完全密閉型配電変圧器とは

住宅地、商業センター、工業団地など、現代の配電ネットワークでは、伝統的な「大きな油枕」、つまり完全に密閉された配電変圧器を持たない、丸い形をした一種の電力設備を見ることができます。独自の密閉構造とメンテナンス不要の特性により、従来の開放型油入変圧器に徐々に取って代わり、都市および地方の電力網アップグレードの主流の選択肢となりつつあります。

I. 完全密閉型配電変圧器とは何ですか?

全密閉配電変圧器は、油タンクが完全に溶接され密閉された油入変圧器です。従来の変圧器との外観上の最大の違いは、防油剤（油枕）と吸湿剤（呼吸器）が廃止されていることです。ボックスカバーとボックスエッジは通常、溶接または永久シール構造を採用し、内部の変圧器油を外部環境の大気から完全に隔離します。

負荷変化や温度上昇による油量の膨張・収縮を、波形のオイルタンク壁や膨張ラジエーターの弾性伸縮により自動的に補正し、安定した内圧を保ちながら空気や水分の侵入を完全に遮断します。

II.核となる技術原則

1. シール構造

• 燃料タンクシール

全密閉型配電変圧器の油タンクシールは同社のコア技術の一つであり、主に高性能シール材と高度なシールプロセスの使用によって実現されています。変圧器の中核となる耐荷重コンポーネントであるオイル タンクのシール性能は、機器の保護機能と長期的な動作信頼性に直接影響します。通常、燃料タンクはゴムガスケットや金属ガスケットと高力ボルトで密閉され、燃料タンク内が外部環境から完全に隔離されています。このシール方式により、タンク内部への湿気、塵埃等の腐食性媒体の侵入を効果的に防止できるだけでなく、変圧器油温の上昇による内圧変化がタンク構造に及ぼす影響をある程度緩和することができます。また、シール材の選定も重要であり、耐油性、耐高温性、耐老化性などを総合的に考慮する必要があります。例えば、ニトリルゴムは耐油性と機械的強度に優れているため、全密閉型配電変圧器の油タンクシールに広く使用されています。研究によると、合理的なタンクの密閉設計により、変圧器の保護レベルが大幅に向上し、外部環境要因によって引き起こされる故障率が低減されることがわかっています。

・接続部分のシール

オイルタンクのシールに加えて、変圧器の各接続部分のシール対策も全体のシール性能に決定的な役割を果たします。全密閉型配電変圧器の接続部品には主にブッシュ、タップ切替器、冷却装置などが含まれます。これらの部品は運転中の振動や温度変化などにより密閉不良を引き起こす可能性があります。このため、接続部のシール信頼性を確保するために、通常は高強度ファスナーを組み合わせた多層シール構造が採用されています。例えば、ケーシングとオイルタンクとの接続部には、シール効果を高めるために「O」型のシールリングや金属製のフランジが使用されることが多い。タップ切換器などの可動部品には、動作中のわずかな変位に適応する動的シール設計が必要です。さらに、接続部品のシール材には、複雑な使用環境に対応するため、優れた弾性と耐食性が必要です。研究によると、接続部品の科学的かつ合理的なシール設計は、変圧器全体のシール性能を向上させるだけでなく、油漏れなどの一般的な故障の可能性を効果的に低減できることが指摘されています。

2. 断熱システム

・断熱材の選択

完全密閉型配電変圧器の絶縁システムは、その電気的性能を保証する核心であり、絶縁材料の選択は、その絶縁性能と動作信頼性に直接影響します。実用的に一般的に使用される絶縁材料には、主に鉱物油含浸紙、エポキシ樹脂、ポリエステルフィルムなどがあります。これらの材料にはそれぞれ独自の特徴があり、さまざまな作業シナリオに適しています。たとえば、鉱物油を含浸させた紙は、その優れた絶縁特性と熱安定性により、従来の配電変圧器の絶縁システムに広く使用されています。一方、エポキシ樹脂は優れた機械的強度と耐薬品性に​​より、乾式変圧器において重要な役割を果たしています。完全に密閉された配電変圧器の場合、絶縁材料の選択では、湿度、温度変化範囲、負荷条件などの作業環境の特性を考慮する必要があります。さらに、環境保護要件がますます厳しくなるにつれて、ハロゲンフリーや低煙ハロゲンフリーなど、環境に優しい新しい断熱材が徐々に研究の注目を集めています。研究によると、絶縁材料を合理的に選択すると、変圧器の絶縁性能が向上するだけでなく、耐用年数が延長され、メンテナンスコストが削減されることがわかりました。

・断熱構造設計

絶縁構造の設計は、完全密閉型配電変圧器の絶縁システムの重要な部分です。その合理的なレイアウトと科学的な設計は、変圧器の電気的性能と動作の安全性に直接関係しています。実際のアプリケーションでは、絶縁構造は通常、異なる電位を持つコンポーネント間を効率的に絶縁するために層状の設計を採用します。たとえば、電気絶縁強度を高めるために、巻線とコアの間に複数の絶縁紙が配置されます。同時に、絶縁隔壁を使用して高圧巻線と低圧巻線を分離し、部分放電の発生を防ぎます。さらに、絶縁構造の設計では、複雑な動作条件下での安定性を確保するために、動作中に変圧器が直面する可能性のある熱応力と機械的応力も十分に考慮する必要があります。研究によると、絶縁構造設計を最適化すると、変圧器の絶縁性能が向上するだけでなく、絶縁不良による故障率も効果的に低減できることがわかりました。特に高地では、空気が薄いため、耐電圧が低下するため、特殊な環境での動作要件を満たすように絶縁構造の設計を特別に調整する必要があります。

