電力変圧器の絶縁抵抗と誘電損失分析

1 導入

変圧器は電力システムにおいて最も重要な設備の一つであり、変圧器の故障や事故を最小限に抑えるためには予防が不可欠です。様々な種類の絶縁不良は、すべての変圧器事故の85%以上を占めています。したがって、変圧器の安全な動作を確保するためには、定期的な絶縁試験を行い、事前に絶縁不良を検出し、潜在的な事故リスクに対処することが必要です。私のキャリアを通じて、頻繁に変圧器試験に関わっており、この分野で豊富な知識を蓄積してきました。この記事では、変圧器の包括的な絶縁試験とその結果から得られる絶縁状態について詳細に解説します。

2 絶縁抵抗と吸収比の測定

2.1 絶縁抵抗の測定

測定時には、標準仕様に従ってメガオーム計を使用し、各変圧器巻線と地間、および巻線間の絶縁抵抗を順次測定します。測定対象の巻線端子はショート回路し、非測定巻線の端子はすべてショート回路し接地します。測定位置と順序は以下の表に従ってください。

絶縁抵抗値を比較する際には、以下の数式を使用して同じ温度に換算する必要があります。

数式において：

R1は温度t1で測定された絶縁抵抗値（メガオーム）を表す

R2は温度t2で計算された絶縁抵抗値（メガオーム）を表す

測定された絶縁抵抗値は主に各巻線の連続的な測定結果を比較することによって判断されます。前のテスト結果と比較して大幅な変化がないことが必要であり、通常は前の値の70％以上であるべきです。試運転試験では、その値は通常工場試験値（同じ温度での）の70％以上であるべきです。

基準値が利用できない場合、絶縁抵抗値の標準は一般的に以下の表に示される通りです。

2.2 吸収比と極化指数の測定

吸収比とは、メガオームメーターを使用して電圧を印加した後60秒と15秒で測定された絶縁抵抗値の比率です。吸収比は絶縁内の湿気に対して非常に敏感です。温度が10°Cから30°Cの間では、吸収比は1.3以上であるべきです。

220kV以上の評価または120MVA以上の変圧器では、極化指数を測定する必要があります。この指数は10分と1分での読み取り値の比率であり、極化指数は1.5以上であるべきです。

絶縁抵抗と吸収比の測定は、変圧器の絶縁状態をチェックするための単純かつ普遍的な方法です。このテストは、絶縁の湿気や割れた磁器絶縁子、接地リードなどの局所的な欠陥を効果的に検出することができます。測定された絶縁抵抗と吸収比が指定値を満たしていない場合、上記のような特定の欠陥が絶縁に存在します。

3 漏れ電流試験

試験中には、直流高電圧発生器とマイクロアンペア計を使用します。電圧の適用点は以下の表に示されています:

試験電圧の適用基準は以下の表に示されています。

試験電圧まで電圧を上げた後、1分後にテストされた巻線を通る直流電流を読み取ります。この値が測定されるリーク電流です。

リーク電流試験は本質的に絶縁抵抗を測定します。しかし、リーク電流の測定にはより高い直流電圧が使用されるため、メガオームメーターでは検出できないような変圧器の部分的なブレークダウン欠陥やリードブッシングの欠陥のような絶縁欠陥を見つけることができます。測定結果の分析と判断においては、主に同様の変圧器との比較、異なる巻線間の比較、および過去数年の試験結果との比較を行い、大きな変化は期待されません。年々値が増加する場合、これはしばしば徐々に進む絶縁劣化を示していますので注意が必要です。過去の年と比べて急激な増加がある場合は、重大な欠陥が存在し調査が必要であることを示している可能性があります。

4 絶縁損失角のタンジェントの測定

変圧器の筐体が直接接地されているため、反転配線を持つQS1型交流ブリッジを使用して絶縁損失角のタンジェントを測定します。測定点は以下の表に示されています。

注：本文中に具体的な表の内容は提供されていませんので、ここでは一般的な表現で言及しています。具体的な詳細やデータがあれば、それらを翻訳に含めることでより正確性が高まります。

この翻訳では、接地の考慮事項により特定の装置を使用する理由とともに、絶縁損失角の技術的な試験手順についてカバーしています。また、現在の試験結果を過去のデータと比較することの重要性を反映しており、変圧器の絶縁システム内の潜在的な問題を特定するためのものです。

測定中、試験対象の巻線の2つの端子をショート回路にし、すべての非試験相巻線はショート回路にして接地する必要があります。これにより、巻線のインダクタンスによる測定誤差を防ぐことができます。

変圧器巻線絶縁の誘電損失角の正接値の標準値（20°C）は以下の表に示されています。

誘電損失角のタンジェントは、歴史的な値と比較して大幅な変化を示すべきではありません（通常30％を超えない）。巻線電圧が10kV以上の場合、試験電圧は10kVであり、巻線電圧が10kV未満の場合には、試験電圧は定格電圧（Un）と等しくなります。

測定時、誘電損失角のタンジェントは以下の数式を使用して同じ温度に換算する必要があります：

この式では：

tgδ1およびtgδ2は、それぞれ温度t1およびt2におけるタンデルタ値を表します。

トランスフォーマー巻線絶縁の誘電損失角のタンジェントを測定することは、主にトランスフォーマーの湿気侵入、絶縁の劣化、油の劣化、絶縁上のスラッジの蓄積、および深刻な局所的欠陥を確認するために使用されます。測定された誘電損失角のタンジェントが規定値を満たしていない場合、上記のいずれかのタイプの欠陥が絶縁に存在することが確実です。

5 商用周波数交流耐電圧試験

商用周波数交流耐電圧試験の設備は、通常、試験用トランスフォーマー、電圧調整器、高電圧静電ボルトメータ、および球ギャップが必要です。必要に応じて、高電圧側に交流アンペアメータと水抵抗を直列に接続することもあります。試験中、試験機器は試験対象物の試験電圧と容量要件に基づいて適切に選択する必要があります。