変圧器巻線温度の測定方法

導入

変圧器の巻線温度は、電源変圧器の安全かつ効率的な動作を確保するために注意深く監視および制御する必要がある重要なパラメータです。変圧器巻線の温度を監視することは、過熱、絶縁劣化、および機器の故障や壊滅的な事態につながる可能性のあるその他の潜在的に危険な状態を防ぐために不可欠です。この記事では、変圧器巻線温度の測定に使用されるさまざまな方法と、正確な温度測定に影響を与える主な要因について説明します。

変圧器巻線温度測定の重要性

変圧器巻線の温度は、電源変圧器の安全かつ効率的な動作に直接影響を与える重要なパラメータです。過度の熱は絶縁劣化、効率の低下、さらには致命的な故障につながる可能性があります。一方、過度に低い温度で動作する変圧器は結露を起こす可能性があり、絶縁損傷や最終的な故障につながる可能性があります。したがって、電源変圧器の長期的な信頼性と安全性を確保するには、変圧器巻線温度の正確かつ信頼性の高い測定が不可欠です。

変圧器巻線温度の監視が非常に重要である主な理由の 1 つは、変圧器の絶縁システムが特定の温度範囲内で動作するように設計されているという事実です。巻線温度が設計限界を超えると、絶縁システムが劣化し、絶縁耐力が低下し、最終的には故障につながる可能性があります。さらに、巻線温度を指定範囲内に維持することは、変圧器の最適な効率と寿命を保証し、メンテナンスコストとダウンタイムを削減するのにも役立ちます。

変圧器巻線温度の測定方法

変圧器巻線の温度を測定するために一般的に使用される方法がいくつかありますが、それぞれに独自の利点と制限があります。変圧器の巻線温度測定に最も一般的に使用される方法には、直接抵抗測定、赤外線サーモグラフィー、光ファイバー センサー、油温インジケーターなどがあります。

直接抵抗測定は、変圧器の巻線温度を測定するために最も古く、最も広く使用されている技術の 1 つです。この方法は、よく知られた電気抵抗の原理に従って、銅またはアルミニウムの巻線の抵抗が温度に直接比例するという事実に基づいています。巻線の抵抗を測定することにより、温度を非常に高い精度で計算できます。

赤外線サーモグラフィーは、変圧器の巻線温度を測定するもう 1 つの一般的な方法です。この技術には、赤外線カメラを使用して変圧器巻線の熱画像を取得することが含まれます。これらの画像を分析し、巻線の表面から放射される赤外線を比較することで、巻線の温度を決定できます。赤外線サーモグラフィーは、正確な温度測定を提供するだけでなく、巻線温度を非侵襲的かつリアルタイムで監視できるため、予防保守やトラブルシューティングに非常に効果的な方法となります。

光ファイバー センサーは、変圧器の巻線温度を測定するための比較的最新のアプローチです。これらのセンサーは、巻線の長さに沿った温度変化を検出するように構成された光ファイバーで構成されています。温度が変化すると、ファイバーの光学特性も変化するため、正確な分散温度測定が可能になります。光ファイバーセンサーには、電磁干渉の影響を受けないという利点があり、過酷な環境で動作する変圧器に特に適しています。

油温計は油入変圧器で油の温度を監視するために一般的に使用され、油の温度は巻線の温度を間接的に反映します。これらの装置は油循環システムに設置され、変圧器の内部温度を監視および制御する効果的な手段を提供します。油温を規定範囲内に保つことで巻線温度を効果的に制御し、過熱や絶縁劣化を防止します。

正確な温度測定に影響を与える要因

前述の方法は変圧器巻線温度を測定する効果的な手段を提供しますが、いくつかの要因がこれらの測定の精度と信頼性に影響を与える可能性があります。これらの要因を理解することは、電力変圧器への温度監視システムの実装を確実に成功させるために不可欠です。

正確な温度測定に影響を与える重要な要素の 1 つは、センサーと実際の巻線の距離です。センサーが周囲温度、放射線、電磁場などの外部要因の影響を受ける可能性があるため、センサーの配置が不適切であると、温度測定値が不正確になる可能性があります。したがって、温度センサーが巻線温度の代表的な測定値を提供できるように、温度センサーの位置と設置を慎重に検討することが重要です。

温度測定の精度に影響を与えるもう 1 つの重要な要素は、変圧器の絶縁体の経年劣化と状態です。断熱材が時間の経過とともに劣化すると、熱を保持する能力と熱伝導率が変化し、抵抗と温度の相関関係に影響を与える可能性があります。したがって、正確な温度測定値を確実に取得するには、変圧器の絶縁の定期的な評価とテストが不可欠です。

さらに、変圧器の巻線にホットスポットが存在すると、温度測定が不正確になる可能性があります。ホットスポットは、電流の不均一な分布、絶縁劣化、機械的損傷などのさまざまな要因によって発生する可能性があります。ホットスポットを特定して軽減することは、正確な温度測定を確保し、絶縁不良につながる可能性のある局所的な過熱を防ぐために不可欠です。

さらに、負荷変動、周囲温度、冷却効率などの変圧器の動作条件も、温度測定精度に影響を与える可能性があります。これらの要因により、変圧器内に熱勾配が生じ、巻線全体の温度分布が不均一になる可能性があります。これらの動作条件を理解し、考慮することは、正確で信頼性の高い温度測定値を取得するために非常に重要です。

変圧器巻線温度測定における課題と今後の展開

温度監視技術の進歩にも関わらず、変圧器巻線温度の測定には依然としていくつかの課題と制限があります。たとえば、直接抵抗測定などの従来の方法では、局所的なホットスポットや温度変動を検出するのに十分な空間分解能が得られない可能性があります。同様に、赤外線サーモグラフィーは絶縁材の不透明度によって制限される可能性があり、巻線の熱パターンが見えにくくなる可能性があります。

これらの課題に対処するために、現在進行中の研究開発は、温度測定システムの空間分解能と感度の向上に焦点を当てています。微細加工センサーや分散型温度検知の開発などのセンサー技術の進歩により、巻線の全長にわたってより詳細かつ正確な温度測定が可能になる可能性があります。

さらに、温度監視システムと高度なデータ分析および機械学習アルゴリズムの統合により、変圧器巻線の温度挙動の診断と予測が強化される可能性があります。大量の温度データを分析することで、潜在的な問題の兆候を早期に特定し、電源変圧器の動作を最適化して信頼性と寿命を向上させることができます。

結論として、変圧器の安全で効率的な動作を確保するには、変圧器巻線温度の正確かつ信頼性の高い測定が不可欠です。直接抵抗測定、赤外線サーモグラフィー、光ファイバーセンサー、油温インジケーターなど、温度測定に利用できる方法と技術には、それぞれ独自の利点と機能があります。ただし、正確な温度測定を保証するには、センサーの配置、絶縁状態、ホットスポットの検出、動作条件などのいくつかの要因を慎重に考慮する必要があります。課題や限界にもかかわらず、継続的な研究開発の取り組みにより、変圧器巻線温度測定における最先端技術が進歩し続け、電源変圧器の信頼性と性能が向上する可能性がもたらされています。