油入変圧器は真空充填によってどのようにして60kVの耐電圧を達成するのでしょうか？

業界データによると、変圧器の早期故障の約 30% は、絶縁油中の過剰な水分とガス含有量が直接の原因となっています。水分がわずか 15 ppm 増加すると、変圧器油の絶縁破壊電圧が 60kV から 30kV 未満に低下します。この絶縁耐力の劇的な低下は、変圧器製造における真空充填プロセスの極めて重要性を強調しています。のために油入変圧器定格が 33kV 以上である場合、60kV の降伏電圧を達成および維持することは品質目標ではありません。これは、変圧器の 30 ～ 40 年の耐用年数にわたって信頼性の高い動作を行うための基本的な要件です。

この記事では、油入変圧器が真空充填によってどのようにして 60kV の絶縁破壊電圧を達成するかについて体系的な技術分析を提供します。この議論では、オイルの前処理と品質検証、コアと巻線絶縁体の真空乾燥、パラメータを制御した真空充填プロセス、IEC および ASTM 規格に準拠した充填後のテストという 4 つの重要なプロセス段階を取り上げます。各段階は、特定のプロセスパラメータ、機器要件、品質管理チェックポイントを参照して検査されます。この記事では、一般的な故障モードについても取り上げ、変圧器メーカーとエンドユーザーに実用的な品質管理フレームワークを提供します。

目次

• 1. オイルの前処理と品質基準
• 2. 変圧器コアと巻線の真空乾燥
• 3. 真空充填プロセスパラメータ
• 4. オイル試験と絶縁破壊電圧の検証
• 5. 一般的な故障モードと品質管理ポイント
• 6. よくある質問（FAQ）
• 7. 結論

1. オイルの前処理と品質基準

60kV の降伏電圧を達成する旅は、変圧器タンクに入る前の変圧器油の前処理から始まります。新しい精製変圧器油であっても、通常、溶解した水分、ガス、粒子状汚染物質が含まれており、必要な絶縁耐力を達成するにはこれらを除去する必要があります。前処理プロセスは、加熱システム、真空脱水ユニット、多段階濾過装置を備えた専用の油処理プラントで行われます。油が変圧器の充填に適していると判断される前に、次のパラメータを検証する必要があります。

• 降伏電圧 (BDV):≥ 60kV (IEC 60156 に従って測定)
• 水分含有量:≤ 10 ppm (カールフィッシャー滴定により測定)
• 溶存ガス含有量 (DGA):≤ 0.5体積％（ガスクロマトグラフィーによる測定）
• 損失正接 (tan δ):90°C で ≤ 0.001 (IEC 60247 に従って測定)
• 粒子数:100mL あたり 500 個以下の粒子 (サイズ 5μm 以上)
• 抵抗率:≥ 10¹² Ω・cm (90°C)

オイルの精製プロセスは 3 段階のシーケンスに従います。最初の段階は加熱です。粘度を下げ、溶存ガスと水分の放出を促進するために、オイルを 60 ～ 70°C に加熱します。第 2 段階は真空脱水です。加熱された油が 0.1 ～ 0.5 mbar で作動する真空チャンバーに導入されます。この真空下では水の沸点が下がり、水分が蒸発して真空ポンプによって排出されます。通常の脱水時間は、油の量と初期水分含有量に応じて 4 ～ 8 時間です。第 3 段階は濾過です。脱水油は 5μm および 1μm の一連のフィルターを通過して、粒子状汚染物質が除去されます。処理されたオイルは、指定されたパラメータがすべて達成されるまでシステム内を再循環されます。

次の表は、前処理パラメータと対応する許容基準をまとめたものです。

で鹿皓電力株式会社10,000リットルのオイルタンク、300リットル/分の真空脱水ユニット、1μmのアブソリュートフィルターを備えた閉ループ濾過システムを備えた専用の油処理施設を維持しています。加工油の各バッチは、変圧器の充填が承認される前にサンプリングされ、テストされます。テスト結果は、耐用年数を通じて変圧器に付属するバッチ証明書に文書化されます。この厳格な前処理プロトコルにより、変圧器に入る油が充填後に試験される油と同じ品質基準を満たしていることが保証され、60kV の絶縁破壊電圧を達成するための基礎が確立されます。

2. 変圧器コアと巻線の真空乾燥

変圧器の絶縁材は主にセルロースベースの材料（紙、プレスボード、木材）で構成されており、本質的に吸湿性があります。通常の大気条件下では、これらの材料は重量で最大 8% の水分を吸収する可能性があります。変圧器に通電すると絶縁体が加熱し、存在する水分が蒸発して固体絶縁体と周囲の油の両方の絶縁耐力が低下します。真空乾燥は、変圧器に油を充填する前に、絶縁システムからこの水分を除去するプロセスです。オイルが精製された後でも、絶縁体に閉じ込められた水分が時間の経過とともにオイルに浸出し、絶縁破壊電圧が低下するため、乾燥プロセスは非常に重要です。

