配電変圧器の熱性能および機械性能試験：信頼性と長寿命を確保する

はじめに

複雑な電力配分の世界において、配電変圧器は重要な役割を果たしています。これらの変圧器は、一次配電レベルから最終利用者に適した電圧まで電圧を下げることが任務です。それらの正常な動作は、安定かつ効率的な電力網の維持に不可欠です。この記事では、配電変圧器評価における2つの重要な側面である熱性能試験と機械性能試験について詳しく説明し、サービス中断の防止と電圧変動の管理方法も探求します。

配電変圧器の熱性能試験

熱検査の重要性

配電変圧器は運転中に熱を発生します。熱は主に巻線損失やコアのヒステリシスによって生じます。制御されない熱の蓄積は、絶縁体の劣化、変圧器の老化加速、そして重大な故障リスクにつながります。定期的な変圧器の熱検査は極めて重要です。これらの検査には温度モニタリングやホットスポット検出が含まれ、早期警告システムとして機能します。熱異常を迅速に特定することで、技術者は故障を予防し、配電網を通じて途切れることのない電力供給を確保できます。

変圧器の熱性能検査の主要な要素

以下のいくつかの試験が、配電変圧器の熱性能検査の基礎となります：

• 温度上昇試験：変圧器の基本的な検査であり、定格負荷下での巻線および油の温度上昇を測定します。変圧器で確立された基準からの逸脱は、冷却不足または内部抵抗問題などの潜在的な問題を示唆します。このような発見は、冷却ファン、フィン、または冷却剤レベルなどのコンポーネントのより詳細な検査を促します。

• 熱画像検査：赤外線カメラを使用するこの非侵襲的検査手法により、変圧器の表面温度をマッピングし、隠れたホットスポットを特定します。これは、接続不良やダクトの詰まりなどによるものかもしれません。これにより、絶縁体の損傷が起こる前に対象的な修理を行うことができます。

• 油温分析：変圧器油の粘度と酸性度をサンプリングおよび試験することで、変圧器が経験した熱ストレスレベルの洞察を得ることができます。変圧器の油の酸性度が高くなると、過度の加熱を示しており、熱源と冷却機構の検査を促します。

変圧器の検査プロトコルと規格

IEEE C57.12.90およびIEC 60076などの規格は、変圧器の系統的な熱検査を義務付けています。試験中、技術者は変圧器に全負荷状態を模擬しながら温度勾配を密接に監視します。例えば、変圧器の温度上昇検査では、数時間にわたって変圧器を安定させた後に読み取りを行います。環境条件、試験期間、熱プロファイルなどを含む各検査の詳細な記録は、時間経過とともに変圧器のトレンド分析を容易にします。

変圧器検査の頻度と適応戦略

変圧器の熱検査の頻度は、負荷変動や環境条件などのさまざまな要因によって異なります。都市部で負荷が変動する配電変圧器は月ごとの検査が必要となる場合がありますが、地方部では四半期ごとのチェックで十分な場合もあります。暑い気候では、熱ストレスの影響を抑えるために、熱検査の間隔を短縮します。高度な監視システムにより、埋め込まれたセンサーを通じて変圧器の継続的な熱検査が可能になり、リアルタイムデータが制御センターに送信されます。

変圧器の検査における課題の克服

変圧器の熱検査にはいくつかの課題があります。特に、一時的な負荷ピークによって偽陽性が発生することがあります。これを緩和するために、技術者は熱データを変圧器の電気パラメータ（負荷電流など）と相関させます。また、内部巻線のような到達困難なコンポーネントへのアクセスには専門的な知識が必要です。一部の検査では、油を排出する必要があり、厳格な安全プロトコルの遵守が求められます。定期的な熱センサーの校正により、正確な検査結果が得られます。

熱検査と変圧器メンテナンスの統合

変圧器の熱検査は、データ収集とメンテナンスアクションの橋渡しとして機能します。ホットスポット、冷却効率の低下、または変圧器の油劣化をフラグで示す包括的な検査レポートは、即時の介入をガイドします。例えば、熱画像検査で冷却フィンの詰まりが明らかになった場合、クリーニングまたは交換が優先されます。熱検査を変圧器の予防メンテナンススケジュールに組み込むことで、オペレーターは変圧器の寿命を延ばし、電力網の脆弱性を減らすことができます。

配電変圧器の機械性能試験

変圧器の機械検査の不可欠性

配電変圧器はそのライフサイクル全体で機械的ストレスにさらされます。電気障害は強烈な電磁力を生成し、変圧器の巻線を歪める可能性があります。さらに、地震活動や輸送中の粗暴な取り扱いは、変圧器の内部コンポーネントを損傷させる可能性があります。定期的な機械検査は、目視チェックから動的試験まで、隠れた欠陥の検出に不可欠です。変圧器の初期段階での機械的弱点を特定することで、オペレーターは電力供給を中断したり、これらの変圧器に依存する全体のインフラストラクチャを危険に晒す突然の故障を防ぐことができます。

変圧器の主要な機械試験要素

以下の試験は、配電変圧器の機械性能検査に不可欠です：

• 短絡インパルス試験：この検査では、障害状況を模擬して変圧器が電磁力を耐えられる能力を評価します。変圧器のインピーダンスの偏差や巻線のずれは機械的ストレスを示し、クランプ構造や支持フレームの検査を促します。

• 振動分析検査：センサーを使用して変圧器の動作中の振動を監視します。変圧器で異常な周波数が検出されると、緩んだ部品、位置ズレのコア、または破損した冷却ファンなどの問題を示します。この非侵襲的な検査手法により、技術者は変圧器の機械的問題を早期に特定し修正することができます。

