三相変圧器のサイズ

電力ネットワークの基盤となる三相変圧器は、昇圧送電、降圧配電、電気的絶縁など、さまざまな用途に使用されます。三相変圧器のサイズは、初期投資と運用性能の両方において非常に重要です。電圧要件に合った変圧器のサイズをどのように選択すればよいのでしょうか？この記事では、変圧器サイズの重要性と影響要因について解説し、安全性、効率性、コストのバランスが取れた適切な変圧器サイズを選択できるようお手伝いします。.

三相変圧器とは何ですか？

三相変圧器は、電磁誘導の原理を利用して、同じ周波数で、通常は異なる電圧レベルの三相交流電力を送電および分配する静止型電気機器である。.

三相変圧器は主にいくつかの主要システムで構成されています。磁気回路システム、電気回路システム、絶縁冷却システム、保護監視システム、構造部品およびケーシングです。これらはそれぞれ効率的な磁気経路を提供し、電気エネルギーの入力、出力、電圧変換を実現し、電気絶縁と放熱を検証し、安全な動作と状態制御を保証します。 変圧器, 機械的支持、保護、および電気的接続を実現する。.

システム間の精密な連携により、三相変圧器は効率的で信頼性が高く柔軟な電力変換と送電を実現し、現代の電力ネットワークの基盤を形成しています。共通のコア磁気回路を介して、三相電源からの3つの電圧を別の三相システムに効率的に変換できます。発電、送電、配電に至るまで、現代の電力システムにおいて不可欠な重要な機器となっています。.

三相変圧器のサイズ

一般的に、小型三相変圧器のサイズは、定格容量（KVA）によって分類されます。しかし、この分類は絶対的なものではありません。使用方法や冷却方式によっても分類が変わる場合があります。以下では、一般的な理解と典型的な使用例に基づき、三相変圧器の3つのタイプについて説明します。.

小型三相変圧器

標準評価小型三相変圧器の定格容量は通常10kVAから500kVAの間です。代表的な変圧器のkVAサイズには、15kVA、30kVA、50kVA、100kVA、250kVA、500kVAなどがあります。.

特徴小型三相変圧器は、小型化とコンパクトな構造を追求した設計で、プラットフォームや屋内配電室への設置に適しています。標準的な三相変圧器のサイズ設計により、製造コストも抑えられます。冷却方式は、主にONAN（油入式）、AN、またはAF（乾式）です。.

一般的な用途これらのサイズの三相変圧器は、一般的に小型産業機器、商業施設、および建物の特定エリアに独立した安全な電力供給を行うために使用されます。.

中型三相変圧器

標準評価中型三相変圧器の定格容量は通常500kVAから10MVA（10,000kVA）の範囲内です。一般的な変圧器のkVAサイズは、750kVA、1MVA、2.5MVA、5MVA、7.5MVA、および10MVAのみです。.

特徴中型三相変圧器は、コスト、効率、信頼性の最適なバランスを実現できるため、技術的に最も成熟しており、最も広く使用されているカテゴリーでもあります。.

負荷率や環境条件に応じて、中型三相変圧器は通常、ONAN（油冷式自然空冷）やONAF（油冷式自然空冷強制）などの油冷式冷却方式を採用します。乾式三相変圧器では、AF方式がよく採用されます。このタイプの変圧器は、サイズに関しても高度なカスタマイズ要件を満たすことができます。.

一般的な用途: 中型変圧器 地域配電・送電拠点での使用はもちろん、大規模商業施設の配電室や工業プラントの主要配電変電所への設置も可能です。.

大型三相変圧器

標準評価大型三相変圧器は通常10MVA以上で、最大で1000MVAを超えるものもあります。一般的な変圧器のkVAサイズは、20MVA、50MVA、100MVA、250MVAです。.

特徴大型三相変圧器の製造技術はより複雑であり、ほぼすべてが特注品となる。.

中でも、絶縁設計は製造上の難題であり、変圧器は高出力送電によって発生する熱に対抗するために強制冷却方式を採用する必要がある。.

超高出力伝送と強力な冷却を実現するには、必然的に巨大な物理的寸法と重量が必要となり、極めて高い効率も求められる。.

一般的な用途大型三相変圧器は、火力発電所、水力発電所、原子力発電所の主変圧器として使用できます。また、超高圧変電所や極超高圧変電所の主変圧器として、あるいは大規模再生可能エネルギー基地の集電・昇圧変電所としても使用できます。.

