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昨年、ジョホールのデータセンター施工会社から送付された負荷予測表には、単に「10MVA（連続）」という数値だけが記載されていました。その会社の受電設備に設置された 油浸トランス 変圧器の銘板には「ONAN：8,000kVA／ONAF：10,000kVA」と記載されており、これは 変圧器の冷却方式分類 どの見積書にも必ず記載されるものの、実際にはほとんど誰も読み飛ばしている——そしてこの会社は、11kVケーブルや開閉器、保護リレーの設定値を、後者の数値（ONAF 10,000kVA）に基づいて選定しました。試運転時にファンが作動し、負荷が上昇すると、気温33℃の午後の時点で上部油温アラームが96℃で作動しました。
何一つ故障していませんでした。この装置は、仕様書に明記された通りの動作をしていただけです——ただ、その仕様書に記載されていた条件は、発注書には一切記載されていなかったのです。この「冷却方式コード」と「実際の設置環境」の間にあるギャップこそが、変圧器の容量に関する紛争の多くが生じる原因です。
変圧器の冷却方式分類コードが実際に意味するもの
変圧器の冷却方式分類 「ONAN」などの4文字の略号は、巻線に接触する冷却媒体と、その媒体から熱を排出する方法の2つを同時に表します。最初の文字は内部冷却媒体を示し（O：鉱物油、K：発火点300℃超の非鉱物系液体、L：発火点300℃超の合成エステル）、2文字目は循環方式を示します（N：自然循環、F：強制循環、D：導向循環）。残り2文字は、外部冷却媒体（空気、水、または強制送風）について同様のルールで表されます。
たとえば「ONAN」は「油自然・空気自然」を意味し、油は熱サイフォンにより自然循環し、タンクおよびラジエーターはファンやポンプを用いずに静止空気へ熱を放散します。「ONaf」はファンによるラジエーターバンクへの送風を表し、「ONAF」と表記されます。「OFAF」では油の循環にポンプが追加され、「ODAF」では巻線のダクト内へ油の流れを導向させることで、大型発電機用昇圧変圧器における巻線温度勾配の制御を実現しています。
| 冷却クラス | 運転中 | 通常の容量向上率 | その使用場所 |
| オンアン | なし — 熱サイフォンのみ | 基本定格 | 配電用変圧器、地方変電所、地上設置型変圧器 |
| ONAF（第1段階） | ファンバンク1基 | oNAN比で＋25％～＋33％ | 都市部変電所、ピーク負荷の大きい産業施設 |
| ONAF（第2段階） | ファンバンク2基目 | さらに＋15％～＋20％ | データセンター、製鉄所、セメント工場 |
| OFAF | ファンおよび油ポンプ | oNAN比で+40％～+60％ | 40MVA以上の電力用変圧器 |
| ODAF | 指向性油流＋ファン冷却 | 同一フレームサイズにおける最高容量 | 発電機用昇圧変圧器、HVDC変換装置用変圧器 |
これらのパーセンテージは、当社設計部門が定格表を作成する際に用いる範囲を示すものであり、何らかの規格から定められた数値ではありません。各メーカーのラジエーター面積、油量、ファン選定はそれぞれ異なり、実際に意味を持つのは、お客様との契約に基づく保証技術仕様書に記載された数値のみです。
第2の定格出力は、追加の余裕容量ではありません
ここが多くの購入者が見落としがちなポイントです。「 ONAF変圧器 」は、同一ユニットをONAN運転した場合よりも単に大きな容量を有するというだけではありません。これは、特定の条件がすべて満たされている場合にのみ存在する容量であり、その条件のいずれも、他の条件とは独立して故障する可能性があります。
ファンバンクには補助電源が必要です。北米のいくつかのプロジェクトでは、ステーションサービス電源がトランスファースキームでバックアップされていないため、連系検討においてユーティリティがONAF定格を認めなかった事例があります。ファンが停止すると、保護装置の設定は10MVAのままですが、変圧器の出力は静かに8MVAへと自動的に戻ってしまいます。変圧器自体は変わっていません。変わったのは定格値だけです。
ファン自体も当然必要です。10MVA用の冷却装置バンクには、通常、1台あたり約0.55kWの軸流ファンが2～4台搭載されています。また、モーターベアリング、接触器、サーモスタット、および上部油温に応じて段階的に作動させる制御回路も備えています。これらすべての部品は定期的な保守対象であり、寿命が限られています。例えば、夏のピーク時にファンモーターが固着すれば、その時点で1段階分の冷却能力が失われます。当社が機器を提案する際には、インピーダンスと同様に、ファン段階制御の設計思想も同一の仕様書に明記します。なぜなら、定格値とは巻線設計のみで決まるものではなく、むしろ制御システムの動作特性によって規定されるからです。