真空乾燥プロセスには通常、次の段階が含まれます。まず、変圧器を乾燥オーブンに入れるか、冷却システムに熱油を循環させて加熱します。コアと巻線は水分の放出を促進するために 85 ～ 105°C に加熱されます。次に、真空ポンプを使用して変圧器タンクを排気し、圧力を 0.1 ～ 0.5 mbar に下げます。この真空下では、水の沸点が約 40 ～ 50°C に下がり、断熱材内の水分が蒸発します。蒸発した水分は真空ポンプによりタンク外に排出されます。乾燥プロセスは、断熱材の含水率が 0.5 重量％を下回るまで続けられます。

乾燥終点は、次の 2 つの方法のいずれかによって決定されます。

• 圧力上昇方法:真空ポンプは変圧器タンクから隔離されており、規定の期間にわたる圧力上昇率が測定されます。 4 時間にわたる圧力上昇率が 1 時間あたり 0.1 mbar 未満の場合、乾燥は完了したと見なされます。
• 露点法:変圧器から排出されるガスの露点は継続的に監視されます。露点が -40°C を下回ると、乾燥は完了したとみなされます。

真空乾燥プロセスの時間は、変圧器のサイズ、絶縁体の種類、周囲条件によって異なります。一般的な 10 MVA 変圧器の場合、乾燥プロセスには 48 ～ 72 時間かかる場合があります。大型の電源変圧器の場合、このプロセスは数日かかる場合があります。次の表は、さまざまな変圧器クラスの一般的な乾燥パラメータを示しています。

Lugao. では、必要な水分除去を達成するために、熱真空乾燥と熱油循環を組み合わせて使用​​しています。変圧器は、冷却システムを通して高温の油を循環させることによって加熱され、同時にタンクは真空にされます。この方法により均一に加熱され、乾燥プロセスが促進されます。乾燥サイクルが完了した後、変圧器はオイル充填プロセスが開始されるまで真空下に保持され、大気からの水分の再吸収を防ぎます。このアプローチにより、絶縁体の含水率が 0.5% のしきい値未満に維持されます。これは、60kV の降伏電圧を達成および維持するために不可欠です。

3. 真空充填プロセスパラメータ

変圧器のコアと巻線が必要な水分含有量まで乾燥したら、オイル充填プロセスが始まります。これは変圧器製造の最も重要な段階であり、この段階でエラーが発生すると絶縁システムの絶縁耐力が損なわれる可能性があります。真空充填プロセスは、変圧器タンクを真空下に維持しながら行われます。精製されたオイルはタンクの底に導入され、真空を追い出しながらゆっくりと上昇します。気泡の形成を防ぎ、絶縁体を完全に浸透させ、巻線への損傷を避けるために、プロセスパラメータを注意深く制御する必要があります。

真空充填の主要なプロセスパラメータは次のとおりです。

• 充填前の真空レベル:0.1～0.5 mbar、乾燥サイクル完了後少なくとも 2 時間維持します。
• 充填時の油温:60 ～ 70°C に維持して、低粘度および良好な流動特性を確保します。
• 充填速度:≤ 300 L/h (小型から中型の変圧器の場合。大型の変圧器ではそれに比例してより高い流量を使用できますが、油が絶縁体に浸透する流量を超えてはなりません)。
• 充填圧力:タンクの底では、わずかな正圧 (0.1 ～ 0.2 bar) がかかり、オイルが確実に巻線に押し込まれます。
• 充填中の真空:オイルまたは断熱材から放出される可能性のあるガスを除去するために、充填プロセス中は真空が維持されます。
• 充填後の沈降:タンクがいっぱいになった後、変圧器を真空下または乾燥窒素の正圧下で 12 ～ 24 時間放置し、残っている気泡を逃がします。

充填速度は特に重要です。オイルの導入が速すぎると、乱流によって気泡が発生し、オイルが断熱材に完全に浸透しない可能性があります。オイルの導入が遅すぎると、プロセスが非効率になります。充填速度は通常、オイルポンプの流量を調整するか、減圧弁を使用して制御されます。大型の変圧器の場合、充填プロセスは段階的に実行され、次の段階が始まる前に絶縁体に油が浸透するまで一時停止することがあります。次の表は、さまざまな変圧器容量に対する推奨充填速度を示しています。

