トランスフォーマの寿命は8℃上昇毎に半減する？熱老化メカニズムの理解

変圧器が定格電圧と定格負荷の下で正常に動作できる時間は、変圧器の耐用年数と呼ばれます。変圧器の製造に使用される材料は主に2つのカテゴリーに分かれます：金属材料と絶縁材料です。金属材料は一般的に比較的高い温度でも損傷せずに耐えることができますが、絶縁材料は温度が一定値を超えると急速に劣化します。したがって、温度は変圧器の耐用年数に影響を与える主要な要因の一つです。ある意味では、変圧器の寿命はその絶縁材料の寿命とも言えます。

温度を下げることで変圧器の耐用年数を延ばす

変圧器が定格電圧と定格負荷の下で正常に動作できる時間は、変圧器の耐用年数と呼ばれます。変圧器の製造に使用される材料は主に2つのカテゴリーに分かれます：金属材料と絶縁材料です。金属材料は一般的に比較的高い温度でも損傷せずに耐えることができますが、絶縁材料は温度が一定値を超えると急速に劣化します。したがって、温度は変圧器の耐用年数に影響を与える主要な要因の一つです。ある意味では、変圧器の寿命はその絶縁材料の寿命とも言えます。

絶縁材料が長期間にわたって電場や高温にさらされると、徐々に元の機械的および絶縁特性を失う現象を経年劣化と言います。経年劣化の速度は主に以下の要因によって決まります：

• 絶縁体の温度。

• 絶縁材料の水分含有量。

• 油浸変圧器の場合、油中に溶解している酸素量も考慮する必要があります。

これらの3つの要因が変圧器の耐用年数を決定します。実践と研究によれば、巻線が95°Cの温度を継続的に維持できれば、変圧器は20年の耐用年数を保証されます。温度と寿命の関係に基づいて「8°Cルール」が導き出されます：この温度での寿命を基準として、巻線の温度が8°C上昇するごとに変圧器の耐用年数は半減します。

中国のほとんどの電力変圧器は油紙絶縁、つまりAクラス絶縁を使用しています。Aクラス絶縁の変圧器の場合、通常の運転条件下で周囲空気温度が40°Cのとき、巻線の最大動作温度は105°Cです。

関連データと実践によれば：

• 変圧器の絶縁動作温度が95°Cの場合、その耐用年数は20年です。

• 変圧器の絶縁動作温度が105°Cの場合、その耐用年数は7年です。

• 変圧器の絶縁動作温度が120°Cの場合、その耐用年数は2年です。

変圧器の内部絶縁温度は、基本的に一定の電圧下では負荷電流の大きさによって決まります：負荷電流が高いほど絶縁温度も高くなり、負荷電流が低いほど絶縁温度も低くなります。

変圧器が過負荷状態で動作したり、夏に定格負荷で動作したりすると、内部絶縁は高温で動作し、寿命の損失が加速します。変圧器が軽負荷または冬に定格負荷で動作すると、内部絶縁は低温で動作し、寿命の損失が遅くなります。したがって、変圧器の負荷容量を年間を通じて最大限に活用しつつ、その正常な耐用年数に影響を与えないようにするために、月間負荷を適切に調整することができます。

高電圧が変圧器の経年劣化を加速する

例えば、規則により変圧器の動作電圧は定格電圧の5%を超えてはならないと規定されています。過度に高い電圧は変圧器コアの磁束励起電流を増加させ、コア飽和を引き起こし、高調波磁束を生成し、コア損失をさらに増加させ、コアの過熱を引き起こします。過度に高い電圧はまた変圧器の経年劣化を加速し、その耐用年数を短縮します。したがって、変圧器の動作電圧はあまり高くしてはなりません。

絶縁材料が一定の程度まで経年劣化すると、運転時の振動や電磁力の影響で絶縁が割れやすくなり、電気的破壊故障がより起こりやすくなり、変圧器の耐用年数が短くなります。

変圧器の負荷を調整して理想的な耐用年数を達成する

変圧器の内部絶縁温度は、基本的に一定の電圧下では負荷電流の大きさによって決まります：負荷電流が高いほど絶縁温度も高くなり、負荷電流が低いほど絶縁温度も低くなります。

変圧器が過負荷状態で動作したり、夏に定格負荷で動作したりすると、内部絶縁は高温で動作し、寿命の損失が加速します。変圧器が軽負荷または冬に定格負荷で動作すると、内部絶縁は低温で動作し、寿命の損失が遅くなります。したがって、変圧器の負荷容量を年間を通じて最大限に活用しつつ、その正常な耐用年数に影響を与えないようにするために、月間負荷を適切に調整することができます。

適切なメンテナンスは変圧器の耐用年数を最大化するのに役立ちます
変圧器が故障すると、修理費用や停止時間のコストが莫大になり、コイルの再巻きや大型電力変圧器の再構築には6〜12ヶ月かかることがあります。したがって、適切なメンテナンスプログラムは変圧器が最大の耐用年数を達成するのに役立ちます。

良好なメンテナンスプログラムの3つの重要なポイント

設置と運転

A. 変圧器の負荷が設計限界内に留まることを確認してください。油冷式変圧器の場合、上部油温を注意深く監視してください。
B. 変圧器の設置場所はその設計と建設基準に適合している必要があります。屋外に設置する場合は、変圧器が屋外での動作に適していることを確認してください。
C. 変圧器を雷や外部からの損傷から保護してください。

油試験

変圧器油の絶縁強度は水分含有量が増加すると急激に低下します。わずか0.01%の水分でも絶縁強度はほぼ半分に減少します。小型配電変圧器を除き、すべての変圧器の油サンプルは定期的にブレイクダウン試験を行い、適切に水分を検出し、ろ過によって除去する必要があります。

油中の故障ガス分析を行うべきです。変圧器油中の8種類の故障ガスをオンラインモニタリングデバイスで継続的に測定することで、発生する故障とともに溶解したガスの濃度を測定します。これらのガスの種類と濃度を分析することで、故障の種類を特定できます。油の物理的特性試験は毎年実施し、絶縁性能を確認する必要があります。これは、絶縁ブレイクダウン強度、酸性度、界面張力などの試験を含みます。