電力変圧器のLTAC試験の規格と計算
1 導入
国際標準GB/T 1094.3-2017の規定によると、電力変圧器のライン端子交流耐電圧試験（LTAC）の主な目的は、高圧巻線端子から接地までの交流絶縁強度を評価することです。これは、巻線間絶縁や相間絶縁を評価するものではありません。
他の絶縁試験（例えば全雷衝撃試験LIまたはスイッチング衝撃試験SI）と比較して、LTAC試験は試験時間（通常50Hzの変圧器で30秒、60Hzの変圧器で36秒）が長いため、高圧巻線端子、高圧リード端子、およびクランプ構造、ライザユニット、タンクなどの接地金属部品との間の主な絶縁強度に対してより厳しい評価を行います。
多くの絶縁試験失敗事例が示すように、多くの電力変圧器は雷衝撃試験（LI）やスイッチング衝撃試験（SI）を通過しても、ライン端子交流耐電圧試験（LTAC）中に破壊を起こすことがあります。これらの破壊はしばしば試験の最後の数秒間に発生します。これは、試験時間による主な絶縁評価の重要性を明確に示しており、LTAC試験が主な絶縁強度を評価する厳格さを強調しています。
したがって、変圧器設計エンジニアは、設計段階でライン端子交流耐電圧試験（LTAC）中の巻線電位分布を正確に計算し、科学的かつ合理的な主な絶縁設計を行い、十分な絶縁マージンを確保することが重要です。
2 標準解釈
電力変圧器のライン端子交流耐電圧試験（LTAC）は、最新の国際標準GB/T 1094.3-2017で新たに追加された高圧絶縁試験項目です。これは、以前の標準GB/T 1094.3-2003で規定されていた短時間誘導耐電圧試験（ACSD）から進化・分離しました。LTAC試験に関する関連規定は以下の表にリストされています：
最大設備電圧 (kV) |
Um≤72.5 |
72.5<Um≤170 |
Um>170 |
|
絶縁レベルタイプ |
均一 |
均一 |
グレード |
グレード、均一 |
ライン端子交流耐電圧試験 (LTAC) |
なし |
特別 |
通常 |
特別 |
注1：製造業者とユーザーの合意により、設備の最高電圧が170 kV以下の電力変圧器のLTAC試験は、ライン端子でのスイッチング衝撃試験（SI）で置き換えることができます。 |
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標準は、電力変圧器のライン端子交流耐電圧試験（LTAC）について以下の解釈を提供しています：
Um ≤ 72.5 kVの電力変圧器は全て完全絶縁であり、高圧巻線と高圧リード端子から接地までの主な絶縁強度は適用電圧試験（AV）によって十分に評価できます。そのため、LTAC試験は必要ありません。
72.5 < Um ≤ 170 kVの電力変圧器：
完全絶縁の場合、主な絶縁強度は依然として適用電圧試験（AV）によって十分に確認できますが、LTAC試験は特別試験として規定されています。これは通常の試験では必要ありませんが、ユーザーからの明示的な要求がある場合は実施する必要があります。
中性点接地（グレード絶縁）の場合、LTAC試験は通常試験として規定され、工場受入れ試験の各ユニットで実施する必要があります。ただし、ユーザーの同意があれば、ライン端子スイッチング衝撃試験（SI）で置き換えることができます。
Um > 170 kVの電力変圧器は、完全絶縁またはグレード絶縁に関わらず、LTAC試験は特別試験として分類されます—通常は必須ではなく、ユーザーからの特定の要求がない限り実施されません。この場合、ライン端子スイッチング衝撃試験（SI）で置き換えることはできません。
実際には、完全絶縁の電力変圧器の場合、電圧レベルに関係なく、ライン端子交流耐電圧試験（LTAC）は行われません。これは、高圧巻線/リード端子から接地までの主な絶縁強度は、通常の1分間適用電圧試験（AV）によってより厳格に確認できるためです。
Um > 170 kVの電力変圧器の場合、LTAC試験はSI試験で置き換えることはできません。理論計算と歴史的な経験から、170 kV以上の変圧器のライン端子から接地までの主な絶縁評価において、LTAC試験はSI試験よりも約10%厳格であることが示されています。
