トランスを冷やす方法：トランスの冷却方法を深く掘り下げる

私は長年、電気に携わってきた。私が学んだことのひとつは、変圧器にとって熱は大きな問題だということだ。私たちの世界に電力を供給しているこの素晴らしい機械は、作動時に多くの熱を発生する。その熱が適切な方法で処理されないと、大きなトラブルを引き起こす可能性がある。そのトラブルとは、動作不良から完全な故障に至るまで何でもあり得る。そのため、変圧器の冷却方法を理解することがとても重要なのです。この記事では、この働き者であるマシンを冷却し、良好に動作させるためのさまざまな方法をご紹介します。冷却に空気を使用するような簡単な方法を見ていきます。また、油や水を使う難しい方法も紹介する。読み終えると、なぜ優れた冷却システムが変圧器を長持ちさせ、うまく機能させるのに役立つのかが理解できるでしょう。

なぜ変圧器にとって冷却が重要なのか？

簡単な事実から始めよう。変圧器は電気をある場所から別の場所に移動させる仕事をしている。このプロセスは完璧ではない。一部の電力は熱に変わります。この熱はトランスのコアと巻線に発生します。この熱が取り除かれないと、トランスの温度は上昇します。これは大きなダメージの原因となります。高温は、変圧器内部の特殊なコーティングをダメにする原因になります。これは短絡や完全な故障を引き起こす可能性さえあります。

車のエンジンのようなものだと考えればいい。エンジンは大量の熱を発生する。冷却装置が機能しなくなれば、エンジンは熱くなりすぎて破損してしまう。変圧器も同じです。優れた冷却システムは非常に重要です。変圧器を安全な温度で働かせることができる。これにより、変圧器の寿命が長くなり、問題なく動作するようになります。冷却システムの主な仕事はひとつ。変圧器から熱を逃がすことです。熱を周囲の空気や水に移動させるのです。

変圧器の主な種類と冷却の必要性とは？

変圧器は、乾式変圧器と油入変圧器の2つに大別できる。名前から想像がつくかもしれない。大きな違いは、冷却に何を使うかだ。乾式変圧器は空気で冷却する。油入変圧器は特殊な油を使用します。どちらのタイプの変圧器を使うべきかは、いくつかの事柄によります。電力レベル、仕事内容、設置場所などだ。

乾式変圧器は屋内で多く使われている。オフィスビルや病院などで見かけることができる。火災の原因となる油がないため、より安全だと考えられている。油入変圧器は非常に一般的です。屋外の発電所や、大量の電力を必要とする仕事で見かけます。これは、オイルが空気よりも優れた冷却剤だからです。変圧器にはそれぞれ冷却方法があります。

乾式トランスの冷却方法

乾式変圧器は冷却に空気を使用する。最も簡単な方法は ナチュラル・エア（AN） 冷却。この方法では、トランスの周りの空気が巻線とコアの周りを移動する。これは自然対流と呼ばれます。トランスが熱くなると、周囲の空気は暖かくなって上昇し、下からの冷たい空気と入れ替わる。この空気の自然な動きは、熱を取り除くのに役立つ。この方法は安価で、大量の熱を発生させない小型のトランスには効果的です。

大型の乾式変圧器の場合、自然空冷では不十分かもしれない。そこで 強制空気 (AF) 冷却が使用される。この方法は、ファンやブロワーを使ってトランスのコアと巻線に空気を送り込む。これにより、熱をより早く取り除くことができます。この強制的な空気循環により、トランスは熱くなりすぎることなく、より多くの電力を扱うことができます。トランスが両方の方法で冷却することもあります。これはAN/AFと呼ばれます。ファンが作動するのは、温度が一定のレベルに達したときだけです。

油浸変圧器のONAN冷却方式とは？

次に油浸変圧器について説明する。最も簡単な冷却方法は オイル・ナチュラル・エア・ナチュラル（ONAN）.オナン・トランスでは、コアと巻線はトランス・オイルで満たされたタンクの中に入れられる。このオイルには2つの役割がある。それは、電気が行くべきでないところに行くのを止めることです。また、トランスを冷却する働きもあります。トランスが作動すると、巻線とコアからの熱がオイルに移動します。

高温のオイルは軽いので、トランスタンクの上部に移動します。冷めると重くなって底に沈む。そのため、オイルが勝手に動き回るのです。私たちはこのプロセスを自然対流と呼んでいます。そして熱は変圧器タンクから外の空気に移動する。冷却をより良くするため、タンクは外面を大きくすることが多い。これは、冷却管やラジエーターを追加することによって行われる。ONAN方式はシンプルでうまく機能し、小型から中型の変圧器に多く使われている。

強制空気はいつ必要なのか？ONAF方式を理解する

より多くの熱を発する大型の変圧器では、ONANの冷却方法では不十分かもしれない。このような状況では、冷却プロセスを少し手助けする必要があります。このような場合に使用するのが オイル自然空圧（ONAF） メソッドを使用する。ONAF方式はONAN方式に似ているが、ヘルパーが追加されている。オイルは対流によってトランス内部を動き回る。しかし、変圧器の外側、通常はラジエーターの近くにファンが追加される。

これらのファンは、変圧器のタンクとラジエーターの外側に風を送ります。これにより、熱をより早く逃がすことができます。この強制的な空気の動きは、オイルの冷却に役立ちます。これにより、変圧器はより大きな仕事を処理できるようになります。ファンは通常、温度をチェックするツールによって制御される。ファンが作動するのはオイルが熱くなりすぎたときだけなので、電力を節約できます。ONAF方式は頻繁に使用され、中型から大型の電力変圧器の冷却に適しています。

