データセンターが配電用変圧器の需要を再構築している理由

AIコンピューティング、クラウドサービス、ハイパースケール・データセンターの登場により、電気インフラの計画および建設方法が大きく変化しています。サーバーの密度が高まるにつれ、データセンターは従来の商業用負荷から、大規模かつ連続的な電力消費設備へと移行しつつあり、これにより送配電網、変電所、施設内の配電システムに大きな負荷がかかるようになっています。

この変化によって、以下のような変圧器に対する需要が高まっています。 配電変圧器 データセンター向け 信頼性の高い容量供給、高効率な運転、適切な冗長性、長期的なモニタリング機能を備えた変圧器です。変圧器の選定は、単に現時点の電力負荷に合致する定格容量（MVA）を選ぶだけでは十分ではなくなりました。エンジニアやプロジェクトオーナーは、IT機器の負荷増加予測、冷却要件、UPSの損失、高調波、冗長構成、設置条件、効率、将来的な拡張計画など、多角的な観点から検討する必要があります。

データセンター開発者にとって、トランスフォーマーはプロジェクトのクリティカル・パスの一部となる場合もあります。容量、構成、試験、カスタマイズ、製造リードタイム、納入計画などが、通電および運転開始スケジュールに直接影響を及ぼす可能性があります。

当社はトランスフォーマーおよびプレハブ式変電所のメーカーとして、 鼎新電気 送配電事業者、産業分野、商業施設、再生可能エネルギー、データセンター向けに、用途に応じたトランスフォーマー解決策を提供しています。

1．データセンターがより多くの電力容量を必要とする理由

AIおよびクラウドコンピューティングの急速な成長は、現代のデータセンターにおける電力需要増加を牽引する主な要因の一つです。

従来型のデータセンターでも、サーバー、ストレージ、ネットワーキング機器、UPS（無停電電源装置）、冷却設備、照明、セキュリティシステム、建物設備などへの継続的な電力供給が不可欠です。AIワークロードは、個々のサーバーラックにおける電力密度を高め、IT負荷および関連する冷却インフラの両方に対する要求をさらに厳しくします。

データセンターの電力容量が拡大している要因はいくつかあります。

AI学習および推論

AIの学習および推論ワークロードでは、高性能GPUやアクセラレーターを搭載したシステムを連続的または長時間にわたって稼働させる必要があり、その結果、1ラックおよびデータホールごとの計算密度が高まり、電力需要も増加します。

ハイパースケールキャンパスの開発

ハイパースケール事業者は、複数のデータホールを備え、段階的な拡張計画を持つ大規模キャンパスの開発を進めています。単一建物向けの電気インフラ設計ではなく、将来的に大幅な容量増強を見据えた設計が求められます。

高密度GPUラック

高密度コンピューティングは、施設内の電力分布特性を変化させます。トランスフォーマー容量、UPS構成、スイッチギア、バスウェイ、冷却システム、および下流の電力分配設備を、統合されたシステムとして検討する必要があります。

空調・機械設備負荷

電力需要はIT機器に限定されません。チラー、ポンプ、冷却塔、ファン、空調設備、液体冷却インフラなど、その他の機械設備も、施設全体の電力消費量の大きな割合を占めることがあります。

大規模な施設負荷

データセンターのプロジェクト規模は、比較的小規模な施設から、数十メガワット以上を要する複数建物からなるキャンパスまで多岐にわたります。このため、初期段階における電力容量の計画が、ますます重要になっています。

典型的なデータセンターの電力分配経路

送配電網 → 変電所 → 中圧開閉装置 → 配電用変圧器 → UPS／PDU → IT負荷

典型的なプロジェクトでは、必要な電圧レベル、冗長構成、物理的な配置、および送配電事業者との接続方式に応じて、複数の変圧器および電力分配経路が採用されることがあります。

2．データセンターの負荷特性が変圧器選定に与える影響

データセンターの電気負荷特性は、多くの従来型商業ビルとは異なります。

オフィスビル、小売施設、その他の商業施設では、営業時間帯、週末、ピーク時などによって電力需要が大きく変動します。一方、データセンターは通常、24時間365日稼働を前提に設計されており、IT機器などの重要負荷も常時運転されます。

この違いが変圧器の選定に影響します。

評価項目	一般的な商業プロジェクト	データセンター・プロジェクト
負荷プロファイル	変動幅が大きく、ピーク持続時間が短い	高負荷かつ比較的連続的な負荷
冗長性	しばしば制限される	N＋1方式、2N方式、またはその他の冗長構成
省エネルギー性	重要	機器が常時運転されるため、極めて重要
モニタリング	任意の場合がある	資産管理システムに統合されることが多く、
膨張	通常、プロジェクト固有のもの	段階的に計画されることが多い
停止時間への影響	プロジェクトによる	重要なIT運用にとって、潜在的に大きな影響を及ぼす可能性がある
納入リスク	通常、管理可能である	全体のプロジェクト納入に影響を及ぼす可能性がある

