変圧器（トランス）とは？仕組み・役割・種類を図解でわかりやすく解説

変圧器（トランス）とは？

変圧器（トランス）とは、交流電圧の大きさを変換するための電気機器です。
電圧を「高くする（昇圧）」ことも「低くする（降圧）」こともできます。

なぜ変圧が必要なのか

電気は同じ電力（kW）であれば、電圧が高いほど電流は小さくなります。
電流が小さくなると、以下のメリットがあります。

電線を細くできる
電力損失（発熱）が少ない
長距離送電に向いている

そのため、送電は高電圧で行われます。

一方、建物内や機器で使用する電気は、
感電や事故を防ぐため できるだけ低電圧であることが望まれます。

この
「送るときは高電圧」「使うときは低電圧」
を実現するために、変圧器が不可欠なのです。

変圧器の基本的な仕組み

一次側・二次側

一次側：電源側（入力側）
二次側：負荷側（出力側）

電磁誘導の原理

変圧器は、電磁誘導を利用して電圧を変換します。

一次側コイルに交流電流を流すと磁束が発生し、その磁束が二次側コイルに伝わることで電圧が誘起されます。

巻数比と電圧の関係

変圧器では、電圧比＝巻数比の関係があります。

V1 : V2 = N1 : N2

例として、高圧6,600Vを200Vに変圧する場合：

6600 : 200 = 1000 : 30

このように、巻数を変えることで電圧を自由に調整できます。

変圧器の役割と使われる場所

変圧器は、電力系統のあらゆる場所で使われています。

電力会社（変電所）
超高圧・高圧の変換
高圧受電設備（キュービクル）
6,600V → 200V / 100V への降圧
家電製品・電子機器
ACアダプタや内部電源回路で使用

変圧器の主な種類

油入変圧器と乾式（モールド）変圧器の比較

項目	油入変圧器	乾式変圧器（モールド）
絶縁・冷却方式	絶縁油（鉱油）	空気＋樹脂（エポキシ）
冷却性能	◎ 非常に良い	△ 油入より劣る
大容量対応	◎ 得意	△ 小～中容量向き
設置場所	屋外・屋内	屋内向き
火災リスク	△ 引火の恐れあり	◎ 引火性なし
保守点検	△ 油管理が必要	◎ 比較的容易
騒音	○ 小さめ	△ やや大きい
初期コスト	○ 比較的安価	△ やや高価

モールド変圧器（乾式）

樹脂でコイルを固めた乾式変圧器で、
屋内設備やビル設備で多く採用されます。

高圧受電設備における変圧器の位置づけ

高圧受電設備では、用途に応じて以下のような変圧器が使われます。

電灯トランス（照明・コンセント用）
動力トランス（モーター・空調用）
灯動トランス（電灯＋動力兼用）
単相変圧器

負荷内容に応じた選定が重要です。

変圧器の結線方法

スター結線（Y結線）

中性点があり、接地が容易
電灯用変圧器で多い

デルタ結線（Δ結線）

循環電流が流れ、電圧の安定性が高い
ノイズ低減効果がある

V結線

単相変圧器2台で三相負荷に対応
仮設や小容量設備で使用される

変圧器の損失と効率

主な損失

鉄損：無負荷でも発生（常時発生）
銅損：負荷電流に比例して発生

効率が重要な理由

変圧器は、負荷がなくても電力を消費します。
そのため、容量選定や高効率機器の採用は、省エネ・電気代削減に直結します。

温度と寿命——「8℃則」

変圧器の寿命は巻線の温度で決まり、目安として「温度が8℃上がると寿命が半分になる」（8℃則）が知られています。過負荷運転や設置環境の温度上昇が寿命に直結するのはこのためです。

トップランナー変圧器への更新は省エネの定番

鉄損は負荷ゼロでも24時間発生し続けます。古い変圧器をトップランナー変圧器（省エネ基準適合品）へ更新すると、この待機損失が大きく減ります。低負荷のトランスが複数台あるなら、統合・ダウンサイジングも定番の省エネ手法です。ちなみに効率が最大になるのは「鉄損＝銅損」となる負荷率のときです。

点検のポイント

油入変圧器：油面計・油漏れ（パッキン劣化）、絶縁油の劣化診断（酸価・絶縁破壊電圧）、温度計の指示とピーク値
乾式・モールド変圧器：ほこりの清掃（トラッキング防止）、樹脂表面のクラック確認
共通：うなり音の変化（過負荷・鉄心緩みのサイン）、端子部の増し締めとサーモグラフィ、負荷電流の記録（負荷率の把握）

よくあるトラブルと注意点

過負荷運転
→ 発熱・寿命低下の原因
異音・振動
→ 鉄心の劣化や固定不良の可能性
絶縁劣化
→ 事故・停電リスクが高まる

定期点検と適切な容量選定が重要です。

更新工事の注意点（実例）

変圧器の更新工事は「同じ容量のものに入れ替えるだけ」と思われがちですが、実際は毎回苦労するポイントがあります。

① 最近の変圧器はサイズが大きい

省エネ規格（トップランナー）対応品は放熱の関係で従来品よりサイズが大きくなっているため、既設と同じスペースに収まらないことがあります。私も更新のたびにスペースの確保に苦労しています。

なお離隔について整理すると、高圧ケーブルなどの充電部には筐体との離隔距離の規定がありますが、変圧器本体（外箱）と壁の離隔には法規上の数値はなく、保守スペース・放熱スペースとしてメーカー推奨値を確保する形になります。

② 耐震固定があると更新はさらに大変

地震で変圧器が破損すると被害が大きいため、床固定に加えて側面からも抑える転倒防止装置を取り付けた設備があります。安全上は有効ですが、この固定装置があると更新時の搬出入・据え替えはかなり大変になります。基礎・固定の考え方は設備基礎の記事で解説しています。

③ ケーブルが届くか——特に二次側

更新で見落としがちなのがケーブルの取り合いです。高圧側（一次側）は細いので取り回し次第で延長もききますが、二次側は太くて簡単には延ばせません。新旧で端子位置が変わると届かないことがあります。二次側がバスバー（銅バー）直結の場合はさらにシビアで、事前の寸法確認にかなり気をつかいます。