないときでも常に存在します。これを測定するには、無負荷試験（または開回路試験）を行います。一方の巻線に定格電圧を定格周波数で印加し、もう一方の巻線はオープンにしておきます。このとき測定される電力が無負荷損失です。優れた電源トランスは、効率を高めるために無負荷損失と負荷損失が非常に小さくなるように設計されています。

雷インパルス試験や過電圧試験のような他の試験はありますか？

電源トランスのテストは他にもたくさんあります。今回取り上げた4つは、私たちが現場で行う最も一般的な「日常的」試験です。しかし工場では、新しい変圧器はさらに多くの試験を受けます。雷インパルス試験は、新設計の変圧器で行われる「型式」試験です。これは非常に特殊な試験です。落雷のような形をした非常に高い電圧パルスを変圧器に当てることで、変圧器の絶縁性をテストします。この試験により、トランスが送電線上の過電圧に耐えられることが証明されます。

もう一つの試験は、誘導過電圧耐力試験である。この試験では、巻線に通常より高い周波数の交流電圧を誘導する。高い周波数は、コア内の磁束が高くなりすぎるのを防ぐために使用されます。この試験では、巻線間および巻線の異なる部分間の絶縁にストレスを与え、一時的な過電圧状態に故障なく対応できることを確認します。また、三相変圧器の位相ズレをチェックする試験や、負荷時タップチェンジャーの機械的動作をチェックする試験もあります。これらの試験をすべて実施することで、電力用変圧器が信頼性の高い状態で長期間使用できるようになります。このような徹底した変圧器試験は標準的なものです。

要点まとめ

電源トランスをテストする上で最も重要なことを以下に示す：

テストは非常に重要だ： 電源トランスの安全性、信頼性、効率性をテストします。小さな問題を早期に発見することで、大きな故障を防ぐことができます。
巻線抵抗試験： このテストは、巻線の電気的接続と断線をチェックします。トランスの銅回路の簡単だが重要なチェックである。
回転比テスト： このテストは、トランスが正しい電圧を生成することを確認します。巻線の短絡や製造上の欠陥を見つけるための重要なチェックです。
絶縁抵抗試験： この重要な試験は、危険な短絡を防ぐために変圧器の絶縁システムの健全性を測定します。変圧器にとって重要な試験です。
短絡および無負荷試験： これらの試験では、変圧器の損失（負荷損失と無負荷損失）を測定し、そのエネルギー効率を知ることができます。これは変圧器の効率にとって非常に重要な試験です。