変圧器の結線について

変電所のメインとなる設備は変圧器です。
本項では、変圧器を取り上げます。

変圧器は、発電所から送られてきた電気を降圧または昇圧して出力する装置です。

図の左側にある1次巻線に交流電圧を加えると鉄心に電磁誘導が生じ、2次巻線に起電力が発生します。1次巻線と2次巻線の変圧比は巻数比と比例し、この仕組みを使ったのが変圧器です。

巻線に複数のタップを加えて巻数比を切り替え、受電側の負荷に応じて出力電圧を調整できる変圧器負荷時タップ切替変圧器という装置もあるので覚えておいてください。

送電は主に三相交流で行われるため、変電所でも三相交流を変圧します。変圧方法は、単相変圧器を3台をデルタ結線するか、単相変圧器2台を組み合わせてV結線する方法、三相変圧器と呼ばれる変圧器が用いられています。

三相変圧器には、Δ(デルタ)結線Y(スター)結線があります。変圧器は1次側と2次側がこの組み合わせで以下の種類があり、それぞれの特徴に応じて使い分けられます。
ΔーΔ結線
第三高調波電流による通信障害が少ないというメリットがあります。しかし、中性点設置ができないので主に3kV以下の配電用変圧器に使用されています。

YーYーΔ結線
Y―Y結線は第三高調波電流の悪影響を避けられないので、使用されません。しかし、Y―YにΔを加えると第三高調波電流の悪影響を受けづらくなるためY―Y―△が作られています。Y結線から中性点接地が取れるので絶縁しやすいというメリットがあります。

Y―Δ結線、Δ―Y結線
Δ結線が1次側か2次側にあるので、第三高調波電流の影響は少なく、Y結線からは中性点接地がとれるので、両方の結線にあるメリットがあります。
Y―Δ結線は、Y結線が1次側の高圧回路に接続し、⊿結線が2次側の低圧回路に接続ます。一般的に50kVAを越える変圧器について採用されるものです。(一般的に広く採用されている) ΔーY結線は、発電所の送電端に設置されます。(太陽光発電所等の昇圧変圧器として採用される)

上記に加え、単相変圧器を組み合わせて使用する場合は、V―Ⅴ結線もあります。
ΔーΔ結線の1相分を抜いているのがV―Ⅴ結線ですが、電圧の平衡が保てないのであまり使用されていませんが、変圧器容量を圧縮させることが出来るとともに、変圧器2台の合計容量>理論容量となるので、重負荷状態にも耐える性能を持たせることが出来ます。(例)50kVA2台でV結線するとします。合計容量は100kVA 理論容量は87kVAとなるので、電力需給契約が変圧器容量だった時代には、容量削減方法として、広く普及していた結線方式です。

変圧器は2台で並行運転することもありますが、その場合は以下の条件を満たす変圧器を並列にする必要があります。

  • 極性が一致している
  • 1次と2次の定格電圧が等しい
  • 抵抗とリアクタンスの比が等しい
  • %インピーダンスが等しい
  • 電圧の角変位が等しい
  • 相回転の方向が一致している

これらの条件を満たしている組み合わせは下記になります。

  • ΔーΔ結線とΔーΔ結線
  • ΔーΔ結線とY―Y結線
  • Y―Y結線とY―Y結線
  • YーΔ結線とYーΔ結線
  • YーΔ結線とΔーY結線
  • ΔーY結線とΔーY結線

他の組み合わせは事故につながるので避けなければなりません。

変圧器は変電所の中心的な装置です。送電に関しても重要な要素となります。
覚えることは多いですが、結線や組み合わせなどはしっかり覚えておくようにしましょう。





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