電力ネットワークの基礎の 1 つである変圧器は、さまざまな電圧レベルで効率的に電力を分配および伝送できるように設計された重要なコンポーネントです。通常、変圧器は定格容量以下で動作するように作られていますが、一時的に過負荷状態で動作しなければならない場合があります。設計された過負荷容量の範囲内で動作する限り、問題が発生する可能性はほとんどありません。過負荷がユニットの定格を超えると、当然のことながら、その状態と耐用年数に悪影響を与える悪影響が生じます。

これらのさまざまな影響とは何か、またそれらが変圧器の健康状態をどのように低下​​させるのかについて詳しく説明します。

変圧器の過負荷とは何ですか?

過負荷は、変圧器の負荷が銘板の定格を超えると発生します。つまり、設計仕様を超える電流および/または電圧がかかることになります。過負荷になると常に変圧器の動作温度が上昇し、その結果あらゆる種類の摩耗が加速され、最終的にユニットの耐用年数が短くなります。また、モーターとは異なり、電気モーターが巻き戻す、頻繁に過負荷がかかる変圧器は簡単に修理できない場合があり、多くの場合完全な交換が必要になります。

このような過負荷状態は、送電線や施設で意図的に変圧器に過負荷をかけることを選択した場合など、さまざまな理由で発生する可能性があります。後者の場合は、多くの場合、信頼性または経済的な理由から生じます。つまり、前述した不測の事態のシナリオを軽減し、停電を防止したり、顧客の負荷需要を維持したりするための時間を稼ぐためです。このような事態が発生した場合、変圧器の寿命を 25% ～ 50% 長く使用するよう促すことは、必要な犠牲と考えられます。

あるいは、電力システムの他の領域の故障または障害によって引き起こされる可能性もあります。これらのシステムは本質的に複雑であるため、どれほど適切に設計されているかに関係なく、障害のリスクが常に存在します。ここで、識別するための保護具が登場します。変圧器の故障そして、障害のある要素をシステムの残りの部分から隔離します。その結果、電力潮流は確立された負荷需要を満たすための新しい方法を模索し、そのような経路に配置された変圧器ユニットは過負荷状態に陥る危険性があります。

過負荷の主な結果

1. 過熱

定格容量を超えて動作する変圧器では、巻線に多くの電流が流れ、その結果、温度が大幅に上昇します。発生した余分な熱は、断熱材などのユニットのさまざまなコンポーネントに損傷を与え、劣化や劣化を加速させ、最終的に全体のパフォーマンスを低下させ、最終的には故障を引き起こします。さらに、高温も影響します。変圧器絶縁油そしてその効果が弱まってしまいます。

2. 加速された摩耗と絶縁損傷

変圧器の健全性と耐用年数は、絶縁材料の状態に直接関係します。これらの材料は、変圧器が長期間最大容量で動作すると磨耗が増加し、有効寿命が短くなります。変圧器がその負荷容量を超えるたびに、内部応力が増大し、故障（内部短絡につながる可能性がある）の危険性が大幅に増加します。最終的には、メンテナンス サイクルが短くなり、修理やコンポーネントの交換のためのシャットダウンが頻繁に発生し、コストが高くなります。

3. 効率の低下

変圧器の効率は、ユニットが損失なく変換できるエネルギーの量によって決まります。変圧器が過負荷になると、より多くのエネルギーが熱の形で失われます。このエネルギーの浪費は変圧器にさらなるストレスを与えるだけでなく、運用コストも増加させます。コアと巻線は効率的に機能する能力を失い、追加の電力消費につながります。変圧器に依存する機器では電圧が不安定になったり、異常が発生したりするため、オペレーターはエネルギー消費量の増加と動作パフォーマンスの低下に気づくことになります。

4. 電圧降下

過負荷の変圧器は、安定した電圧レベルを維持するのに苦労することがよくあります。巻線を流れる電流が増加すると電圧降下が発生し、変圧器からの電圧出力が下流の機器に必要なレベルよりも低くなり、接続された機器の誤動作や非効率的な動作が発生します。敏感な機器は容量を下回って動作したり、起動に失敗したりする可能性があり、システムが低電圧を補償しようとするときに電力サージが発生し、機器にさらなる損傷を引き起こす可能性があります。この問題は、コンピューター、医療機器、自動システムなど、正確な電圧レベルに依存する機器を使用する場合、信頼性が低下したり損傷したりする可能性があるため、より大きな問題となります。

5. 頻繁なシャットダウンまたは障害

変圧器が定期的に設計限界を超えると、内部システムにかかるストレスにより突然の故障やシャットダウンが発生する可能性が高くなります。さらなる損傷を防ぐために、サーキットブレーカーまたは安全機構が作動します。計画外のシャットダウンは配電に影響を与え、変圧器に依存する重要なシステムの停止につながります。障害が発生すると、そのようなシステムに一時的または永続的な損傷が生じ、産業運営や送電網の安定性が混乱する可能性があります。

過負荷のその他のリスク

上記の問題以外にも、変圧器の過負荷には次のようなリスクが伴います。

構造金属部品および絶縁導体に隣接する絶縁体から気泡が形成され、変圧器の絶縁耐力が低下する可能性があります。

高温により変圧器の機械的特性が一時的に劣化するため、短絡耐量が低下します。

構造部品、導体、絶縁材料の熱膨張によって引き起こされる誘電的または機械的故障。

ブッシング内の取り付け圧力により、オイルの損失、ガスケットの漏れ、極度の絶縁破壊が発生する可能性があります。

油頭温度が基準値を超えるとタンク内で油が膨張する可能性があります。

電力負荷が高く、遅れ力率が低い可能性があるため、変圧器の電圧レギュレーションが増加する可能性があります。

結論

変圧器に過負荷がかかると、変圧器の状態と性能に重大な影響を及ぼします。変圧器が定格容量を超えて動作すると、過熱、効率の低下、早期劣化の危険があります。時間の経過とともに、絶縁損傷やコアの劣化が発生し、高額な修理や完全な故障につながる可能性があります。