高次谐波？あなたのトランスフォーマーは過熱し、急速に老化しているかもしれません。

本報告は、貴社の配電システムの1日間の電力品質監視データに基づいています。データは、システム内に顕著な三相電流高調波歪（高い電流全高調波歪率THDi）があることを示しています。国際規格（IEC/IEEE）によれば、このレベルの高調波電流は、主に発熱増加、寿命短縮、さらには変圧器の損傷といった形で、電力供給変圧器の安全かつ信頼性高く経済的な運転に大きなリスクをもたらしています。

1. テストデータの概要

• 監視パラメータ：三相電流の全高調波歪率（A THD[50] Avg [%] L1, L2, L3）

• 監視期間：2025年9月8日午後4時から2025年9月9日午前8時まで（ルワンダ時間）

データソース：FLUKE 1732 Power Logger

• 監視期間中、三相電流の全高調波歪率（THDi）は高いレベル（例えば、一貫して約60％）にとどまっていた。

• この高調波レベルは、IEEE 519-2014やIEC 61000-2-2などの国際規格で指定されている配電システムの推奨される良好な実践範囲（THDi < 5%）および一般的な許容範囲（THDi < 8%）を大幅に超えています。

2. 高調波電流が変圧器に及ぼす影響のメカニズム（問題分析）

変圧器は純粋な50Hz正弦波電流に基づいて設計されています。高調波電流（特に3次、5次、7次の高調波）は以下の2つの主要な問題を引き起こします：

• 渦電流損失の倍増：変圧器巻線内の渦電流損失は、電流周波数の2乗に比例します。高周波の高調波電流は渦電流損失を急激に増加させ、基本電流に基づく設計値を大幅に上回ります。

• 追加の発熱と熱ストレス：前述の余分な損失は熱に変換され、変圧器巻線と鉄心の異常な温度上昇を引き起こします。

3. 国際規格に基づくリスク評価

非正弦波電流下での変圧器の運転に関するIEC 60076-1およびIEEE Std C57.110の規定に基づき、現在の高調波レベルが貴社の変圧器に及ぼす主なリスクは以下の通りです：

• リスク1：絶縁劣化の加速と寿命の大幅な短縮変圧器の寿命はその動作温度によって直接決定されます。一般的な指針では、巻線温度が連続的に6〜10°C上昇するごとに絶縁劣化速度は2倍になり、変圧器の予想寿命は半減します。長期的な過熱は変圧器の絶縁を脆弱にし、最終的には故障につながります。

• リスク2：実際の負荷容量の低下（デレーティングが必要）過熱を避けるため、現在の高調波レベル下では変圧器は定格容量で動作できません。IEEE Std C57.110の計算方法によれば、変圧器はデレーティング（例えば、THDiが12%の場合、デレーティング係数は0.92以下となる可能性があります）が必要です。これは、定格容量1000kVAの変圧器が実際の安全な負荷容量が920kVA未満になることを意味し、システムの容量拡張の可能性を制限します。

• リスク3：変圧器磁界強度の増大電動力の公式Et = 4.44 ⋅f⋅Φm（ここでfは周波数）によると、高調波は高周波磁束を生成し、巻線導体に顕著な渦電流を誘起し、局所的なホットスポットと過熱を引き起こします。高調波の過頻度は「増幅器」となり、たとえ高調波磁束Φmhの振幅が小さくても、その高周波特性により巻線間電動力がh倍に増幅されます。この増幅された電動力は巻線絶縁、特にコイルの最初の数ターンに作用し、局所的な過電圧を引き起こし、絶縁破壊のリスクを大幅に増加させます。