H59配電変圧器の故障の主な原因

1. 過負荷

まず、人々の生活水準の向上に伴い、電力消費は一般的に急速に増加しています。元のH59配電変圧器は容量が小さく—「小さな馬が大きな車を引く」状態—で、ユーザーの需要を満たすことができず、変圧器は過負荷状態で動作することになります。また、季節的な変動や極端な天候条件により、ピーク時の電力需要がさらに高まり、H59配電変圧器は過負荷で動作することになります。

長期間の過負荷運転により、内部部品、巻線、および油絶縁が早期に劣化します。変圧器の負荷は主に季節的および時間的に依存しており—特に農村地域では繁忙期に変圧器はフルまたは過負荷で動作し、夜間には軽負荷で動作します。これにより、負荷曲線の変動が大きくなり、ピーク時には動作温度が80℃以上になり、最低時には10℃まで下がります。

さらに、農村の変圧器の検査では、各変圧器が平均して底部に100グラム以上の湿気を蓄積していることが示されています。この湿気は、熱膨張と収縮による変圧器油の呼吸作用を通じて侵入し、その後油から析出します。また、油量が不足すると油面が低下し、絶縁油と空気との接触面積が増大し、大気からの湿気吸収が加速します。これにより内部絶縁強度が低下し、絶縁が一定の閾値以下に劣化すると内部破壊やショート回路障害が発生します。

2. H59配電変圧器への不適切なオイル補充

電気技師がH59配電変圧器が通電している状態でオイルを補充しました。1時間後、高圧ドロップアウトヒューズが2相で飛び、微かなオイル噴射が確認されました。現場での調査で大規模修理が必要であることが確認されました。変圧器の焼損の主な原因は以下の通りです：

• 新たに追加された変圧器オイルがタンク内の既存のオイルと互換性がありませんでした。変圧器オイルは異なる基材で作られており、通常は異なる種類の混ぜ合わせは禁止されています。

• 変圧器を非通電状態にせずにオイルを補充しました。熱いオイルと冷たいオイルを混ぜることで内部循環が加速し、底部の湿気をかき混ぜ、高・低圧巻線中に分散させ、絶縁を低下させ、破壊を引き起こしました。

• 劣悪な品質の変圧器オイルを使用しました。

3. 不適切な無効電力補償による共鳴過電圧

線路損失を減らし設備の利用率を向上させるため、規則では100kVA以上のH59配電変圧器に無効電力補償装置を設置することを推奨しています。しかし、補償が不適切に設定されると—つまり、回路全体の容量反応が全誘導反応と等しくなると—線路と接続された設備で鉄共鳴が発生し、過電圧と過電流が発生し、H59変圧器および他の電気機器を焼損させる可能性があります。

4. システム鉄共鳴過電圧

農村の10kV配電網では、線路の長さ、地上までの高さ、導体のサイズが異なります。H59変圧器、溶接機、コンデンサ、および大型負荷の頻繁な切り替えにより、システムパラメータは大きく変化します。さらに、10kV地中中性点接地システムにおける一時的な単相接地により、共鳴過電圧が引き起こされることがあります。これが発生すると、軽度の場合には高圧ヒューズが飛ぶことになり、重度の場合には変圧器が焼損し、まれな場合にはブッシングのフラッシュオーバーや爆発が発生します。

5. 雷過電圧

規則により、H59配電変圧器は高圧側と低圧側に合格した避雷器を装備しなければなりません。これは、雷や鉄共鳴過電圧による巻線やブッシングへの損傷を軽減するためです。過電圧関連の損傷の一般的な原因には以下のものがあります：

• 避雷器の不適切な設置または試験。通常、3つの避雷器が単一の接地ポイントを共有します。時間とともに、天候による腐食や不適切なメンテナンスにより、この接地接続が切れたり劣化したりすることがあります。雷や共鳴過電圧イベント時に、不十分な接地により効果的な放電ができず、変圧器の破壊につながります。

• 保険の過度な依存。多くのユーザーは、変圧器が保険されているため、避雷器の設置と試験は不要だと考えています—保険会社が故障をカバーすると信じているためです。この考え方により、数年来、広範囲にわたる変圧器の損傷が発生しています。

• 高圧側の避雷器にのみ重点を置いて低圧側を無視する。低圧側の避雷器がない場合、低圧側での雷の直撃により逆方向の電圧スパイクが発生し、高圧巻線にストレスがかかり、低圧巻線も損傷する可能性があります。

6. 二次短絡

二次短絡が発生すると、二次側に定格電流の数倍から数十倍の短絡電流が流れます。それに応じて一次側にも大きな電流が流れ、二次側の故障電流による脱磁効果を打ち消します。このような大量の電流は：

• 巻線内に巨大な機械的なストレスを生成し、コイルを圧縮し、主および層間絶縁を緩め、変形させます。

両方の巻線で温度が急速に上昇します。ヒューズが適切なサイズでない、または銅/アルミニウム線に置き換えられている場合、巻線はすぐに焼き切れてしまいます。

7.タップチェンジャーの接触不良

• 設計が不十分で品質の低いタップチェンジャー、スプリング圧力が不足しているもの、または可動接点と固定接点間の接触が不完全なものは、ミスマッチした接点間の絶縁距離を減らし、アーク発生、ショート回路、タップ巻線または全体のコイルの急速な焼き切れにつながります。

• 人的エラー：一部の電気技師は無負荷時のタップ変更の原理を誤解しています。調整後、接点が部分的にしか接続されないことがあります。また、長期的な運用により固定接点が汚染され、接触不良、アーク発生、そして最終的にはトランスフォーマーの故障につながることがあります。

8. ブリーザポートの詰まり
50 kVA以上の評価を持つトランスフォーマーには通常、コンサーバータンクに「ブリーザ」が取り付けられています。ブリーザハウジングは通常、乾燥剤で満たされた透明なガラスシリンダーです。輸送中に壊れやすいため、製造業者は実際のブリーザではなく、湿気の侵入を防ぐためにブリーザポートに小さな四角い金属プレートをボルトで固定して出荷することが多いです。

運転開始時には、この金属プレートを取り外し、機能するブリーザに速やかに取り換える必要があります。そうでない場合、動作中に発生する熱により油が膨張し、内部圧力が上昇します。機能するブリーザがないと、油が適切に循環せず、熱が逃げず、コアと巻線の温度が上昇し続けます。絶縁が継続的に劣化し、最終的にトランスフォーマーが焼き切れます。

9. その他の問題
H59配電トランスフォーマーの日常的な運用と保守における一般的な問題には以下のものがあります：

• 保守または設置時に導体ロッドのナットを締めたり緩めたりすると、ロッドが回転し、二次側の軟銅リード間に接触が生じ、相間ショート回路や一次側巻線リードの破断を引き起こす可能性があります。

• トランスフォーマー作業中に工具や物体を落とすと、ブッシングが損傷し、小さな接地フラッシュオーバーや深刻なショート回路を引き起こすことがあります。

• 並列接続されたトランスフォーマーの保守、試験、ケーブル交換後に位相順序確認を行わず、ランダムに再接続すると、位相が正しくない状態になります。電源投入時に大きな循環電流が流れ、トランスフォーマーが焼き切れます。

• 低電圧側に設置された盗難防止計量箱は、スペース制約と粗悪な作業によって、一部の接続が単にワイヤーで巻かれていることがよくあります。これにより、LV端子での接触抵抗が高くなり、重負荷下で過熱やアーク発生が生じ、最終的に導体ロッドが焼き切れます。