3 計算方法
電力変圧器のライン端子交流耐電圧試験（LTAC）を行う目的は、高圧端子に指定された試験電圧を誘導し、低圧端子が可能な限り指定されたレベルに近い電圧値に達することを保証することです。具体的な試験方法については必須要件はありません。最も一般的なLTAC試験方法は「反対相ショートおよび接地支持法」です。このセクションでは、SZ18-100000/220電力変圧器を例にとってこの方法を簡単に紹介します。
3.1 変圧器パラメータ
電圧比: 230 ± 8 × 1.25% / 37 kV
容量比: 100 / 100 MVA
定格周波数: 50 Hz
ベクトルグループ: YNd11
絶縁レベル: LI950 AC395 – LI400 AC200 / LI200 AC85
3.2 試験回路
この電力変圧器のライン端子交流耐電圧試験（LTAC）の回路図は以下の通りです：
LTAC試験回路図（A相を例とする）
高圧側タップ9、低圧側は定格電圧の2.0倍で励磁
LTAC試験回路の主要なポイントは以下の通りです：
LTAC試験は相ごとに実施され、つまり単相誘導過電圧試験で、誘導係数は約2倍の定格電圧です。一部のケースでは、厳密に2倍を達成することは不可能であり、若干の偏差は許容されます。
高圧巻線のA相のLTAC試験を例に挙げます：低圧端子ax間に一定の電圧Uaxを印加し、端子xを接地します；低圧側の端子bとcは浮動状態にします。高圧側では、端子BとCをショートさせて接地し、端子Aと中性点（0）端子は開けたまま（接続しない）にします。
高圧巻線は特定の指定されたタップ位置に設定され、高圧線端子Aに必要な試験電圧395 kV（±3%の許容偏差）が誘導されるようにします。
3.3 計算過程
ファラデーの電磁誘導の法則と磁束連続性の原理に基づいて、上記の試験構成では、B相とC相のコア脚の磁束はA相のコア脚の半分であり、方向が逆になります。したがって、B相とC相の巻線に誘導される電圧の振幅はA相の巻線の半分になります。
LTAC試験中のコア磁束分布の模式図
（高圧A相を例とする）
低圧a相の励磁電圧の誘導係数をK、高圧側のタップ位置をNとすると、以下の式が立てられます：
Uₐ₀ + U₀₈ = 395
（B相が接地されているため、Uᵦ = 0）
B相のコア脚の磁束振幅がA相の半分であるため：
U₀₈ = ½ Uₐ₀
よって：
1.5 × Uₐ₀ = 395
変圧器の電圧比とタップ設定を代入すると：
(230 / 1.732) × [1 + (9 − N) × 1.25%] × K × 1.5 = 395
この式にはNとKという2つの未知数があり、理論的には無限の解があります。しかし、物理的に考えると、両方の変数は制約されています：Nは1から17の整数で、Kは約2です。
N = 9で解くとK = 1.98となります。
または、K = 2とN = 9で設定すると、誘導電圧Uₐ = 398.4 kVとなります。
上記の式を使用して、LTAC試験中の変圧器巻線の任意の点での誘導地電位を計算することができます。
3.4 電圧分布
上記の計算方法を使用して、高圧巻線のA相のLTAC絶縁試験中の巻線の電位分布を以下のように決定することができます：
A相の単相LTAC試験中の巻線電位分布
上記の誘導電圧分布図から、単相LTAC試験中には巻線間の誘導電位差は比較的小さいことがわかります。したがって、LTAC試験は巻線間の主な絶縁強度を厳格に評価するものではなく、完全に評価するものでもありません。しかし、高圧線端子から接地までの主な絶縁強度の評価はこの試験下で最も厳格です（これは特にグレード絶縁変圧器に適用されます）。設計時には、LTAC試験条件における高圧巻線端子、高圧リード端子、およびクランプ構造、タンク壁、高圧ブッシングライザーなどの接地部品との間の主な絶縁強度を特に注意して確認する必要があります。
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