電力変圧器での部分放電を減らす8つの主要な措置

電力変圧器冷却システムの要件の増加とクーラーの機能

電力網の急速な発展と送電電圧の増加に伴い、大容量電力変圧器に対する絶縁信頼性に対する要求が高まっています。部分放電試験は絶縁に非破壊的でありながら非常に感度が高いため、変圧器の絶縁に内在する欠陥や輸送・設置中に生じた安全性を脅かす欠陥を効果的に検出することができます。そのため、オンサイトでの部分放電試験は広く応用され、72.5kV以上の電圧等級の変圧器に対する必須の試験項目としてリストアップされています。

1.部分放電とその原理

部分放電は静電気イオン化とも呼ばれ、静電荷の流れを指します。一定の印加電圧下で、より強い電界を持つ場所において絶縁が弱い位置で最初にイオン化が起こりますが、完全な絶縁破壊には至りません。この静電荷の流れ現象を部分放電と呼びます。導体周囲のガス中で起こる部分放電はコロナと呼ばれます。

部分放電は変圧器内部の絶縁内で局所的に起こる電気放電です。放電が局所的でエネルギーが低いため、直接的に内部絶縁の完全な破壊を引き起こすことはありません。

変圧器の部分放電試験については、中国では当初220kV以上の変圧器に対してのみ要件が実施されました。その後、新しいIEC規格により、設備の最大動作電圧Um ≥ 126kVの場合には部分放電測定を行うことが規定されました。国際規格も同様に、最大動作電圧Um ≥ 72.5kVかつ定格容量P ≥ 10,000kVAの変圧器について、特に合意がない限り部分放電測定を行うべきと規定しています。

部分放電試験方法はGB1094.3-2003の規定に従い、標準的な制限値は500pCを超えないように設定されています。しかし、実際の契約では、多くの場合顧客は300pC以下または100pC以下の制限を要求します。このような技術協定は、変圧器製造業者に対し、より高い製品技術基準を維持することを求めています。

2.部分放電の危険性

部分放電の危険性の程度は、その原因、位置、および発生電圧と消滅電圧のレベルに関連しています。発生電圧と消滅電圧が高いほど危険性は低く、逆もまた真です。放電特性に関しては、固体絶縁に影響を与える放電が最も危険で、絶縁強度を低下させたり、損傷を引き起こしたりします。

3.部分放電の原因

部分放電を引き起こす要因には設計上の考慮不足もありますが、主に製造プロセスから発生します：

• 部品の鋭角やバリが電界を歪め、放電発生電圧を低下させる;

• 外部物質や塵が電界を集中させ、外部電界下でコロナ放電または破壊放電を引き起こす;

• 湿気またはガス泡。水やガスの誘電率が低いため、電界の影響下で最初に放電が起こる;

• 浮遊金属構造部品の接触不良が電界の集中を引き起こしたり、火花放電を引き起こしたりする。

4.部分放電を減らすための対策

4.1 粉塵管理

部分放電を引き起こす要因の中でも、外部物質と塵は非常に重要なトリガーです。テスト結果によれば、1.5μm以上の金属粒子は電界の影響下で500pCを超える放電量を生じることが示されています。金属および非金属の塵はいずれも電界を集中させ、絶縁の発生放電電圧と破壊電圧を低下させます。

したがって、変圧器製造時の清潔な環境とコア本体の維持は重要であり、厳格な粉塵管理が必要です。製品が製造時にどの程度粉塵の影響を受けるかに基づいて、密閉型の防塵工場を設立する必要があります。例えば、ワイヤーの直線化、ワイヤーペーパー巻き、巻線製作、巻線組み立て、コア積層、絶縁部品製造、コア組み立て、コア仕上げなどの工程では、絶対に外部物質や塵が残ったり入ったりしてはなりません。

4.2 絶縁部品の一元化処理

絶縁部品は特に金属塵による汚染に脆弱であり、一旦金属塵が絶縁部品に付着すると完全に除去することは極めて困難です。したがって、絶縁工場での一元化処理が必要であり、他の粉塵発生エリアとは隔離された専用の機械加工エリアを設けなければなりません。

4.3 シリコン鋼板のバリの厳格な管理

変圧器コアの層は長手方向と横方向の切断プロセスによって形成されますが、これにより必ずバリが発生します。これらのバリは、層間ショート回路を引き起こし、内部循環電流を生成して空載損失を増加させるとともに、実際の層数を減少させながらコアの厚さを効果的に増加させます。さらに重要なのは、コア組み立て時や振動下での運転中にバリがコア本体に落ち、放電を引き起こす可能性があることです。タンク底に落ちたバリであっても、電界の影響下で整列し、接地電位放電を引き起こす可能性があります。したがって、コア層のバリは可能な限り最小限に抑える必要があります。110kV製品ではコア層のバリは0.03mm以下、220kV製品では0.02mm以下とするべきです。

4.4 リードワイヤーの冷間圧着端子

冷圧端子を使用してリード線を接続することは、部分放電量を減らす効果的な手段です。燐青銅溶接は多くの飛散粒子を生成し、それらはコア本体や絶縁部品に簡単に散逸します。また、溶接境界部には水浸したアスベストロープによる遮断が必要であり、これが絶縁中に水分を導入します。絶縁巻き後に水分が十分に除去されない場合、変圧器の部分放電量が増加します。

4.5 部品のエッジの丸め

部品のエッジを丸める目的は2つあります：1) 電界分布の改善と放電開始電圧の上昇。そのため、コア内のクランプ、引き板、足元パッド、ブラケット、プレート、出力エッジ、ブッシングライザーウォール、内タンク壁の磁気シールドプレートなど金属構造部品はすべてエッジを丸める必要があります。2) 鉄粉を生じる摩擦を防ぐため。例えば、クランプの吊り上げ穴とロープまたはフックの接触部分は丸める必要があります。

4.6 最終組立時の製品環境とコア仕上げ

コアの真空乾燥後、タンクの取り付け前にコア仕上げを行う必要があります。構造が複雑で大型の製品ほど仕上げ時間は長くなります。コア圧縮と固定具の締め付けは空気にさらされた状態で行われるため、この期間中に水分吸収や塵埃汚染が発生する可能性があります。そのため、コア仕上げは塵埃対策エリア内で行う必要があります。仕上げ時間（または空気中の露出時間）が8時間を超える場合は再乾燥処理が必要です。

コア仕上げ後、上部タンクセクションを取り付け、真空引きおよび油充填を行います。仕上げ段階でコア絶縁が水分を吸収するため、製品の真空引きによる脱湿処理が必要です。これは高電圧製品の絶縁強度を確保する重要な措置です。真空度はコアと環境の湿度、水分含有量基準に基づいて決定され、真空時間は炉からの排出時間、環境温度、湿度に基づいて決定されます。

4.7 真空油充填

真空油充填の目的は、真空引きにより変圧器の絶縁構造内の死点を排除し、空気を完全に排出し、その後真空条件下で変圧器油を充填することでコアの完全な浸透を確保することです。油充填後、試験まで少なくとも72時間待機させる必要があります。絶縁材料の浸透度は絶縁材料の厚さ、油温、浸漬時間によって依存します。良好な浸透は放電の可能性を減らし、十分な待機時間は必須です。

4.8 タンクおよび部品のシーリング

シーリング構造の品質は変圧器の漏洩に直接影響します。漏洩点が存在すれば、必然的に水分が変圧器内部に入り込み、変圧器油その他の絶縁部品が水分を吸収します—これは部分放電の一因となります。そのため、適切なシーリング性能を確保しなければなりません。