三相油入変圧器 S13 シリーズ 次世代低損失配電用変圧器の選定ガイド

10kV 配電システムでは、三相油入配電変圧器は、長い間最も広く使用されているタイプの機器の 1 つです。都市部の集合住宅、地方の送電網のアップグレード、または工業用地や商業ビルへの電力供給のいずれの場合でも、10kV 油入変圧器は電圧変換と配電において重要な役割を果たします。

配電機器のエネルギー効率基準が上昇し続ける中、従来の S9 および S11 シリーズ変圧器は損失が比較的高いため、特定のプロジェクトの省エネ要件を満たすことができなくなりつつあります。対照的に、S13 シリーズは、最適化されたコア構造、高度な材料適用、完全密閉設計により、運用効率と機器の信頼性が向上しています。その結果、10kV 配電変圧器の交換およびアップグレードに推奨されるモデルとなっています。

本稿では、三相油入変圧器S13シリーズの形名、構造的特徴、主な性能パラメータ、実用化シナリオなどを概説し、選定、調達、運用・保守の参考にしていただきます。

I. モデルの指定: S13「ID コード」の解読

配電変圧器のモデル指定は通常、製品構造、性能クラス、定格パラメータを表す特定の記号を含む文字と数字の組み合わせで構成されます。共通モデル S13-M.RL-500/10 を例にとると、内訳は次のようになります。

したがって、S13-M.RL-500/10 は、全密閉三次元巻鉄心構造を特徴とする定格容量 500 kVA、電圧クラス 10 kV の三相油入配電変圧器を指します。

特に、 「M」は完全に密閉された構造を表しており、これは S13 シリーズの重要な設計上の特徴です。

従来の油入変圧器には通常、オイルコンサベータが装備されています。変圧器オイルは空気と相互作用して、温度変動による体積変化に対応します。しかし、長期間の運転中に、空気中の水分や酸素により変圧器油が徐々に劣化し、絶縁性能が損なわれることがあります。

オイルコンサバレーターを廃し、コルゲートタンク自体の伸縮を利用してオイル量の変化を補う完全密閉構造です。これにより、変圧器油が外部大気から隔離され、油の劣化や吸湿のリスクが軽減され、長期運転時の機器の安定性が向上します。

II. S13 シリーズの主な技術的特徴

特に、「M」は完全に密閉された構造を表しており、これは S13 シリーズの重要な設計上の特徴です。従来の油入変圧器には通常、オイルコンサベータが装備されています。変圧器オイルは空気と相互作用して、温度変動による体積変化に対応します。しかし、長期間の運転中に、空気中の水分や酸素により変圧器油が徐々に劣化し、絶縁性能が損なわれることがあります。

オイルコンサバレーターを廃し、コルゲートタンク自体の伸縮を利用してオイル量の変化を補う完全密閉構造です。これにより、変圧器油が外部大気から隔離され、油の劣化や吸湿のリスクが軽減され、長期運転時の機器の安定性が高まります。

1. 無負荷損失の低減と運用経済性の向上

変圧器の動作中、無負荷時でも鉄心は一定の損失を発生します。これは無負荷損失として知られています。配電変圧器は通常、長期間通電状態にあるため、年間エネルギー消費量を最小限に抑えるには無負荷損失を削減することが重要です。

S13 シリーズは、最適化されたコア材料と製造プロセスにより、S11 シリーズと比較してより低い無負荷損失を実現します。

これらの製品は通常、コアに高品質の冷間圧延方向性珪素鋼板を使用し、磁束損失を最小限に抑えるために最適化されたジョイント構成を採用しています。一部の高性能モデルでは、高透磁率ケイ素鋼を使用して磁気特性をさらに強化しています。

さらに、コアの製造プロセスに45°フルマイタージョイント構造を採用し、磁気回路の磁気抵抗変化を最小限に抑え、動作時の鉄損を低減します。

導体材料に関しては、S13 シリーズは通常、負荷時の抵抗損失を低減し、全体的な動作効率を向上させるために、巻線に高導電率の銅線を使用します。

10kV、500kVA ユニットを例にとると、S13 シリーズは従来の S11 モデルよりも無負荷損失が低いため、長期稼働時のエネルギーの無駄が削減されます。

2. 三次元巻きコア構造の応用

S13シリーズの一部機種は三次元巻鉄心構造（RL型）を採用しており、近年の配電変圧器の構造最適化の大きなトレンドとなっています。

従来の積層コアとは異なり、三次元巻線コアは連続巻線プロセスを通じて形成され、閉じた三相磁気回路を形成します。 3 つのコア リムは 3 次元構成で配置され、よりバランスのとれた 3 相磁気回路を実現します。この構造は次の主要な機能を提供します。

