ちょっと、そこ！乾式変圧器のサプライヤーとして、私は突入電流に伴う課題を直接見てきました。突入電流とは、トランスに初めて通電したときに、トランスに流れる突然の大電流のことです。これは非常に頭の痛い問題であり、ヒューズが切れたり、ブレーカーが落ちたり、変圧器自体が損傷したりするなど、あらゆる種類の問題を引き起こす可能性があります。しかし、心配しないでください。ここでは、その厄介な突入電流を制限する方法に関するヒントをいくつか紹介します。
突入電流について
解決策に入る前に、突入電流の原因を簡単に見てみましょう。乾式変圧器の電源を初めて投入するとき、変圧器の磁気コアは最初は磁化されていません。電圧が印加されると、コア内の磁場が蓄積され始めます。この磁界の急速な変化により、変圧器の一次巻線に大電流が誘導されます。この電流は変圧器の通常の動作電流よりも数倍大きくなり、数ミリ秒から数秒続くことがあります。
突入電流の大きさは、変圧器のサイズ、変圧器に接続されている負荷の種類、変圧器が通電される電圧波形上の点など、いくつかの要因によって決まります。たとえば、変圧器が電圧波形のピークで通電される場合、突入電流は、ゼロクロス点で通電される場合よりも高くなります。
突入電流を制限する方法
1. 事前磁化
突入電流を制限する効果的な方法の 1 つは、事前磁化です。この方法では、完全な動作電圧が印加される前に、変圧器に低電圧の DC または AC 電圧を印加します。事前磁化はトランスのコアを磁化するのに役立ち、全電圧が印加されたときの磁場の突然の変化を軽減します。その結果、突入電流が大幅に低減されます。
たとえば、小型の補助電源を使用して、磁化前電圧を供給できます。この電源は、主電源がオンになる前の短時間、たとえば数秒間、変圧器の一次巻線に接続できます。
2. ソフトスタート
ソフトスタートも一般的な方法です。変圧器に一度に全電圧を印加するのではなく、時間をかけて徐々に電圧を上げていきます。これは、ソリッドステート ソフトスターターまたは単巻変圧器を使用して実現できます。
ソリッドステート ソフトスターターは、サイリスタまたはその他の半導体デバイスを使用して、変圧器に印加される電圧を制御します。サイリスタの点火角度を調整することで、変圧器に到達する電圧の量を制御できます。電圧が徐々に上昇すると、突入電流が制限されます。
一方、単巻変圧器には複数のタップがあり、異なる電圧レベルを選択できます。低い電圧のタップから始めて、変圧器のコアが磁化されるにつれて高い電圧のタップに切り替えることができます。
3. 突入電流制限デバイスの使用
市場では、特殊な突入電流制限デバイスも入手可能です。これらのデバイスは、変圧器の初期通電中に高インピーダンス経路を提供し、突入電流が静まるとインピーダンスを下げることによって突入電流を制限するように設計されています。
突入電流制限デバイスの一般的なタイプの 1 つはサーミスターです。サーミスタは、温度によって抵抗値が変化する抵抗器です。変圧器に初めて通電すると、サーミスタの抵抗が高く、突入電流が制限されます。サーミスタに電流が流れるとサーミスタが加熱し、抵抗が減少して、変圧器に通常の電流が流れるようになります。
4. 同期スイッチング
同期スイッチングでは、電圧波形の最適な点でトランスに通電します。前述したように、電圧波形のゼロクロス点で変圧器に通電すると、突入電流を大幅に減らすことができます。
最新の開閉装置には、電圧波形を検出し、回路ブレーカーが閉じるタイミングをゼロクロス点と一致させる同期技術が装備されています。これにより、変圧器が最も有利なタイミングで通電され、突入電流が最小限に抑えられます。
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結論
突入電流は乾式変圧器を扱うときによくある問題ですが、それほど頭の痛い問題ではありません。突入電流の原因を理解し、それを制限するための適切な方法を実装することで、変圧器の信頼性の高い動作を保証し、高価な損傷を回避することができます。
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参考文献
- 「変圧器エンジニアリング: 設計、技術、および診断」JC Das 著
- 「電力システムの解析と設計」J. Duncan Glover、Mulukutla S. Sarma、Thomas J. Overbye 著
