電力システムにおいて、変圧器はエネルギーの変換と送電の中核となる機器であり、その絶縁性能は電力網の運用の安定性に直接影響します。部分放電 (PD) は、変圧器の絶縁劣化に対する「早期警告信号」です。-絶縁体を貫通しないこの種の局所的なアーク放電は、徐々に絶縁材を侵食し、最終的には絶縁破壊や機器の停止などの重大な事故につながる可能性があります。
絶縁構造が異なる変圧器は、部分放電の発生メカニズムや重要な誘発要因に大きな違いがあります。この記事は、油入変圧器と乾式変圧器（エポキシ樹脂-キャストタイプに代表される）に焦点を当て、業界の慣例と技術原則を組み合わせて部分放電の中心的な原因を深く分析し、機器の選択、操作、保守テストのための専門的な参考資料を提供します。
I. 乾式-タイプの変圧器（エポキシ樹脂-キャストタイプ）: 絶縁欠陥とプロセス管理が主要な誘発要因です
乾式変圧器はエポキシ樹脂やその他の固体絶縁材料をコアとしており、耐火性、メンテナンス不要、小型などの利点により、高層ビル、データセンター、その他のシナリオで広く使用されています。{{1}{2}{2}}部分放電の問題は主に、絶縁材料の欠陥と鋳造/巻線プロセスという 2 つの側面に集中しています。
乾式変圧器のコア絶縁材料には、エポキシ樹脂、ノーメックス紙、絶縁ボール紙などが含まれます。材料の製造または選択が不適切な場合、気泡や不純物が混入したり、微小亀裂が生じたりしやすくなります。{0}}
- 電界集中を引き起こす気泡:固体絶縁材料中の残留気泡の誘電率は、ベース絶縁媒体の誘電率よりもはるかに低くなります（たとえば、エポキシ樹脂の誘電率は約 3.5 ですが、空気の誘電率はわずか 1.0 です）。電場は泡の内部に非常に集中します。電界強度が材料の許容閾値を超えると、部分放電が引き起こされます。長期間の放電により、気泡の体積が徐々に膨張し、絶縁上の危険が生じます。
- 電界歪みを引き起こす不純物:絶縁材料に混入した金属の破片、塵、その他の不純物は「先端電極」に似た構造を形成し、電界の均一な分布を乱し、不純物の先端に局所的な高電界強度領域を形成してコロナ放電を誘発します。
- 微小亀裂による絶縁の危険性:材料の硬化時に応力解放が不均一であったり、輸送や設置時に機械的衝撃が加わると、肉眼では見えない微小な亀裂が発生します。また、亀裂での電界集中効果によって部分放電が発生し、放電とともに亀裂が伸長し、絶縁劣化が促進されます。
乾式変圧器の部分放電を防ぐには、プロセス制御が鍵となります。{0}}巻き付け、巻き付け、鋳造、硬化などのリンクを怠ると、隠れた危険が残る可能性があります。
- 巻線の絶縁被覆が不十分:巻線層とターンの間の絶縁体が緩く包まれており、隙間やシワがある。これらのギャップは局所的な低誘電率領域を形成し、電界集中の「高リスク領域」になります。-同時に、ラッピング中に発生するシワにより絶縁体の厚さが不均一になり、電界歪みがさらに悪化します。
- 導体加工の欠陥：導体表面の取り残されたバリ、鋭利な角、傷。高電圧の動作条件下では、先端の電界強度が（「コロナ放電」原理に沿って）急激に増加し、コロナ放電を直接誘発します。放電により導体の絶縁層が徐々に侵食され、欠陥範囲が拡大します。
- 不適切な電圧均等化処理:変圧器の巻線の端での電界分布は当然不均一になります。均等化リングや均等化板が設置されていない場合、または均等化構造の設計が無理な場合、端部の電界強度が絶縁耐量を超え、過剰な部分放電が発生することがあります。これは、乾式変圧器の終端で部分放電を引き起こす一般的な原因でもあります。
- 不適切な鋳造および硬化プロセス:エポキシ樹脂鋳造変圧器の主要なプロセス欠陥は、「脱ガス」と「硬化」という 2 つのリンクに集中しています。{0}脱ガスが不完全な場合、エポキシ混合物中の残留ガスを排出できなくなり、硬化後に内部に気泡が形成されます（これは乾式変圧器における過剰な部分放電の高周波原因です-）。一方、硬化温度が高すぎたり低すぎたり、硬化時間が長すぎたり短すぎたりすると、絶縁硬化が不完全（未反応のエポキシモノマーが残留）または応力集中が生じ、その結果、マイクロクラックが発生し、絶縁の完全性が損なわれます。
II.油入変圧器: 絶縁油の状態と界面の欠陥が主なリスクポイントです
油入変圧器は、絶縁油と固体絶縁体（ボール紙、油含浸紙）を組み合わせた絶縁方式を採用しており、高い絶縁強度や良好な放熱性などの利点により、電力システムの主要な変圧器市場を長らく占めてきました。部分放電の問題は、絶縁油の状態やオイルペーパー界面の特性と密接に関係しており、コア誘発要因には次の 3 つのカテゴリが含まれます。-
絶縁油は絶縁媒体としての役割だけでなく、放熱機能も担っています。その純度と状態は、部分放電のリスクに直接影響します。