三相変圧器のサイズ選定方法

三相変圧器の選定とは、負荷に安全に電力を供給できるkVA/MVA定格と電圧定格を選択することを意味します。.

負荷電力を決定する

負荷電力の決定は、最も基本的かつ重要なステップです。このステップでは、有効電力（kW）ではなく、すべての負荷機器が必要とする総皮相電力（kVA）を計算する必要があります。.

まず、変圧器が供給するすべての負荷をリストアップする必要があります。これらの負荷の主要パラメータには、定格電力（kW）と力率（PF）が含まれます。次に、各負荷の電力をkVAに変換する必要があります。三相負荷の場合は、負荷（kVA）＝負荷の有効電力（kW）／力率（PF）という式を使用できます。.

すべての機器が同時にフル稼働しているわけではないことに留意してください。そのため、業界標準または実際の運用経験に基づいて1未満の需要率を選択し、それを総接続負荷に乗じる必要があります。最後に、すべての負荷のkVA値を合計して、現在の運転に必要な最小kVA値を算出します。.

将来の成長と利益率を追加する

変圧器は長期資産であるため、100%の全負荷で長時間運転すると、耐用年数が短くなり、損失が増加する可能性があります。したがって、安全な運転のために一定の余裕を持たせる必要があり、通常は10%から15%の範囲で余裕を持たせます。.

三相変圧器の長期的な発展についても考慮する必要があります。企業計画やプロジェクト計画に基づき、今後数年間の負荷増加の可能性を予測してください。一般的に、将来の余裕容量の増加は、約20%から30%程度になると予想されます。.

したがって、総容量要件kVAを計算できます。kVA = 現在の運転需要 * (1 + 将来の成長率 % + 安全マージン %)

一次電圧と二次電圧を選択してください

この段階では、電源と負荷に応じて電圧を選択する必要があります。一次側の入力高電圧は通常、電力供給網によって決定されます。北米の一般的な電圧は12.47kV、4.16kVなど、中国の一般的な電圧は10kV、35kV、110kVなどです。.

二次電圧、つまり低出力電圧は、通常、工場や建物内の電気機器によって決まります。ヨーロッパと中国の一般的な規格は400V/230Vですが、北米では480V/277Vと208V/120Vとなっています。さらに、変圧器にタップチェンジャーが装備されているかどうかも確認する必要があります。タップチェンジャーがあれば、系統電圧の変動に適切に対応できます。.

全負荷電流を計算する

全負荷電流を計算することで、スイッチ、ケーブル、校正機器をより適切に保護できます。通常、次の式が使用されます。全負荷電流（アンペア）=kVA*1000/(電圧（ボルト）*√3)。.

√3は通常1.732の値をとることに注意してください。また、一次側と二次側の電流をそれぞれ計算し、計算結果に基づいて各側の適切なデバイスを選択する必要があります。.

変圧器接続を選択してください

電圧供給量と高調波抑制に影響するため、適切な巻線構成を選択する必要があります。以下に、一般的な巻線構成を示します。.

 

繋がり	プライマリー/ハイサイド	セカンダリー/ローサイド	主な特徴と用途
デルタ-Y（Δ-Y）	デルタ	ワイ	最も一般的に使用されている接続方式です。二次側は、単相負荷および三相モータに対して安定した中性点を提供できます。この接続方式は、第3高調波を抑制するのに役立ち、現代の配電システムに適しています。.
デルタデルタ(Δ-Δ)	デルタ	デルタ	大型モーターや整流器などの純粋な三相産業用負荷に使用されます。第3高調波循環電流の問題はありませんが、中性点はありません。.
ワイワイ（YY）	ワイ	ワイ	古い産業システムでよく使用されます。三相不平衡負荷や中性点変動に敏感です。三相電力負荷が支配的で、単相負荷が小さく平衡している場合に適しています。.
スターデルタ（Y-Δ）	ワイ	デルタ	変電所などで一般的に使用される降圧変圧器は、高電圧を中電圧に降圧します。二次側には中性点がありません。.

 

注記産業用および商業用建物の電力配電の大部分において、デルタ-スター（Δ-Y）接続グループが推奨される構成です。.