連続負荷

データセンターに電力を供給する変圧器は、長期間にわたり比較的高い負荷率で運転される場合がある。このため、熱性能および負荷損失が重要な設計検討事項となる。

高調波および非線形負荷

現代のデータセンターには、UPS装置、電源装置、インバータ駆動機器など、電力電子機器をはじめとする非線形負荷が多く含まれる。エンジニアは、高調波電流およびそれが変圧器の発熱やシステム性能に与える影響を評価する必要がある。

適切な変圧器設計は、単一の機器仕様ではなく、電気系統全体に基づいて決定される。

環境条件

変圧器の選定にあたっては、設備が屋内・屋外・電気室・専用変電所に設置されるか、あるいはパッケージ型／プレファブリケーテッド型ソリューションの一部として設置されるかという点も検討する必要があります。

周囲温度、換気条件、標高、筐体仕様、防火対策、保守作業のためのアクセス性、および設置可能なスペースなど、さまざまな要因が最終的な構成に影響を及ぼします。

3．容量計画：変圧器の容量不足を回避する

変圧器の容量計画は、サーバーの定格出力を単純に合計するのではなく、施設全体の負荷をもとに開始すべきです。

データセンターの電気系統モデルでは、以下の要素を考慮する必要がある場合があります。

• IT機器負荷

• 空調・機械設備負荷

• UPSの損失

• 電力分配系統の損失

• 照明および建物設備負荷

• 補助システム

• 最大多様化負荷

• 将来の拡張に対応できるよう設計されています

• 冗長設備

• 短期的な運転条件

簡略化された容量計画の関係式は、次のように表せます：

必要な変圧器容量 ≈ 予想最大多様化負荷 ÷ 目標負荷率

目標負荷率は、一律に適用できる値とはみなしてはなりません。実際の変圧器の選定は、変圧器の設計・冷却方式・周囲環境・負荷プロファイル・冗長化戦略・適用される規格およびプロジェクト固有の技術要件に依存します。

将来の負荷増加を見越した計画

一般的な計画上の課題の一つは、データセンター・キャンパスの初期IT負荷と最終計画容量との差です。

例えば、計画された施設の一部のみを当初から運用開始し、将来的なデータホールの増設に備えてスペースおよび電気インフラをあらかじめ確保するプロジェクトがあります。このような場合、変圧器の戦略は以下の要素のバランスを考慮する必要があります：

• 初期設備投資コスト

• 変圧器の利用率

• 設置可能なスペース

• 将来の拡張に対応できるよう設計されています

• 冗長性の要件

• 交換またはアップグレードの複雑さ

段階的な拡張がプロジェクト戦略に含まれる場合、モジュラー型トランスフォーマーの導入を検討できます。

重要： 最終的なトランスフォーマーの容量は、負荷解析、保護協調、適用される電気規程、電力会社の要件、およびシステム構成に基づき、有資格の電気技術者が決定すべきです。

4．信頼性と冗長性：なぜ単一トランスフォーマーでは十分でないのか

データセンターの重要インフラにおいて、電気的信頼性はシステム全体で考えるべき課題です。

単一トランスフォーマー構成では、ミッションクリティカルな施設に求められる連続稼働性を確保できない場合があります。可用性目標や電気構成に応じて、データセンターでは以下のような構成が採用されることがあります。 N、N＋1、2N、または2N＋1 .

N、N＋1、2Nとは何を意味するか？

N
設置済みの容量は、通常運転条件下で必要な負荷を賄うのに十分です。

N+1
1つのコンポーネントが使用不能または故障した場合でも、システムが継続して稼働できるよう、余分なコンポーネントを1つ追加で用意します。

2N
必要な容量を確保するために2つの独立したシステムを設計し、片方のシステム全体が使用不能になっても、必要な負荷を維持できるようにします。

2N＋1
このシステムは、2つの独立した容量経路に加え、さらに冗長性を備えています。

適切なアーキテクチャは、施設の運用要件、リスク許容度、確保可能なスペース、予算、電力会社の供給構成、および適用される規格によって異なります。

トランスフォーマーの冗長性に関する検討事項

データセンターのプロジェクトでは、以下の点を検討することがあります：

• 複数台のトランスフォーマー

• 二系統の電力会社からの供給（デュアルフィード）

• 独立した中圧配電経路

• 待機用トランスフォーマー

• 独立したUPSシステム

• バイパス構成

• 保守時の分離

• 予備変圧器戦略

• 冗長システムの物理的分離

トランスフォーマーの冗長化は、単独の機器選定ではなく、開閉器、保護装置、UPS、発電機、バスウェイ、および下流の配電設備と一体として検討する必要があります。

---

5．24時間365日稼働における効率性の重要性

トランスフォーマーが連続運転する場合、エネルギー効率の重要性はさらに高まります。

トランスフォーマーの損失は一般に以下の2種類に分けられます 空荷損失 であり、 負荷損失 .

