サンプナー試験（バックツーバック試験）：変圧器の効率、電圧調整、発熱を精密評価

サンプナー試験（バックツーバック試験）：変圧器の効率・電圧調整・発熱効果の測定

開放試験と短絡試験は等価回路パラメータを求めるために行われますが、これらだけでは変圧器の温度上昇を知ることはできません。開放試験は鉄損のみ、短絡試験は銅損のみを調べるためで、実際の負荷時のように両損失が同時に発生する状態を再現できないからです。この問題を解決するのがサンプナー試験です。

サンプナー試験は、変圧器の効率、電圧調整、負荷時の発熱効果を求めるために実施されます。サンプナー試験は、同一仕様の2台の変圧器をバックツーバック（背中合わせ）に接続するため、バックツーバック試験とも呼ばれます。

実際の負荷を接続せずに負荷条件を模擬できます。小型変圧器なら実負荷接続も容易ですが、大型変圧器では困難です。この試験により重要パラメータを求められ、開放・短絡試験より正確な結果が得られます。

サンプナー試験（バックツーバック試験）

同一定格の単相変圧器2台（T₁, T₂）を用意します。実験回路図は以下の通り。

図のように、2台の一次巻線を定格電圧・周波数で並列接続し、入力側に電流計A₁、電圧計V₁、電力計W₁を接続します。

二次巻線は逆極性で直列接続します。二次巻線間に電圧計V₂を接続し、極性が逆であることを確認します。V₂のレンジは定格二次電圧の2倍以上必要です。任意の2端子（ここではBとC）を短絡し、残りの2端子（AとD）間でV₂が0Vを示せば逆極性直列接続が確認でき、A・D端子を後続測定に使用します。もしV₂が定格電圧の2倍を示せば同極性接続なので、AとCを短絡し、BとDを使用します。

一次側に定格電圧を印加すると、二次側総電圧は0になるため、二次巻線は開放状態とみなされ、二次電流はゼロです。したがって、定格一次電圧とゼロ二次電流の条件下で、W₁は両変圧器の鉄損を測定します。

次に、調圧トランスT_R（主電源で励磁）を用いて二次端子に低電圧（定格の5〜10%程度）を印加します。二次側に電流計A₂を接続し、印加電圧を調整してA₂が定格二次電流を示すようにします。この二次電流により、変圧器作用で一次側にも定格電流が流れ（緑点線の経路）、あたかも定格負荷で運転している状態になります。したがって、W₂は両変圧器の定格銅損を示します。

サンプナー試験回路の各計器読み取り値は以下の通りです。

• 電流計 A₁ = 無負荷電流 = 2I₀
• 電圧計 V₁ = 印加定格電圧（一次電圧）
• 電力計 W₁ = 鉄損（両変圧器） = 2P_i
• 電流計 A₂ = 定格二次電流（両変圧器） = 2I₂
• 電圧計 V₂ = 両二次巻線直列接続間の総電圧
• 電力計 W₂ = 定格銅損（両変圧器） = 2P_cu

観測記録表

I₁ (A)	V₁ (V)	W₁ (W)	I₂ (A)	V₂ (V)	W₂ (W)
…..	…..	…..	…..	…..	…..

損失の計算

同一変圧器2台を使用しているため、両者の損失は等しいとみなせます。W₁とW₂は両変圧器の合計損失を示すため、1台分の損失を求めるには読み取り値を半分にします。

効率の計算

変圧器の効率は以下で求められます。

等価回路パラメータの計算

サンプナー試験の測定値から、等価抵抗とリアクタンスを算出できます。

ここで R_S = 二次側換算等価抵抗。

各変圧器の電圧降下：

したがって、

温度上昇の測定

サンプナー試験により変圧器の温度上昇を測定できるため、熱ラン試験（ヒートランテスト）とも呼ばれます。試験中、油温と巻線温度を一定間隔で記録します。変圧器を長時間（36〜48時間）運転し、油温上昇から高温下での耐久性を評価します。

サンプナー試験のメリット・デメリット

メリット

• 大容量変圧器でも実負荷なしで試験可能。
• 必要電力は両変圧器の損失分のみで非常に少ない。
• 銅損、鉄損、温度上昇、等価回路パラメータ、効率を一度に求められる。

デメリット

同一仕様の変圧器2台が必要であること。