充填が完了した後、変圧器は通常、冷却システムを使用して 50 ～ 60°C に加熱され、残留ガスと水分を吸収するオイルの能力が強化されます。次に、変圧器には「最終脱ガス」として知られる最終真空処理が施され、オイルに吸収された可能性のあるガスが除去されます。この最後のステップにより、オイルの絶縁破壊電圧が 60kV 以上の目標レベルに維持されることが保証されます。 Lugao Power Co.,Ltd では、真空レベル、温度、流量のタイムスタンプ付きログなど、各変圧器のすべてのプロセス パラメーターの詳細な記録を維持しています。これらの記録は変圧器の品質文書の一部であり、機器の耐用年数が続くまで保持されます。

4. オイル試験と絶縁破壊電圧の検証

変圧器に油を充填して安定させた後、絶縁システムをテストして、必要な降伏電圧仕様を満たしていることを確認する必要があります。主な試験はオイル破壊電圧試験で、IEC 60156 または ASTM D1816 に従って実施されます。このテストでは、変圧器オイルのサンプルに、オイルが分解するまで制御された速度で電圧を印加します。結果が再現可能であることを確認するために、テストは複数のサンプルに対して実施されます。オイル試験に加えて、完全な変圧器絶縁システムは絶縁試験を受けて、その完全性が検証されます。

オイル破壊電圧テストは、2.5 mm のギャップで分離された 2 つの電極で構成される標準テストセルを使用して実行されます。試験電圧は 2 kV/s の速度で印加されます。テストは 6 つのオイルサンプルに対して行われます。最初のテストの結果は破棄され、残りの 5 つのテストの平均が計算されます。平均値は ≥ 60kV である必要があります。平均値が 60kV を下回る場合、そのオイルは試験に不合格であると見なされます。テスト手順と合格基準を次の表にまとめます。

オイル破壊試験に加えて、変圧器は絶縁システム全体の完全性を検証するために次の絶縁試験を受けます。

• 電源周波数耐性テスト:変圧器には定格電圧の 2 ～ 3 倍の電圧が 60 秒間かかります。故障や部分放電は認められません。
• 誘導過電圧テスト:変圧器には、100 ～ 400 Hz の周波数、定格電圧の 2 倍の電圧が 60 秒間印加されます。断熱材の破壊や目に見える変形は認められません。
• 部分放電試験:変圧器は定格電圧の 1.1 倍の電圧で部分放電についてテストされます。部分放電のレベルが測定され、指定された制限値 (油入変圧器の場合は通常 20 ～ 50 pC) を下回る必要があります。
• タンデルタテスト:絶縁システムの誘電正接は 90°C で測定されます。値は、IEC 60076 で指定された制限内にある必要があります。

鹿皓電力株式会社では、出荷前にすべての変圧器に対してこれらのテストを実施しています。テスト結果は、変圧器に付属する包括的なテストレポートに文書化されます。油破壊電圧試験は、充填および沈降プロセス後に変圧器タンクから採取された油サンプルに対して行われます。これにより、変圧器内のオイルがテストされたオイルと同じであることが保証されます。オイルが絶縁破壊電圧テストに合格しなかった場合は、オイルが仕様を満たすまでプロセス全体が繰り返されます。この厳格な試験体制により、当社の油入変圧器が最高の品質と信頼性基準を満たしていることが保証されます。

5. 一般的な故障モードと品質管理ポイント

上記の厳密なプロセス制御にもかかわらず、真空充填中に障害が発生する可能性があります。一般的な故障モードを理解し、堅牢な品質管理チェックポイントを確立することは、一貫した製造品質を維持するために不可欠です。このセクションでは、最も頻繁に発生する故障モードを特定し、プロセスの各段階の品質管理フレームワークを提供します。

失敗モード 1: 真空乾燥が不完全。変圧器の絶縁体が必要な含水率まで乾燥していないと、絶縁破壊電圧が低下します。乾燥が不完全になる最も一般的な原因は、真空レベルが不十分であること、または加熱時間が不十分であることです。この失敗を防ぐには、乾燥サイクル中に真空レベルを継続的に監視する必要があります。終点を検証するには、圧力上昇または露点テストを使用する必要があります。

故障モード 2: オイルの再汚染。機器が適切に洗浄されていない場合、取り扱い、保管、または充填中にオイルが再汚染される可能性があります。埃、水、その他の粒子などの汚染物質が、接続部や移送中にオイルに混入する可能性があります。これを防ぐために、すべての機器は使用前に徹底的に洗浄し、乾燥させる必要があります。石油貯蔵タンクは密閉したままにし、乾燥窒素で満たす必要があります。

故障モード 3: 空気の閉じ込め。充填中に変圧器内に空気が閉じ込められると、気泡が発生して降伏電圧が低下する可能性があります。充填速度が速すぎる場合、または充填中に真空レベルが維持されない場合、空気が閉じ込められる可能性が高くなります。これを防ぐには、充填速度を下げ、プロセス全体を通して真空を維持する必要があります。