空荷損失

鉄損は、トランスフォーマーに電源が供給されている限り常に発生します。たとえ定格負荷未満で運転していても同様です。24時間365日稼働するデータセンターでは、こうした損失が長年にわたり積み重なります。

負荷損失

負荷損失は変圧器の負荷率が高くなるにつれて増加し、主に巻線抵抗やその他の負荷依存性の影響に関連しています。

利用率の高い施設では、エンジニアは変圧器の初期購入価格のみで評価するのではなく、総所有コスト（TCO）を考慮する必要があります。

検討要素には以下が含まれます：

• 購入コスト

• 空荷損失

• 負荷損失

• 想定される負荷プロファイル

• 使用寿命

• 維持 要求

• 冷却用途

• 交換費用

• エネルギー費用

ライフサイクル全体でのエネルギー消費量を低減することが優先課題となる用途では、エンジニアは異なるコア材や変圧器技術も比較検討できます。

関連記事： 【アモルファスコア vs. CRGO配電用変圧器】

6．スマートモニタリングと予知保全

継続的なモニタリングにより、データセンターの運用者は変圧器の運転状態を把握し、計画保全を支援できます。

変圧器の種類やプロジェクト要件に応じて、モニタリングシステムには以下のようなものが含まれる場合があります：

• 上部油温

• 巻線温度

• 負荷電流

• トランスフォーマーの負荷

• オイルレベル

• オイルプレッシャー

• 冷却システムの状態

• アラーム発生条件

• 遠隔監視

• BMSまたはSCADAシステムとの通信

油入変圧器では、温度および油関連の監視により、運転状況に関する有用な情報を得ることができます。乾式変圧器では、温度監視および冷却状態の監視が特に重要となります。

監視は保守計画の支援を目的としています

監視によって変圧器の故障が完全に防止されるわけではありません。その代わりに、運転データを提供することで、保守担当者が異常状態を早期に検知し、保守作業の優先順位を明確にし、アラームに対して迅速に対応できるよう支援します。

大規模施設では、変圧器の情報を BMS、SCADA、または電気設備資産管理プラットフォームと統合すること により、施設内の電源インフラ全体をより包括的に把握できます。

監視構成は、変圧器の種類、重要度、適用される規格および所有者の運用要件に応じて選定する必要があります。

7. 調達および納期計画

トランスフォーマーの調達は、データセンター建設プロジェクトのクリティカルパスにおいて重要な要素となる場合があります。

大型またはカスタマイズ仕様のトランスフォーマーでは、設計審査、資材調達、製造、工場試験、検査、輸送、現場据付といった工程を要することがあります。電圧、容量、インピーダンス、接続方式、筐体仕様などの変更が遅れて発生した場合、製造スケジュールに影響を及ぼす可能性があります。

このため、トランスフォーマーの仕様はプロジェクト初期段階から明確にしておく必要があります。

発注前に確認すべき主な情報

プロジェクトチームは以下の点を事前に定めておく必要があります：

• 一次電圧

• 二次電圧

• 定数容量

• 周波数

• トランス種別

• 冷却方法

• インピーダンス

• 結線グループ

• 設置環境

• 屋内用か屋外用か

• 効率性に関する要件

• 監視要件

• 適用される規格

• 認証要件

• 要求納期

• 設置場所および輸送制約

メーカーとの早期連携

EPC請負業者、電気技術者、トランスフォーマー製造メーカー、プロジェクトオーナー間で早期に技術的なコミュニケーションを図ることで、調達プロセス後半における仕様変更を抑制できます。