標準変圧器定格を選択してください

変圧器は標準容量シリーズに基づいて製造する必要があり、容量を任意にカスタマイズすることはできません。一般的には、お客様の容量要件に最も近い標準三相変圧器のサイズをお選びください。.

IEC規格シリーズ（kVA）によると、75 kVA、100 kVA、125 kVA、160 kVA、200 kVA、250 kVA、315 kVA、400 kVA、500 kVA、630 kVA、800 kVA、1000 kVAなどがあります。例えば、必要な容量が145.6 kVAの場合、より大きく、かつ近い規格の変圧器を探す必要があります。したがって、最終的にはIEC規格に準拠した160 kVAの変圧器を選択することができます。.

最後に、電気機器を保護するために、最終的に選択した定格容量に基づいて、変圧器の定格全負荷電流を再計算する必要があります。.

この方法に基づいて、技術的に合理的かつ経済的に最適な三相変圧器のサイズを算出できます。さらに、国および地域の電気設計基準を遵守する必要があります。最終的な確認と承認は、専門の電気技術者に依頼することをお勧めします。.

三相変圧器のサイズに影響を与える要因は何ですか？

総負荷

これは変圧器のサイズを決定する最も直接的な要因です。負荷が増加すると、鉄心と巻線の断面積も増加します。容量（kVA）がほぼ倍増するごとに、変圧器のサイズと重量は元のサイズの約2倍になります。.

力率

力率が低いということは、同じ有効電力（kW）を得るために、システムがより多くの電流（kVA）を送電する必要があることを意味します。力率が低い場合、より大きな容量の変圧器と、より大きな巻線断面積が必要になります。これは変圧器のサイズにも影響します。.

負荷タイプ

変圧器の定格容量は、線形負荷のkVA需要に基づいて直接決定できます。しかし、非線形負荷によって発生する高調波電流に対しては、通常、変圧器には特別な設計が必要です。.

例えば、容量を減らすとサイズが大きくなり、損失を低減した巻線構造を使用したり、専用の高調波シールド群を使用したりすると、物理的なサイズと製造コストが増加する。.

電圧と電流レベル

一次側の電圧が高いほど、絶縁距離の必要量が大きくなります。これは、絶縁層の厚みの増加、巻線の寸法の拡大、沿面距離の増加などにつながります。二次側の電流が大きいほど、必要な導体の断面積が大きくなります。.

将来の拡張

将来の拡張余地により、鉄心、巻線、冷却システムの規模が拡大する。これにより、変圧器は軽負荷運転となり、運転効率と経済性が低下する。.

デザインと素材

コア材の種類によって、コアの断面積と重量は大きく変化します。シリコン鋼板を使用すると、同じ容量でもコアの断面積と重量を削減できます。.

巻線の材質によっても、巻線のサイズや製造コストは異なります。一般的に、銅は導電率が高く、巻線は小さくなります。.

耐熱性が高いほど、変圧器はより大きな負荷電流に対応でき、コンパクトな設計が可能になります。.

適切な三相変圧器のサイズを選ぶには？

適切な三相変圧器は、電力システムの信頼性、経済性、そして長期的な運用効率を左右します。これは、あなたにとって体系的なプロジェクトとなるでしょう。.

電気容量の正確な計算

三相変圧器が電力を供給する必要のある負荷機器をすべてリストアップする必要があります。また、各機器の定格電力や力率などの主要なパラメータも記録する必要があります。.

適切な必要係数は、国家規格を参照するか、経験豊富なエンジニアや業界専門家に相談して見つける必要があります。そして、同時係数に基づいて、システム全体の最大総合負荷と各サブシステムの最大需要の合計との比率を計算してください。.

最後に、有効電力は、有効電力（kW）=Σ（機器の設置電力×必要係数）×同時係数という式に基づいて計算されます。次に、必要容量kVA=kW/平均力率を計算します。.

前述のとおり、必要な容量を計算するだけでは不十分です。機器の安全性と長期的な運用を確保するためには、将来的な余裕と変圧器の最適な負荷率も考慮する必要があります。.

機器の消費電力を単純に合計するのは避けてください。変圧器のサイズ選定を誤ると、投資コスト、無負荷損失、そして経済性に悪影響を及ぼします。.

適切な三相変圧器の技術タイプの選定

三相変圧器は、一般的に油入式と乾式の2種類に分類されます。乾式三相変圧器は、火災安全性が高く、メンテナンスが不要です。一方、油入式三相変圧器は、過負荷容量が大きく、騒音も低くなっています。.