3. 放熱メカニズム

• 自然放熱

完全密閉型配電変圧器の放熱機構は、正常な動作を保証する重要な要素です。自然放熱方式は、簡単で信頼性の高い特性のため、中小型の変圧器に広く使用されています。自然放熱は、主に変圧器タンクの表面での熱放射と対流に依存し、内部で発生した熱を周囲環境に伝達します。具体的には、変圧器の運転時に巻線や鉄心が発生した熱は、まず熱伝導によって油タンクの内壁に伝わり、油タンク表面での熱放射や空気の対流によって周囲環境に放散されます。自然放熱効率を向上させるために、通常、燃料タンクの表面にはヒートシンクや波形構造が設けられ、放熱面積を増やし、対流伝熱効果を高めている。また、ヒートシンクの設計では、最適な放熱性能を実現するために、材料の熱伝導率、形状係数、配置などを総合的に考慮する必要があります。研究によると、合理的な自然放熱設計は、定格負荷下での変圧器の安全な動作を保証するだけでなく、耐用年数を効果的に延長できることがわかっています。

• 強制冷却 (存在する場合)

大容量または高負荷で動作する完全に密閉された配電変圧器の場合、自然放熱だけでは放熱のニーズを満たすことができない場合があります。この場合、放熱能力を高めるために強制放熱方法を導入する必要があります。強制放熱は通常、ファンやオイル ポンプなどの補助装置によって実現され、冷却媒体 (空気や変圧器オイルなど) の強制循環を使用して熱の伝達と放散が促進されます。たとえば、一部の高負荷アプリケーション シナリオでは、空冷ラジエーターを使用してファンを通る空気流を駆動し、放熱効率を大幅に向上させることができます。超大型の変圧器では、高温の油を冷却のためにオイル ポンプを介して外部冷却器に輸送し、その後変圧器に戻すために、強制油循環冷却システムがよく使用されます。強制冷却方式は放熱能力が高く、応答速度が速いという利点がありますが、エネルギー消費量が多く、メンテナンスが煩雑であるという欠点もあります。したがって、実際の使用では、放熱性能と経済性のバランスを考慮して、変圧器の容量、使用環境、負荷特性に基づいて合理的な選択を行う必要があります。

Ⅲ．従来の変圧器と比較した主な利点

• 寿命の大幅な延長：酸素や水分が侵入できないため、絶縁油の劣化速度が50％以上減少し、紙絶縁材の劣化も遅くなり、設計寿命は20～30年に達します。
• 真のメンテナンスフリー: 稼働中は、定期的なコア検査、呼吸用保護具の乾燥剤の交換、オイルやフィルター オイルの補充の必要がなく、外部検査のみが必要であり、運用およびメンテナンスのコストが 60% 以上削減されます。特に、交通が不便な場所や人のいない場所への設置に適しています。
• 高い信頼性と環境適応性：保護レベルはIP67に達し、粉塵、塩水噴霧、湿気、海岸の腐食環境に耐えることができ、短時間の水に浸しても動作することができます。同時に、オイルコンサバレータがないため、占有面積が小さくなり、短絡に対する機械的強度が高くなります。
• 安全性と環境保護: 油は空気から隔離されているため、油の酸化によるスラッジや火災の危険が軽減され、油による外部環境の汚染も防止されます。

IV.制限事項と注意事項

• イニシャルコストが若干高くなります。波形オイルタンクの生産ラインや弾性板技術が複雑で、同容量の通常の変圧器に比べてコストが15～20％程度高くなりますが、トータルライフサイクルコスト（TCO）の観点からは費用対効果が高い場合が多いです。
• メンテナンスは困難です。溶接漏れが発生すると、現場でボルト接続のように簡単に締めることは難しく、通常は修理のために工場に戻す必要があります。また、一部のモデルには外部の透明なオイルレベルゲージがないため、オイルレベルを検出するにはプローブロッドが必要であり、監視は従来のものほど直感的ではありません。
• 運転前の点検事項：設置および運転前に、圧力開放弁の輸送用固定圧力板（シールピン）を必ず外してください。内圧異常時に圧力が開放できなくなり、タンクが変形する恐れがあります。

V. 主なアプリケーションシナリオ

完全密閉型配電変圧器は以下の分野で広く使用されています。

• 都市および住宅配電ネットワーク: 住宅地、商業施設、地下配電室 (高い防湿要件)。
• 過酷な環境地域: 沿岸塩水噴霧地域、化学工業団地、鉱山、高地および高湿度地域。
• 新エネルギーと郊外：太陽光発電/風力発電所、地方の電力網転換、山岳地帯の配電変圧器（メンテナンスが不便な場所）。
• ボックス型変電所：コアユニットを内蔵することで省スペース化と全体の密閉性の向上を実現します。

S20、SH15 などのアモルファス合金や高効率ケイ素鋼板製品の普及により、完全密閉型配電変圧器は、省エネと消費量削減 (「デュアル カーボン」バックグラウンド) およびインテリジェントな運用とメンテナンスの二重の推進によって、配電ネットワークにおいてより安定した安心の「見えない守護者」になりつつあります。