- 水分と過剰なガス含有量:油入変圧器が密閉されていない場合、空気中の水分が絶縁油に浸透し、絶縁油の絶縁破壊電圧が大幅に低下します。同時に、油中の溶存ガス（酸素、水素、メタンなど）が適時に除去されないと、油中に小さな泡が発生します。これらの気泡は電界の作用により放電しやすく、放電によって発生するガスによりオイル中のガス含有量がさらに増加し、悪循環が形成されます。
- 不純物汚染:製造、輸送、運転および保守中に絶縁油に金属粒子、繊維不純物などが混合すると、油内に「導電チャネル」の原型が形成されます。-不純物は電荷を吸着し、電界の作用下で方向に移動し、油と固体絶縁体の界面に蓄積して部分放電を引き起こします。
- 油の老化と品質の劣化：長期間使用すると、絶縁油は高温と電場の作用により酸化反応を起こし、酸、コロイド、スラッジなどの老化生成物が生成されます。-これらの物質はオイルの絶縁性能を低下させ、同時に固体の絶縁材料と化学反応を起こし、オイル-界面の絶縁の完全性を損ない、部分放電の条件を提供します。
油入変圧器の絶縁システムは「絶縁油 + 硬質ボール紙」で構成されており、この 2 つの界面状態が部分放電の重要な影響を受けやすい領域です。-
- インターフェースのバブルとギャップ:変圧器油充填時の脱ガスが不完全であったり、運転中に絶縁油が加熱すると膨張し、冷却すると収縮したりすると、油と段ボールの界面に小さな隙間や気泡が発生します。これらの領域での電界集中効果により、部分放電が引き起こされる可能性が非常に高くなります。
- 段ボールの湿気と老化:ダンボールは固体断熱材のため、水分を吸収すると（シール不良による雨水の浸入など）、断熱性能が著しく低下します。同時に、湿気はボール紙の老化と劣化を促進し、微小な亀裂や繊維の破片が発生します。これらの欠陥は界面での放電を誘発し、その放電によって段ボールの炭化が促進され、導電チャネルが形成されます。
絶縁油と界面の問題に加えて、不適切な構造設計とプロセスも油入変圧器で部分放電を引き起こす可能性があります。-
- 緩い巻きの固定:巻線の拘束が緩い場合、変圧器動作時の電磁振動により巻線の変位が生じ、層間やターン間の絶縁に隙間が生じ、電界集中が発生します。
- 金属部品の先端の突き出し：変圧器内部の金属ブラケット、リード線、その他のコンポーネントに鋭い角やバリがある場合、または設置時にそれらの位置がずれている場合、高電圧下で局所的な高電界強度領域が形成され、コロナ放電が誘発されます。
- タンクの密閉性が悪い:タンクの密閉不良は水分や不純物の侵入を引き起こすだけでなく、タンク内に空気が侵入し、油表面に気泡層が形成されます。これらの気泡は部分放電の重要な発生源です。
Ⅲ． 2種類の変圧器のコアの違いと部分放電の防止コア
| 比較次元 | 乾式-形変圧器（エポキシ樹脂-キャストタイプ） | 油入変圧器- |
| コア絶縁媒体 | エポキシ樹脂、ノーメックス紙などの固体絶縁体 | 絶縁油+油紙複合絶縁- |
| 主な放電誘発要因 | 材料内部の気泡、工程不良（鋳造・巻き取り） | 絶縁油の劣化、オイルペーパー界面の欠陥{0}} |
| 敏感なエリア | 巻線端部、鋳造本体内部、導体先端部 | オイル-ペーパーの界面、オイル内の気泡、タンク上部の空隙 |
| 予防コア | 材料純度管理、プロセスの洗練（脱気・硬化・ラッピング）、電圧均一化構造の最適化 | 絶縁油の精製（脱ガス・脱水・不純物除去）、シール保護、界面状態監視 |
IV.業界の洞察: 部分放電の早期発見と運用保守の提案
部分放電の危険性はその「隠蔽」にあります。-初期の放電強度は低く、明らかな外部特性はありませんが、長期間蓄積すると不可逆的な絶縁劣化につながります。-したがって、油入変圧器と乾式変圧器はいずれも、早期発見と運転および保守管理を重視する必要があります。-
- 定期検査: オンライン部分放電監視システム (超音波検査、超高周波検査など) を導入して、リアルタイムで放電信号を捕捉し、欠陥位置を正確に特定します。-
- 材料およびプロセス管理: 製品を選択する際は、絶縁材料の純度およびプロセステストレポートに重点を置き、完全な資格と成熟したプロセスを備えたメーカーを優先します。
- 運用と保守の保護: 油入変圧器の場合、水分、ガス含有量、絶縁油の誘電損失などの指標を定期的に検査し、適時に濾過と精製を実行します。乾式-タイプの変圧器の場合は、機械的衝撃を避け、表面の埃を定期的に掃除し、絶縁体表面の沿面移動を防ぎます。
- 環境管理: 高湿度、過度の塵、腐食性ガスのある環境で変圧器を動作させないでください。乾式-タイプの変圧器は、絶縁体の過熱や劣化を防ぐために、良好な換気と放熱を確保する必要があります。
結論: 部分放電は変圧器絶縁システムの「目に見えないキラー」であり、その原因は機器の種類、絶縁構造、プロセスレベルに密接に関係しています。油入変圧器-および乾式変圧器-の部分放電特性を理解し、科学的な製品選択、洗練されたプロセス制御、定期的なテストを通じて、電源からの放電リスクを軽減し、電力システムの安全で安定した動作を確保できます。