カスタマイズされたデータセンター向けプロジェクトの場合、メーカーは以下の点でも評価されるべきです：

• エンジニアリング能力

• 製造能力

• 品質管理

• 工場内試験能力

• パーソナライズ可能

• 納品計画

• 技術文書の可用性

• アフターサービス支援

• スペアパーツおよび保守サポート

8．データセンター向け配電用トランスフォーマーの仕様決定方法

データセンター向けトランスフォーマーの仕様書には、メーカーおよびエンジニアリングチームが用途全体を評価できるだけの十分な情報が記載されている必要があります。

データセンター向けトランスフォーマー仕様チェックリスト

仕様	定義する情報
一次電圧	送配電網／中圧システム電圧
二次電圧	二次側（負荷側）で必要な電圧
定数容量	定格容量（kVAまたはMVA）
周波数	50 Hz ／ 60 Hz
トランス種別	乾式または油入式
冷却	適用可能な冷却構成
設置	室内・室外
インピーダンス	プロジェクト固有の要件
結線グループ	必要なベクター／接続構成
積み込み	通常時および想定最大負荷
冗長性	N、N＋1、2N、またはその他のアーキテクチャ
ハーモニクス	非線形負荷への配慮
効率性	適用される効率要件
モニタリング	温度、電流、油などのパラメーター
規格	適用される現地および国際規格
認証	プロジェクトおよび市場の要件
納品	必要な製造および納期スケジュール

この情報により、トランスフォーマー製造メーカーは、詳細設計を開始する前に、電気的・機械的な要件をより明確に把握できます。

---

データセンター向けトランスフォーマー製造メーカーの選定

現代のデータセンターにおける電力密度の増加に伴い、トランスフォーマーの選定は、全体的な電気インフラ戦略の一環として取り扱う必要があります。

適切な 配電変圧器メーカーからの調達が必須です。 標準的な製品供給以上の対応が可能である必要があります。データセンター向けプロジェクトでは、カスタマイズされた巻線比、容量、インピーダンス値、冷却方式、監視システム、設置構成、納期スケジュールなどが求められる場合があります。

鼎新電気 当社は、電力配電およびインフラプロジェクト向けにカスタマイズされた電気機器を提供するトランスフォーマーおよびプレハブ変電所メーカーです。当社の製品ラインナップには、 配電用トランスフォーマー、電力用トランスフォーマー、地上設置型トランスフォーマー、乾式トランスフォーマー、油入式トランスフォーマー、およびプレハブ変電所が含まれます。 .

電気的・環境的・設置・容量などの特定要件を有するプロジェクトにおいて、当社ディンシンはプロジェクトチームと連携し、標準製品仕様に依存するのではなく、実際の用途に基づいた変圧器構成を開発いたします。

よくあるご質問

データセンターではどのような変圧器が使用されますか？

データセンターでは、供給電源の接続方式、電圧レベル、施設のアーキテクチャ、冗長性要件、設置条件などに応じて、さまざまな変圧器構成が採用されます。一般的な解決策には、乾式および油入配電用変圧器、中圧変圧器、およびパッケージ型またはプレファブ型変電所に組み込まれた変圧器があります。

データセンター向け変圧器の容量をどのように計算すればよいですか？

トランスフォーマーの容量は、IT機器、冷却設備、UPSの損失、補助システム、および将来の拡張を含む、施設の予想最大多様負荷に基づいて決定する必要があります。また、冗長性の確保や目標となるトランスフォーマー負荷率も、工学的検討に含める必要があります。

データセンターのトランスフォーマーには冗長性が必須ですか？

すべての施設で同じ冗長性アーキテクチャが採用されるわけではありません。重要度の高いデータセンターでは、可用性要件や全体的な電気系統設計に応じて、N＋1、2N、あるいはその他の構成が採用されることがあります。

データセンターには、乾式トランスフォーマーと油入式トランスフォーマーのどちらが適していますか？

どちらのタイプも、すべてのデータセンターに一律に適しているわけではありません。乾式トランスフォーマーは特定の屋内用途に適している場合がありますが、油入式トランスフォーマーは、特定の屋外用途、送配電用途、あるいは高容量用途において優れた特性を発揮することがあります。選定にあたっては、容量、設置環境、防火要件、効率、保守性、およびプロジェクトの規格などを総合的に検討する必要があります。

ディンシンはデータセンター向け変圧器のカスタマイズに対応していますか？

はい。ディンシンでは、プロジェクトごとの電気的要件および設置条件に応じた、変圧器およびプレファブサブステーション（工場組立式変電所）のカスタマイズ対応が可能です。カスタマイズの範囲には、電圧、容量、インピーダンス、構成、冷却方式、筐体、監視機能など、その他のエンジニアリング要件が含まれます。

データセンターの電源プロジェクトを計画中ですか？

データセンターの電気インフラストラクチャーは、以下の要素を慎重に検討・計画する必要があります。 容量、冗長性、効率性、監視機能、カスタマイズ対応、納期 .

新規データセンターの建設、既存施設の拡張、または中圧配電システムの導入をご検討中の場合、 ディンシン・エレクトリックでは、お客様のプロジェクト要件に応じた変圧器およびプレファブサブステーションのカスタマイズソリューションを提供いたします。

変圧器の容量、電圧、構成、効率性、監視機能、納期など、ご要望について、ディンシンのエンジニアリングチームまでお気軽にお問い合わせください。