例えば、高層ビル、地下施設、人口密集地域、防火・防爆対策が求められる場所などでは、乾式変圧器が用いられます。安全上の理由から、このような場合は乾式変圧器を選択する必要があります。屋外変電所やコスト重視の産業プロジェクトでは、油入変圧器の使用も検討できます。.

総じて言えば、これは主にインストール環境、セキュリティ基準、およびメンテナンス要件によって決まります。.

適切な冷却方法の選択

三相変圧器のサイズと動作特性を最適化したい場合、冷却方法の選択も特に重要になります。.

IEC規格によれば、油入変圧器の冷却方法はONAN、ONAF、およびOFAFに分類される。.

オナンシンプルで静音性に優れ、メンテナンスも不要です。ただし、放熱効率が低いため、小型から中型の変圧器に適しています。.

ONAF放熱能力が高く、変圧器の設計もよりコンパクトです。サイズ、容量、コストのバランスが取れた主流の選択肢であり、中型から大型の変圧器に最適です。.

OFAF放熱効率は最高レベルですが、構造が複雑でメンテナンス要件も高いです。大型および超大型変圧器に適しています。.

乾式変圧器の冷却方法は、AN方式とAF方式に分類される。.

アン静音性に優れていますが、冷却能力は限られています。中規模定格で低負荷の屋内環境に適しています。.

AF本体サイズを小型化しながら、より大きな変圧器容量（kVA）を実現できます。屋内スペースの節約に最適な選択肢です。.

適切な輸送ルートと設置スペースの確保

電気仕様を選択するだけでなく、輸送ルートを徹底的に調査し、専用の輸送計画を作成する必要もあります。.

変圧器のサイズに基づいて、設置スペースの適切な計画を立てる必要があります。IECまたはISO規格に従って、保守通路、換気距離、および電気的安全距離のための十分なスペースを確保してください。.

建物の構造が変圧器の重量に耐えられることを確認してください。また、ケーブルの引き込み・引き出し方法を決定し、必要なスペースを確保する必要があります。.

総合評価と分析

最後に、初期費用、運転費用、保守費用などを含めた総所有コスト分析を自社の状況に基づいて行う必要があります。さらに、製造業者の資格や変圧器コア部品の品質に関する信頼性評価も実施する必要があります。.

お住まいの地域に厳しい環境規制がある場合は、その製品が地域の義務的なエネルギー効率基準および環境要件を満たしているかどうかを確認する必要があります。.

よくある質問

三相変圧器のサイズがなぜそれほど重要なのか？

変圧器の物理的なサイズは、スムーズな設置を左右します。変圧器のサイズ（kVA）は、調達コストと運用上の安全性に大きく影響します。適切なサイズを選択することで、変圧器が最適な負荷率で効率的かつ確実に動作することが保証されます。また、上流側および下流側のケーブル、スイッチ、保護装置の選定にも影響し、電力供給システム全体の安定稼働の基盤となります。.

変圧器のサイズが大きいほど、必ずしも安全になるのでしょうか？

必ずしもそうとは限りません。サイズが大きすぎると短絡電流が増加し、 サーキットブレーカー そして保護装置も重要です。機器の性能が一致しない場合、故障時に電流を適時に遮断できず、より深刻な事故につながる可能性があります。安全性は物理的な大きさではなく、容量の適合性と保護の完全性にかかっています。.

アモルファス合金トランスはなぜ大型で高価なのか？

大型化の理由は、磁気飽和密度が比較的低いことにある。そのため、同じ磁束を得るには鉄心の断面積を大きくする必要があり、結果として体積と重量が増加する。高価格は、材料費の高さ、加工の難しさ、そして省エネルギー効果による価格上昇に起因する。年間を通して連続運転を行い、長期的な省電力を重視する用途に適している。.

最後に

KDMは、高品質な電気エンクロージャーを提供するカスタムメーカーです。当社の製品はすべて、最高級の素材と高度な加工技術を用いて製造されています。また、エンクロージャーの安全性と信頼性を保証するために、複数の認証を取得しています。カスタマイズのご要望がございましたら、お気軽にお問い合わせください。 お問い合わせ. 迅速に対応し、お客様にご満足いただけるカスタマイズされたソリューションをご提供いたします。.