変圧器位相変位測定

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電力変圧器のベクトルグループ検証

エネルギー転換の進展に伴い、最近の電力網は、ますます複雑な課題に直面しています。全体としての電力需要は増加していますが、年間を通じても前年比でも変動があります。分散型発電によるエネルギー入力レベルの変動により、電力網の安定性への負担が生じます。特に影響が大きいのが、再生可能エネルギーの余剰によって生じるサージです。電力変圧器は、電圧レベルの変換を通じて、電力網全体の安定した動作エネルギー伝送損失の削減に寄与します。

昇圧変圧器は、電圧を上げることで、集中型の発電所と、太陽電池パネルや風力タービンなどの小規模な分散型システムからの電力を配分する役割を果たします。電圧が高い方が、長距離伝送の際の電力損失が小さくなり、伝送効率を上げられるからです。電力が目的地(送配電変電所、工場、データセンター、産業用施設など)に到達すると、安全な供給と使用のため、昇圧変圧器によって電圧が下げられます。

複数の3相変圧器の並列動作は、標準的な方式です。その目的は、動的な電力網の中で柔軟性を維持しながら、容量を拡大することにあります。並列動作する変圧器は、電圧比、位相シーケンス、インピーダンスなどの要素が一致している必要があります。ベクトルグループ検証は、安全な並列動作とシステムの互換性のための主要条件の1つです。

変圧器位相変位測定は、変圧器のベクトルグループ検証の不可欠な一部です。その内容は、巻線の接続タイプと、一次巻線と二次巻線の間の移相シフト仕様の確認です。並列動作の信頼性確保には、変圧器間でのベクトルグループの一致が必要です。そのために、IEC 60076-1形式試験日常の受け入れ検査では、ベクトルグループ検証が必須とされています。

ベクトルグループ検証のための変圧器位相変位測定

3相変圧器は、3組の一次巻線と3組の二次巻線から構成されます。各巻線は、3相電力系統の1つの相に対応します。3相電圧が印加されると、一次巻線から発生した磁界が、二次巻線に電圧を誘導します。巻線の構成と、コア内での巻線の相対的な物理配置から、固有の位相角が生じます。設備に応じて、各配置には固有の利点と欠点があります。結果としての変圧器のベクトルグループは、位相変位測定によって知ることができます。

変圧器ベクトルグループテストの際には、一次巻線に3相電圧が印加されます。二次巻線の電圧と位相変位が測定されます。位相変位の測定結果と巻線の接続から、ベクトルグループ仕様の正しさを確認できます。

ベクトルグループ検証結果の読み取り

変圧器のベクトルグループ指示は、以下の要素から構成されます。

  • 高電圧巻線の構成を示す英大文字
  • 低電圧巻線の構成を示す英小文字
  • 低電圧側のアクセス可能な中性点を示す小文字のn
  • 高電圧側と低電圧側の位相シフト角を表す数値(時計の時刻記法で表され、12時に対して1時間の進みが30度の位相遅れを表す)

例えば、「Dyn11」というベクトルグループ名の意味は以下のようになります。

  • 「D」:高電圧側がデルタ接続
  • 「y」:低電圧側がスター/Y接続
  • 「n」:中性点がアクセス可能
  • 「11」:330°(-30°)の位相シフト(時計の12時の1時間前)

Dyn11は最も一般的な種類の3相変圧器であり、エネルギー網で広く用いられています。位相変位測定とベクトルグループ検証に合格した変圧器は、同じベクトルグループの変圧器との並列動作用に安全に使用できます。例えば、Dyn11の変圧器は、並列動作のための他の要件も満たされているという条件で、他のDyn11認証済み変圧器と並列に動作させることができます。

変圧器の不一致によるリスク

ベクトルグループが一致しない変圧器の間の位相角差は補正できません。これらを並列に動作させた場合、位相変位の差によって、変圧器間に循環電流が生じます。これらの電流はきわめて大きくなることがあり、過熱損失の増加保護トリップ機器の損傷を引き起こす可能性があります。

変圧器ベクトルグループテストの課題

並列動作する複数の3相変圧器は、電力網や産業において日常的に重要な役割を果たしています。この標準的手順は、コストパフォーマンスが高く、容量の柔軟な拡大、縮小、調整が可能です。正確な位相変位測定ベクトルグループ検証は、変圧器間の同期を保証するために不可欠です。

変圧器ベクトルグループ検証を行うには、一次巻線に電圧を印加し、位相角メータ、電圧計、またはオシロスコープを使用して、二次巻線側の電圧と位相変位を測定します。その後、時計記法または位相ベクトル図の手動解析を行って、ベクトルグループの確認に必要な巻線構成と位相角を求める必要があります。

標準のパワーアナライザでは、この位相変位を直接測定することはできません。その理由は、一次側と二次側のチャネルが独立に、対応する3相系統からの1つの電圧または電流信号だけに同期されるためです。両方の側に共通するタイミング基準がないと、アナライザはそれらの位相角を直接比較することはできません。

ローデ・シュワルツの変圧器ベクトルグループテスト用ソリューション

LMG671などの高度なプレシジョンパワーアナライザは、一次巻線と二次巻線の間の位相変位を測定しながら、同時に変圧器のベクトルグループを判定して表示できます。高分解能の高調波解析を使用して、電流、電圧、電力高調波の測定結果が(RMS値と位相角の両方で)表示されます。信号品質と位相対称性を確認するため、各高調波次数に対してベクトル図による電圧と電流のグラフィック表示が提供されます。基本波周波数は、ベクトルグループ検証で最も重要です。

さらに、直接の包括的な効率測定の間に位相変位も表示されます。これは6つのパワー測定チャネルを通じて行われ、追加の配線変更は不要です。LMG671は、エリアシングフリー高調波解析から得られた基本波位相角に基づいて位相変位を直接計算する独自のスクリプトを備えています。

1回の位相変位測定によってベクトルグループ検証を行えるので、別々の測定に基づく手動計算は不要になります。マルチチャネルテストにより、洗練された時間効率の高い測定を行い、信頼性の高いデータを得ることができます。この包括的な測定セットアップにより、位相品質と位相関係をリアルタイムで即座に検証できます。

当社の電力変圧器テストソリューションは、カスタマイズ可能信頼性が高くアプリケーション指向かつユーザー指向でもあります。このソリューションの高精度で包括的な無負荷損失測定および解析は、メーカーやテストラボで重用されています。

ローデ・シュワルツの変圧器ベクトルグループテストソリューションの利点

LMG プレシジョンパワーアナライザを使えば、信頼性の高いワンストップのベクトルグループ検証が可能です。変圧器位相変位測定のための、高速で信頼性が高く、きわめて高精度のソリューションです。

それ以外にも、以下のような利点があります。

  • マルチチャネル測定
  • 革新的なチャネルグループ化方式
  • 内蔵スクリプトエディター
  • 強化されたベクトルグループ解析
  • 位相変位の自動測定
  • 位相シフトの数値表示とグラフィック表示
  • 重要な測定データを即座に可視化
  • 規格に準拠した測定
  • 後処理での計算エラーのリスクを最小化

お客様のテストニーズに最適なソリューションについては、当社のパワーアナライザのエキスパートにご相談ください。

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