·強化された磁気回路の対称性: 3 相にわたる磁気抵抗は基本的に均一であり、励磁電流の低減に役立ちます。

・無負荷損失の低減： 磁束損失を最小限に抑え、コア利用効率を向上させます。

·動作騒音の低減： 磁歪効果の低減により、より静かでスムーズな動作が得られます。

・高い構造強度： 一体化されたコア構造により機械的安定性が向上します。

3次元巻線コア設計を特徴とする製品は、住宅地や商業ビルなどの厳しい騒音制御要件が求められる場所に明確な利点をもたらします。

3. 動作の信頼性を高める完全密閉構造

完全密閉設計は、S13-M シリーズ変圧器を従来の油浸モデルと区別する重要な特徴です。

従来の油入変圧器は通常、温度による体積変化に対応するために油面が変動するオイルコンサベータ（膨張タンク）構造を採用しています。しかし、長期間の動作中に、空気中の水分、酸素、不純物が油中に侵入し、絶縁油の劣化が促進され、変圧器の絶縁性能が損なわれる可能性があります。

S13-Mシリーズはコルゲートタンクによる完全密閉構造を採用しており、従来のオイルコンサバレーターが不要です。動作温度が変化すると、波形タンク壁が膨張および収縮して​​オイル量の変化を補償し、内部オイルが外部環境から完全に遮断された状態を保ちます。

この構造には、いくつかの重要な利点があります。

·変圧器油と空気との接触を最小限に抑え、油の酸化速度を遅らせます。

·断熱性能を低下させる可能性がある湿気の侵入のリスクを軽減します。

·オイルの補充や交換などの日常的なメンテナンス作業の必要性を軽減します。

●屋外環境や長期間の連続稼働が必要なシナリオに適しています。

農村部の送電網、屋外ボックス型変電所、工業団地配電システムなど、分散した場所やメンテナンスが困難なエリアに設置された配電設備では、完全密閉構造により継続的な運用やメンテナンスの負担が軽減されます。

4. 高い短絡耐量

実際の運転中、配電変圧器は線路故障や外部短絡などの異常状態にさらされることがあります。短絡が発生すると、巻線は大きな電磁力にさらされます。したがって、変圧器の構造設計は十分な機械的強度を備えている必要があります。

S13-M.RLシリーズは三次元巻線コア構造を採用しており、トランスアセンブリ全体の高い剛性を実現しています。通常、巻線は同心の高電圧コイルと低電圧コイルを備えた円筒構造を特徴とし、短絡電流によって生成される軸方向および半径方向の電磁力をより均一に分布させることができます。

一方、内部アセンブリはクランプ、タイロッド、および絶縁支持構造を使用して固定され、全​​体的な機械的安定性が向上し、それによって突然の短絡の衝撃に耐える変圧器の能力が向上します。

変圧器の短絡耐性は、コアの構造だけでなく、巻線の設計、製造プロセス、絶縁材料、およびアセンブリの品質にも依存することに注意してください。したがって、実際のプロジェクト選択の際には、メーカーの型式試験データに基づく包括的な評価を実施する必要があります。

Ⅲ．技術的性能パラメータ

10 kV 三相油入変圧器 S13 シリーズは、一般的な配電システムで一般的に使用される標準容量定格をカバーする幅広い容量範囲を提供します。以下は、S13-M.RL シリーズの典型的なパラメータの一部です。

一般的な技術仕様

S13 シリーズ 10kV 配電変圧器は通常、次の基本的な技術要件を満たしています。

※定格周波数：50Hz

※定格電圧クラス：10kV / 0.4kV

※冷却方式：ONAN（油浸自然冷却）

*絶縁クラス：A種絶縁

※HVタッピング範囲：±5%または±2×2.5%

*ベクトルグループ: Dyn11 または Yyn0

このうち、Dyn11 ベクトル グループは、デルタ結線された巻線により 3 次高調波電流が内部で循環するため、電源システムに対する高調波の影響を軽減できるため、都市配電や産業用負荷アプリケーションで広く使用されています。

IV.エネルギー効率グレードの要件

配電変圧器は長期運用を想定して設計された機器であり、その損失レベルは系統運用コストに直接影響します。したがって、国家規格では、変圧器のエネルギー効率指標に対する明確な要件が定められています。標準最小許容値 電力変圧器のエネルギー効率およびエネルギー効率グレードの (GB 20052-2020) によると、S13 シリーズの損失指標は関連するエネルギー効率要件を満たしており、現在の市場で広く使用されている省エネ配電変圧器となっています。