オイルと空気の両方を強制するとどうなるか？OFAF方式

非常に強力なトランスの場合、ONAF方式でも温度を安全に保つには十分ではないかもしれません。このような大きなトランスには、より強力な冷却方法が必要です。そこで オイルフォースド・エアフォースド（OFAF） 方式を採用している。この方式では、オイルが勝手に動くのを待つだけではありません。その代わりに、特別なポンプを使って変圧器とその冷却システムの中をオイルを押し流す。

この強制的なオイルの動きによって、熱はコアと巻線から非常に速く、良い形で遠ざかる。強制的なオイルの移動の上に、ファンがラジエーターに風を送るために使われる。これはONAF方式と同じである。強制オイルと強制空気の両方を使うことで、非常に優れた冷却システムができる。超大型トランスが発する大量の熱にも対応できる。

変圧器の冷却に水は使えるか？

変圧器の冷却液に水が使われることもある。これは、電気を作るために水を使う発電所のように、簡単に水が手に入る場所でよく行われる。その方法は オイルフォースド・ウォーターフォースド（OFWF）.このシステムでは、高温の変圧器オイルは熱交換器を通して圧送される。

熱交換器の内部で、熱は熱い油から冷たい水に移動する。この水は別のパイプを通って移動する。水は空気よりも多くの熱を吸収することができるため、これは物を冷却する非常に良い方法です。OFWF冷却システムは通常、非常に大きな変圧器に使用されます。このような変圧器では、空冷では十分な冷却効果が得られません。

ラジエーターと熱交換器は冷却にどう役立つのか？

ラジエーターと熱交換器は、油浸変圧器の冷却システムの非常に重要な部分である。ラジエーターの主な仕事は、変圧器のオイルから周囲の空気に熱が移動するための外部空間を確保することです。車のラジエーターを思い浮かべてください。変圧器のラジエーターも同じ働きをします。変圧器から出た高温のオイルはラジエーターの中を移動します。ラジエーターはたくさんのフィンやパネルでできています。この大きな外側の面積が、熱をより早く逃がすのです。

熱交換器とは、ある液体から別の液体へ熱を移動させる道具である。液体同士が触れ合うことはありません。OFWF冷却システムでは、熱交換器が高温の変圧器オイルから冷たい水へと熱を移動させます。ラジエーターも熱交換器も大きな仕事をします。変圧器の冷却システムが作動中に作られた熱を取り除くことができるようにするのです。

トランス冷却クラスとは何か、なぜ重要なのか？

すべての冷却方法を理解しやすくするために、冷却クラスというシステムが使われている。これらのクラスは4文字のコードで示されている。このコードによって、内冷式と外冷式の両方で、何が冷却に使われ、どのように動くかがわかる。以下は、文字の意味を説明した表である：

例えば、こうだ、 オナン 手段 Oイル Nアトゥラル Aアイアール Nアトゥラル。 全日空 手段 Oイル Nアトゥラル Aアイアール Fまたは強制される。これらの冷却クラスを理解することは重要である。これは、変圧器の計画、使用、修理に携わるすべての人に当てはまります。これは、作業に適した冷却システムを選択するのに役立ちます。

どの冷却方法がどのトランスに適しているか？

適切な冷却方法を選ぶには、いくつかのポイントがあります。トランスのサイズとパワー、用途、周囲の気温、そしてコストです。以下に簡単なガイドを示します：

• 乾式変圧器：
  • AN（エア・ナチュラル）： 小型の変圧器に適している。新鮮な空気のある清潔な屋内に置くべきである。
  • AF（エアフォースド）： 大型の乾式変圧器に使用される。また、気温が高い場所では、冷却能力を高めるために使用される。
• 油浸変圧器：
  • ONAN (Oil Natural Air Natural)： 小型から中型の変圧器では、一般的で低コストの方法である。
  • ONAF（石油自然給気）： 特別な冷却を必要とする中型から大型の電源トランスに使用される。
  • OFAF（オイル・フォースド・エアー・フォースド）： 非常に高出力の変圧器に使用される。これらの変圧器をよく冷やすには、強制オイルと強制空気の両方が必要です。
  • OFWF（オイル・フォースド・ウォーター・フォースド）： 非常に大きな変圧器に使用される非常に優れた方法。水の多い発電所でよく使われる。

まとめ

変圧器を冷やしておくことは、単に良いアイデアではありません。いかにうまく機能させるか、いかに安全か、そしていかに長持ちさせるかが非常に重要なのです。冷却方法にはさまざまなものがある。乾式変圧器の単純な自然の空気の動きから、大型電源変圧器の強力な強制オイル・システム、水システムまで。それぞれの方法は、異なる種類の仕事のために作られました。これらの方法を理解することで、電力システムの重要な部品が長年にわたって良好に機能し続けるようにすることができます。

覚えておくべき重要なことは以下の通りだ：

• トランスにとって熱は大きな問題だ。特殊なコーティングをダメにしたり、故障の原因になったりする。
• 変圧器は、乾式（空冷式）と油入式に大別される。
• 乾式変圧器は、冷却に自然空気（AN）または強制空気（AF）を使用する。
• 油浸変圧器では、ONAN、ONAF、OFAF、OFWFなどの方法が使用される。
• ラジエーターと熱交換器は、油入変圧器の熱を取り除くために非常に重要である。
• どのような冷却方法を選択するかは、変圧器のサイズ、出力、作業内容によって異なります。