次に、周囲温度に関する暗黙の前提があります。温度上昇限界値は、単一の午後の条件ではなく、1日および1年間の平均的な周囲温度を基準として定義されています。たとえば、巻線の平均温度上昇が65 Kと保証された機器は、明示された最大周囲温度条件下でのみその性能が保証されます。ジョホールで記録された33 °Cの夏日そのものが問題ではなかったのです。真の問題は、ファンが第1段階のみで運転している状態で40 °Cの環境下ではどうなるか、誰も検討しなかった点にありました。これは、仕様書作成時に最も頻繁に見られる誤りです。 変圧器の冷却方式分類 仕様書では、4文字のコードがデータシートからそのままコピーされることが多く、その数値が成立するための周囲温度条件（根拠となる環境条件）が無視されがちです。
温度上昇：コードの裏にある数値
文字は、熱が機器からどのように放出されるかを示します。一方、 温度 が 上がる 数値は、絶縁材が許容される温度上昇量を表します。油入変圧器の場合、特に重要な2つの温度上昇限界は「巻線の平均温度上昇」と「ホットスポット温度上昇」であり、これらはIEEE C57.12.00規格で定められています。この規格の概要は、IEEE Standards AssociationのC57.12.00-2021ページで確認できます。 IEEE Standards AssociationのC57.12.00-2021ページ 65 Kの平均巻線温度上昇を想定した設計（アジアおよび中東地域で依然として最も一般的な仕様）では、対応するホットスポット許容値は80 Kとなり、基準周囲温度における実際の温度は約110 °Cとなる。
この110 °Cという温度が、絶縁材料の寿命を決定づけるポイントである。紙製絶縁体は110 °Cで劣化が進み、この温度を6～8 K超えるごとに残存寿命が半減する。そのため、設計温度より8 K高い温度で運転しているからといって、単純に劣化速度が8％速くなるわけではない。実際には数倍の速度で劣化が進行するが、日常的な試験報告書には、数年後にフラン濃度が上昇し始めるまで、その危険性を示す兆候は一切現れない。
このため、熱運転試験（ヒートラン）は形式検査証明書よりも重要である。IEEE C57.12.90に基づく温度上昇試験では、定格負荷下における実際の上部油温および巻線温度勾配を測定する。これは、図面に記載された放熱器面積・油量・ファン選定が、実際に銘板仕様を満たすかどうかを確認できる唯一の根拠となる。 ONAF変圧器 熱運転試験は、ファンの各段がそれぞれ独立した運転点であり、推定ではなく実証による検証が必要となるため、特に重要です。
ファン・ポンプと保守費用
冷却段数の仕様設定は安価ですが、運用時の維持コストは高額になります。変圧器に追加される可動部品は、すべて定期点検対象となり、誰かの備品庫には予備部品の在庫管理が必要になり、また計画外の出力制限（クリーンなトリップではなく）という形で現れる故障モードにもなり得ます。
当社がこれまで手がけた ONAF変圧器 車両群における故障発生頻度のランキングは短く、かつ予測可能です。まずファンモーターのベアリングが乾燥し、次に接触器コイル、さらに第2バンクを制御するサーモスタットが劣化します。OFAF方式のユニットに搭載されるポンプでは、シャフトシールと油圧差インターロックが追加されますが、油面低下時に誤動作（ヌイザンストリップ）を引き起こすことがあります。こうした問題はいずれも特殊なものではなく、仕様策定段階で回避可能なものです。
仕様書には、冷却ステージのいずれかが故障した場合の装置の動作を明記する必要があります。第2段階の冷却が停止し、負荷が遮断されない場合、巻線がその差分の熱を吸収します。巻線温度によるトリップは安全な結果ですが、巻線が静かに季節を通じて120 °Cで運転し続ける状態は危険です。
周囲温度・標高・筐体：定格値が知らず知らずに低下する要因
定格値の補正（デレーティング）において、他のどの要因よりも多くのプロジェクトを失敗に導くのが、設置場所の周囲温度と標高です。当社の設計資料では、定格周囲温度を超える度に、おおよそ1.0～1.2％の容量低下を適用しています。つまり、50 °Cの砂漠地帯に設置する場合、40 °C定格の装置は、負荷を接続する前からすでに定格出力の大幅な低下を被ることになります。また、標高1,000 mを超えると空気密度が低下し、空冷式の放熱性能も同様に劣化します。この補正は、注釈ではなく、定格板に明記された計算値に反映される必要があります。
筐体は3つ目の要因です。IEEE C57.12.28に準拠した不正操作防止型筐体に収められた地上据付式ユニットは、開放型変電所用変圧器と同一の空気を吸い込んでいません。また、壁面に密着して設置されたユニットや、通風が制限されたフェンス囲い内に設置されたユニットは、試験ベイでの測定値よりも高温で運転します。さらに、米国メキシコ湾岸地域で暗色の筐体に直射日光が当たると、その温度上昇は単なる理論上の差ではなく、実務上無視できない差となります。
