変圧器油の温度を測定する方法は？

変圧器の耐用年数は巻線温度に依存し、その温度は絶縁材料に決定的な影響を与えます。変圧器巻線の絶縁温度が変圧器油温範囲である80～130℃の場合、温度が6℃上昇するごとに絶縁劣化速度が2倍になり、つまり絶縁寿命が半分になります。これが絶縁劣化の「6度ルール」です。

変圧器の運転中、一般的に上限油温は85℃と規定されています。東営地区では、上限油温が80℃を超えると、「XX主変圧器本体油温高警報」および「XX主変圧器本体油温高警報」の警報信号が発せられます。

油入変圧器の温度は、変圧器油と巻線の両方について、ケーシング上部の変圧器油に挿入された温度計で測定できます。これにより、変圧器全体の温度を監視できます。変圧器の巻線は運転中に余分な熱を発生するため、通常は油よりも高温になります。変圧器内部で最も高温になる箇所はホットスポット温度と呼ばれ、絶縁体の劣化を予測する上で重要な要素となります。このホットスポットは通常、巻線の端付近に位置しますが、正確に測定するのは困難です。この内部温度を監視するために、変圧器巻線温度計がよく使用されます。そのため、ほとんどの油入変圧器には、上部油温計と巻線温度計の両方が装備されています。

温度計の黒い針は実際の動作温度を示し、赤い針は設定された上限警報温度を示します。変圧器の上層の油温がこの値を超えると警報が鳴り、2つの針が衝突して電気接点が導通し、警報信号が発せられ、赤い針に突起が現れます。運転中に油温が最高温度を超えると、黒い針が赤い針を駆動します。針が回転し、このとき赤い針は運転中に到達した最高温度を示します。

変圧器の巻線温度は、変圧器上層の油温と巻線から油への温度上昇の重ね合わせとして考えることができます。一般的に、変圧器油温測定システムに基づいて変圧器の負荷電流を加え、熱シミュレーション法によって巻線から油への温度上昇をシミュレートすることで、最終的に変圧器巻線温度インジケータが得られます。具体的な実施方法の概略図を次の図に示します。

油入変圧器の巻線温度Twは、以下と同等であると考えられる。

Tw=T0+k*△Two

この式において、T0は変圧器の最上層の油温、△Twoは熱シミュレーションによって得られた銅油の温度差、kは変圧器の容量、巻線構造などに関連する熱係数です。巻線から油への温度上昇△Twoは、巻線に流れる電流に依存します。

測定システムは主に、温度検出パッケージ、変圧器巻線温度測定補償回路、およびセンサで構成されています。このうち、温度測定補償回路と変圧器巻線温度センサはともに温度検出パッケージ内にあり、温度検出パッケージは変圧器の上部油に浸漬されて上部油の温度を検出します。センサは2つの部分から構成されています。1つは変圧器の機械式計器内の現場巻線温度に接続された温度センサで、収集された温度値は温度指示板の読み取り値に反映されます。もう1つはPt100熱抵抗で、その抵抗値は温度変化に応じて変化し、収集された温度値はコンピュータのバックグラウンド監視システムに送信するために使用されます。

油温情報は、下図に示す接続方法を介して指令センターに送信され、上部油温および巻線温度のリアルタイム監視を実現します。

1. 変圧器の温度変化が正常か異常かを判断するにはどうすればよいでしょうか？

変圧器の運転中は、鉄心と巻線の両方でエネルギー損失が発生し、それが熱に変換されます。これにより、変圧器の各部の温度が上昇し、放射と伝導によって熱が放散されます。発熱と放熱のバランスが取れると、各部品の温度は安定します。鉄損は一定ですが、銅損は負荷に応じて変化します。変圧器の性能を評価するには、点検時に外部温度、油面温度、負荷、油面高さを記録してください。これらの値を過去の測定値と比較することで、変圧器が正常に機能しているかどうかを判断できます。

同じ状況下で油温が通常より 10 °C 高い場合、または負荷の変化がなく冷却装置が正常に機能しているにもかかわらず温度が上昇し続ける場合は、変圧器内部に問題があることを示しています。温度計のエラーや故障がないか確認することが重要です。ほとんどの変圧器の主絶縁体 (クラス A 絶縁体として知られています) は紙でできており、105 °C までの温度に耐えることができます。通常、巻線温度は油面温度より 10 ～ 15 °C 高くなります。たとえば、油面温度が 85 °C の場合、巻線温度は 95 ～ 100 °C になると予想されます。

2. 変圧器の異常温度の原因

①内部故障による異常温度

変圧器に巻線間短絡や層間短絡などの内部故障が発生すると、いくつかの問題が生じる可能性があります。コイルが筐体に放電し、内部のリード線接続部が発熱します。さらに、鉄心の多点接地により渦電流が増加し、過熱を引き起こす可能性があります。場合によっては、漏洩磁束が鉄油タンクとループを形成し、熱が蓄積されることもあります。その他の要因により変圧器の温度が異常に上昇した場合、ガス保護または差動保護が作動する可能性があります。深刻な場合は、防爆管または圧力逃がし弁に油を注入する必要が生じる場合があります。このような状況では、変圧器を停止して点検することをお勧めします。

②冷却装置の異常動作によって発生した異常温度

異常な温度上昇は、水中ポンプの停止、ファンの損傷、冷却パイプの汚れ、冷却効率の低下、ラジエーターバルブの開かないなど、冷却装置の異常動作または故障によって引き起こされます。冷却システムは適時に保守および洗浄を行うか、予備の冷却装置を設置する必要があります。そうでない場合は、変圧器の負荷を調整する必要があります。

③ 温度表示にエラーがある場合、または表示がない場合は、温度計を交換する必要があります。