増加した変圧器突入電流の管理

米国エネルギー省 (DOE) の低電圧乾式配電変圧器に対する新しい効率レベルは、2016 年の初めに発効しました。技術的には CFR タイトル 10 第 II 部パート 431 (サブパート K 2016 の付録 A) として知られています。新しい効率要件は、一般的に DOE 2016 効率レベルと呼ばれます。

これらの新しい効率レベルを満たすために、メーカーは、高級鋼の使用、コアの誘導レベルの低下、さまざまなコア構造の使用など、さまざまな設計戦略を採用できます。 ただし、これらの設計変更は、サイズ、コスト、突入電流特性など、変圧器の他の特性にも影響を与える可能性があります。

変圧器のサイズとコストの変更は重要な考慮事項ですが、この情報はメーカーから簡単に入手できます。 上記で特定した 3 番目の変数である突入電流は、DOE 2016 に準拠した新しい変圧器を使用するシステムを設計する場合、あまり目立たない可能性がありますが、同様に重要です。

突入電流は、変圧器を保護する過電流保護デバイス (OCPD) を選択する際の重要な考慮事項です。 サイズが正しくないと、システムの起動中に OCPD が動作し、変圧器への通電が妨げられる可能性があります。

過去には、多くの設計エンジニアが NFPA 70: 米国電気規格 (NEC) の第 450 条の表 450.3(B) を利用し、低電圧配電乾式変圧器用の一次 OCPD のサイズを変圧器のフル容量の 125% 以下に設定していました。負荷一次アンペア (FLA)。 一次 OCPD のサイズが 125% であるため、変圧器には最も低コストのケーブルと導管が供給され、ワイヤと変圧器に適切な過負荷と短絡保護が提供されます。 さらに、保護は変圧器の損傷曲線を大幅に下回っています (NEMA 規格 206 では、標準乾式変圧器の場合、変圧器が全負荷電流定格の 20 ～ 25 倍に 2 秒間耐えることを要求しています)。 この選択が機能するもう 1 つの要因は、変圧器の突入電流が通常、一次 FLA 定格の 4 ～ 10 倍であることです。

しかし、2010 年の DOE 法の制定、高効率変圧器の使用の要望、K ファクターおよび特殊変圧器の適用の増加により、業界では 125% のサイズの場合に、一次 OCPD の迷惑なトリップが発生するようになりました。

そして現在、DOE 2016 の結果として突入電流がさらに増加する可能性があるため、このトピックはさらに重要になっています。 今日では、変圧器の理論上の最大突入電流が変圧器の一次 FLA の 20 ～ 30 倍にもなるのは珍しいことではありません。

メーカー間、さらには同じメーカーの変圧器のタイプや定格間でも構造方法や材料に多くの違いがあることにより、突入電流が増加する可能性がさらに高まるため、エンジニアにとって突入電流値を検証することが非常に重要になります。

この新たな課題に取り組む顧客を支援するために、一部のメーカーは、一次 OCPD のサイズを 125% にできるように、標準 (または最も一般的な) DOE 2016 変圧器を設計およびテストしています。 ただし、これはすべてのメーカーに当てはまるわけではありません。 プライマリ OCPD のサイズを 125% より大きくする必要がある場合、設計エンジニアは NEC テーブル 450.3(B) (最大 250% の OCPD サイジング) および NEC 記事 240.21 を利用して、プライマリ OCPD を 2 次回路 OCPD に設ける必要性を回避できます。照明分電盤や負荷に給電する際の変圧器。

また、メーカーが公表している突入値は、ほとんどの場合、変圧器の外側巻線である一次巻線から通電される変圧器を表していることに注意することも重要です。 変圧器が逆給電され、二次巻線 (内側の巻線) から通電される場合、突入値が劇的に大きくなることが予想されます。 この問題に対処するには、エンジニアは 75 kVA を超えるアプリケーションでのバック フィードに常に注意し、コードで許可される最大の OCPD を選択する必要があります。

このコラムで概説したように、特に現代の高効率の世界では、設計エンジニアが低電圧乾式配電変圧器の突入電流を認識することが重要です。 取り付ける前に必ず NEC のラベルを確認し、製造元に相談してください。

Greg J. Hausman は Eaton のシニア アプリケーション エンジニアであり、配電機器業界で 35 年以上の経験があります。 彼は、IEEE、国際電気検査官協会、および NFPA の積極的なメンバーです。

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