GB 20052 規格が更新されたことに注意してください。 GB 20052-2024 は 2025 年 2 月 1 日に発効します。以前のバージョンを基礎として、太陽光発電 (PV)、風力発電、エネルギー貯蔵システム用の機器など、新しいエネルギー応用シナリオにおける変圧器のエネルギー効率要件をさらに洗練させています。

標準 10kV 配電プロジェクトの場合、S13 シリーズは従来の省エネのニーズに対応します。ただし、グリーンビルディング、大規模データセンター、新エネルギー発電所など、エネルギー消費要件がより厳しいプロジェクトの場合は、投資予算と運用ライフサイクルに応じて、より高いエネルギー効率グレードの製品 (S20 または S22 シリーズなど) が検討される場合があります。

V. アプリケーションシナリオ

S13 シリーズ三相油入変圧器は、主に定格 10kV 以下の 50Hz AC 配電システムで使用されます。これらは、高い動作信頼性、低損失レベル、およびメンテナンスの容易さを必要とするアプリケーションに適しています。

新エネルギープロジェクトでは、変圧器のより複雑な動作条件が必要となることが多いことに注意してください。容量と損失の指標に加えて、高調波レベル、負荷変動、送電網接続要件などの要素を考慮する必要があります。したがって、太陽光発電やエネルギー貯蔵などの用途では、プロジェクト固有の技術要件に基づいて適切な製品を選択する必要があります。 VI.経済比較分析: S13 シリーズと S11 シリーズ

配電変圧器を選択する場合、S13 シリーズと S11 シリーズのどちらを選択するかは、初期の購入価格だけでなく、長期的なエネルギー損失と保守コストの総合的な評価にも依存します。

S13シリーズは、S11シリーズと比較して、コア材料と製造プロセスの最適化により、無負荷損失および負荷損失のさらなる低減を実現しています。配電変圧器は通常、長期間にわたって連続的に動作するため、無負荷損失は低負荷状態でも持続します。したがって、これらの損失を最小限に抑えることは、機器のライフサイクルの経済効率を高める上で実質的に重要です。

10kV、500kVA の変圧器を例として、次の表は、年間稼働時間 8,000 時間、電気料金 0.8 RMB/kWh の仮定に基づいて 2 つの製品の運用コストを比較しています。

上記の計算は、長期の動作条件下で、S13 シリーズがエネルギー損失を最小限に抑えて電気コストを削減することを示しています。稼働時間の延長と安定した負荷を伴うプロジェクトの場合、通常、エネルギー効率による節約により、時間の経過とともに初期投資の増加を相殺できます。

実際の回収期間は、機器の購入価格、地域の電気料金、負荷率、稼働期間などの要因によって異なることに注意してください。したがって、選択プロセスでは、特定の動作条件に基づいて総合的に評価することをお勧めします。

よくある質問 (FAQ)

Q1: S13 シリーズと S11 シリーズの主な違いは何ですか?

S11 シリーズに対する S13 シリーズの主な改善点は、損失制御にあります。 S13シリーズは、コア材料と製造プロセスを最適化することにより、無負荷損失をさらに低減し、長期稼働時の経済性を向上させます。具体的な損失低減率は、製品の容量、構造設計、メーカーの技術仕様によって異なります。

Q2: S13-MとS13-M.RLの違いは何ですか?

S13-Mは完全密閉構造を特徴としています。最大の特徴は、オイルコンサベータを廃止し、変圧器油を外気から隔離していることです。

これに基づいて、S13-M.RL には 3D 巻きコア構造が組み込まれています。この設計により磁気回路が最適化され、構造の安定性を高めながら損失と動作ノイズをさらに低減します。

Q3: S13 シリーズはどのエネルギー効率基準を満たしていますか?

S13 シリーズは、「電力変圧器のエネルギー効率の最小許容値とエネルギー効率グレード」に規定されている要件に準拠しています。GB 20052-2024 規格の実装により、配電変圧器のエネルギー効率要件が引き上げられました。したがって、特定のプロジェクト要件に基づいて、適切なエネルギー効率グレードの製品を選択する必要があります。

Q4: S13 シリーズは主にどのような用途に使用されますか?

S13 シリーズは主に、都市および地方の送電網、集合住宅、商業ビル、産業企業、および新エネルギーの特定の支援プロジェクトなど、定格 10 kV 以下の配電システムで使用されます。

Q5: 完全密閉変圧器は完全にメンテナンスフリーですか?

完全密閉構造により、変圧器油と空気との接触が最小限に抑えられるため、油の劣化や吸湿のリスクが軽減され、日常メンテナンスの負担が軽減されます。ただし、安全で長期的な動作を保証するために、機器は関連規格に従った定期的な検査と定期テストを必要とします。