• 機械的衝撃試験：製造過程または変圧器の輸送後に行われ、変圧器のショックに対する耐久性を評価します。落下試験や地震シミュレーションにより、タンク、ブッシング、または端子接続などのコンポーネントの脆弱性が明らかになり、重要なジョイントの検査を促します。

変圧器の検査プロトコルと規格

IEEE C57.12.90およびIEC 61378などの規格は、変圧器の厳格な機械検査を義務付けています。試験中、技術者は正確な手順に従います。例えば、変圧器の短絡試験では、制御された電流注入を行いながら変圧器の機械的反応を密接に監視します。各検査の詳細な記録、試験パラメータ、観察された変形、修復推奨事項は、将来の変圧器分析のための歴史的記録を構築します。

変圧器検査の頻度と文脈適応

変圧器の機械検査の頻度は使用シナリオによって異なります。地震多発地域の配電変圧器は四半期ごとに振動検査を受けることがありますが、安定した環境では年1回の検査で十分な場合もあります。新しく設置された変圧器は、直ちに輸送後の検査を受け、その整合性を確認します。高度な監視システムにより、埋め込まれたひずみゲージや加速度計を通じて変圧器の継続的な機械検査が可能になっています。

変圧器の検査における課題の克服

変圧器の機械検査には独自の複雑さがあります。変圧器を分解せずに内部損傷を検出することは大きな障壁です。超音波検査などの一部の検査では、変圧器の隠れた亀裂を特定するための専門的な知識が必要です。また、通常の摩耗と異常な劣化を区別するには経験が必要です。これらの課題に対処するため、技術者は振動分析と目視検査を組み合わせ、比較評価のために変圧器の履歴データを利用します。

機械検査と変圧器メンテナンスの統合

変圧器の機械検査は診断と行動の重要なリンクとして機能します。緩んだボルト、変形した巻線、または損傷した支持構造などの問題をフラグで示す包括的な検査レポートは、緊急の修理または部品交換を指示します。例えば、振動検査で変圧器のコアの位置ズレが明らかになった場合、再調整と再締めが最優先となります。機械検査を変圧器の予防メンテナンススケジュールに組み込むことで、オペレーターは変圧器の寿命を延ばし、電力網の堅牢性を強化することができます。

配電変圧器のサービス中断の防止

変圧器、二次側、およびヒューズの動作方法

配電変圧器は、配電または一次フィーダー電圧から利用電圧に電圧を下げます。これらは一次フィーダー、サブフィーダー、および横枝線を介して一次ヒューズまたはフューズドカットアウトに接続されています。変圧器の障害や低インピーダンスの二次回路障害が発生した場合、一次ヒューズはその関連する配電変圧器を一次フィーダーから切り離します。通常閉鎖されているフューズドカットアウトは、小さな配電変圧器の検査やメンテナンスのための便利な手段を提供します。

一次ヒューズだけでは、配電変圧器の満足のいく過負荷保護は達成できません。これは、その電流-時間曲線と配電変圧器の安全な電流-時間曲線の形状の違いによるものです。完全な過負荷保護を提供するのに十分な小さなヒューズを使用すると、ヒューズが早すぎるタイミングでブローし、貴重な変圧器の過負荷容量の多くが失われます。また、このような小さなヒューズは、浪涌電流でも頻繁に不要にブローします。したがって、一次ヒューズは短絡保護のみを提供するように選択されるべきであり、その最小ブローカレントは通常、関連する変圧器のフルロード電流の200%以上です。

架空オープンワイヤフィーダーに接続された配電変圧器は、しばしば激しい落雷障害にさらされます。落雷による絶縁体の破壊と変圧器の故障を最小限にするために、これらの変圧器には通常、避雷器が使用されます。

配電変圧器の二次側導線は通常、放射状二次回路に固定接続されており、そこから消費者サービスが引き出されます。つまり、変圧器は二次回路上の過負荷や高インピーダンス障害に対して保護されていません。過負荷による配電変圧器の焼損は比較的少ないですが、これは変圧器が通常、その過負荷容量を十分に利用していないためです。また、危険な過負荷が発生する前に頻繁に行われる負荷チェックと是正措置も、過負荷関連の故障が少ない理由の一つです。しかし、特に木の状態が悪い地域では、二次回路上の高インピーダンス障害の方が過負荷よりも多くの配電変圧器の故障を引き起こします。

配電変圧器の二次側導線にあるヒューズは、同様の理由で一次ヒューズと比べて変圧器の焼損防止にはほとんど効果がありません。配電変圧器に対する過負荷と高インピーダンス障害に対する満足のいく保護を得るための適切な方法は、変圧器の二次側導線に回路遮断器を設置することです。この回路遮断器のトリップ曲線は、変圧器の安全な電流-時間曲線と適切に調整される必要があります。一次ヒューズも二次遮断器と調整され、遮断器が通過できる任意の電流でトリップする前にヒューズが損傷しないようにする必要があります。

二次回路からサービススイッチまでの消費者のサービス接続での障害は非常にまれです。したがって、地下二次回路からの大規模サービスを除いて、二次回路にサービス接続が接続されるポイントに二次ヒューズを使用することは経済的に正当化されません。

電圧変動の考慮事項

消費者のサービススイッチで最大約10%の電圧変動を想定すると、フルロード時のシステムの各部分でのこの降下の分割は以下のようになります：

• 最初の変圧器と最後の変圧器間の一