騒音については、逆のロジックが適用されます。ファン運転により約5～8 dB(A)の増加が生じるため、ONAN（自然油循環・自然空冷）で58 dB(A)と仕様されたユニットは、夜間の第2段階（ONAF2）運転時に64 dB(A)の騒音レベルになります。現場に騒音規制（ノイズ・コーヴェナント）がある場合、近隣住民が実際に耳にするのは、このONAF運転時の数値です。
仕様書に記載すべき事項
当社エンジニアが仕様書をレビューする際、 油入変圧器工場内 候補リスト（ショートリスト）に挙げられた機器のうち、以下の項目を明記した文書が最も迅速に検討を終了します。
• 冷却方式および段階数 ——これを「ONAN／ONAF1／ONAF2」などのように、複数段階を順に列記したものとして明示すること。単一のラベル（例：ONAF）で済ませないこと。
• 各段階における定格容量 ——それぞれの数値が想定する周囲温度を併記すること。
• 標高および周囲環境の補正 適用され、表示されるものであり、工場側に発見を委ねるものではない。
• ファン制御の考え方 作動温度、段階ごとの遅延時間、および段階故障時の動作。
• 補助電源 電圧、位相、およびステーションの直流電源または転送方式によるバックアップの有無。
• 各段階における騒音レベル 指定された測定距離におけるdB(A)単位での値。
• 損失数値 基準温度におけるものであり、米国向け配電用機器の場合には、「10 CFR Part 431 Subpart K」の効率表にも適合しなければならない。 10 CFR Part 431 Subpart K 米国エネルギー省（DOE）が定める配電用変圧器の効率基準。適合する機器が達成しなければならない最低効率を規定しています。
7つの適合要件すべてを2ページにまとめた仕様書です。これにより、設置時に「どちらの銘板仕様が正しいか」という議論を未然に防ぎます。
当社の評価・試験方法と、おすすめ製品
監査を行う購入者 油入変圧器工場内 通常、巻線導体の品質から始め、最後に冷却方式を検討しますが、これは順序が逆です。実際の容量保証は冷却段階に根ざしています。当社江蘇工場では、カスタム定格の油入式変圧器すべてに対して熱運転試験を実施しており、出荷される変圧器には保証値だけでなく、実測された上部油温および巻線温度勾配も記載された定格表が同封されます。これは、コンサルタントが過負荷解析や系統連系申請を説明・主張する際に極めて重要です。なぜなら、提示される数値には実際の試験結果が裏付けられているからです。
当社は両方とも製造しています 油浸トランス 12万平方メートルの敷地に設置された、37件の特許を有する範囲および乾式ユニット。2023年以降はイートン社との合弁パートナーとして事業を展開しており、これは主に文書作成のルールに反映されており、マーケティング表現にはほとんど影響していません。UL、CSA、IECの認証ファイル、図面、熱特性データは、一括パッケージで提供されます。
実務上の注意点として、試験報告書では定格銘板の記載だけでなく、冷却段階の順序も必ず確認してください。ユニットに通電する技術者は、定格銘板ではなく報告書を参照します。
ジョホールのユニットは最終的に問題なく動作しました。ファンの運転ステージを再設定し、第2段ファンを温度上昇6K早めに起動するように変更したほか、オーナーが非重要負荷1.2MVAを別途設置した第2のトランスフォーマーへ移行しました。これは交換よりも低コストな対応であり、定格仕様表によって当該ユニットの実際の能力が明確であったからこそ可能となった措置です。
変圧器の冷却方式分類 これらは、全体のパッケージにおいて最もコスト効率が高く、また最も誤りやすい容量決定項目です。なぜなら、第2の定格値は、周囲温度や補助電源、ファンのベアリングが想定と異なる状況になるまでは、まるで余裕があるかのように見えるからです。現在、液体浸漬形トランスフォーマーをご仕様される場合は、負荷プロファイル、設置場所の周囲温度および標高を当社までお送りください。 ryan-transformers.com — 当社エンジニアが、段階ごとの定格値およびその根拠となる試験データをもってご返信いたします。
著者について： ライアン・エレクトリック社の技術チームが執筆しました。同社は中国江蘇省に拠点を置くUL／CSA認証取得済みトランスフォーマー製造メーカーであり、2023年よりイートン社との合弁パートナーでもあります。北米、東南アジア、中東におけるデータセンター、公益事業、産業向けプロジェクトへ、油入形、乾式、地上据付型トランスフォーマーを供給しています。