真空充填プロセスの各段階では、次の品質管理チェックポイントが推奨されます。

Lugao では、これらのチェックポイントを標準業務手順に組み込んだ品質管理システムを導入しています。プロセスの各段階は文書化され、逸脱があれば調査されて修正されます。品質管理に対するこの体系的なアプローチは、お客様が当社の油入変圧器製品に期待する高いレベルの信頼性を維持するために不可欠です。

6. よくある質問（FAQ）

質問 1: 60kV の耐圧は変圧器の寿命全体の保証値ですか、それとも時間の経過とともに低下しますか?

回答: 60kV は、製造時および試運転時の保証最小値です。変圧器の動作寿命にわたって、絶縁破壊電圧は、オイルの劣化、湿気の侵入、粒子状物質の蓄積により徐々に低下します。ただし、定期的なオイル検査、濾過、乾燥などの適切なメンテナンスを行うことで、絶縁破壊電圧を許容レベル以上に維持できます。業界標準では通常、絶縁破壊電圧が 30kV を下回った場合、オイルの交換または再調整が必要です。

質問 2: 真空充填変圧器と従来の充填変圧器の降伏電圧の違いは何ですか?

回答: 従来の充填変圧器 (真空乾燥せずに大気圧下で充填) は、通常 30 ～ 40kV の破壊電圧を達成します。真空充填変圧器は、適切な事前乾燥と真空処理を行うことで、一貫して 60kV 以上を達成します。この 20 ～ 30 kV の差は、安全マージンと信頼性が大幅に向上していることを表しています。降伏電圧が高いため、特に電圧サージや落雷時の絶縁不良のリスクが軽減されます。

質問 3: 小型配電変圧器 (≤ 10kV) には真空充填が必要ですか?

回答: 定格が 10kV 以下の配電変圧器の場合、真空充填は必ずしも必須ではありませんが、ベストプラクティスであると考えられることが増えています。これらの変圧器は 30 ～ 40kV の降伏電圧で動作できますが、真空充填により安全マージンが向上し、長期信頼性が向上します。現在、多くの電力会社は、品質保証要件の一部として、電圧定格に関係なく、すべての新しい変圧器の購入に対して真空充填を指定しています。 Lugao Power Co.,Ltd.では、すべての油入変圧器製品に真空充填を適用しています。

質問 4: 変圧器油は動作中にどのようにして破壊電圧を維持できますか?

回答: 動作中に降伏電圧を維持するには、包括的なメンテナンス プログラムが必要です。定期的にオイルのサンプルを採取し、絶縁破壊電圧、水分含有量、溶存ガス含有量を検査する必要があります。絶縁破壊電圧が 45kV を下回る場合は、オイルを濾過して脱水する必要があります。水分含有量が 20 ppm を超える場合は、油を乾燥する必要があります。一部の変圧器には、水分と粒子を継続的に除去し、油の品質を最適なレベルに維持するオンライン油濾過システムが装備されています。

質問 5: 充填後にオイル破壊電圧テストに不合格になった場合の対処方法は何ですか?

回答: 充填後にオイル破壊電圧テストに合格しなかった場合、通常、変圧器は再処理されます。故障したオイルは排出され、変圧器は絶縁体から水分を除去するために新たな真空乾燥サイクルにさらされます。次に、同じ真空充填プロセスを使用して、新鮮な精製オイルが導入されます。再充填後、オイルは再検査されます。降伏電圧が指定された要件を満たすまで、このプロセスを繰り返す必要がある場合があります。まれに、オイル自体が問題の原因である場合、オイルを新しいバッチと交換する必要がある場合があります。

7. 結論

油浸変圧器における 60kV の絶縁破壊電圧の達成は、油の精製から始まり、真空乾燥、制御された充填、および厳格な試験に至る、細心の注意を払って制御された製造プロセスの結果です。このプロセスの各段階では、最終製品が必要な絶縁耐力仕様を確実に満たすように、温度、真空レベル、充填速度、試験条件などの重要なパラメータを正確に制御する必要があります。この記事で概説する規格と実践は、IEC 60156、ASTM D1816、および IEC 60076 に基づいており、この重要な品質ベンチマークを達成するための技術的基盤を提供します。

Lugao Power Co.,Ltd では、これらのプロセス管理と試験基準を変圧器の製造業務に組み込んだ包括的な品質管理システムを導入しています。当社の油入変圧器製品は、耐用年数にわたって信頼性の高い性能を発揮するように設計および製造されています。より詳細な技術情報、プロセス文書、製品仕様については、当社のエンジニアリング チームにお問い合わせください。

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