乾式変圧器のホットスポット温度モニタリングの総合ガイド

• コア定義乾式変圧器のホットスポット温度監視とは、乾式変圧器の最高温度点（ホットスポット）をリアルタイムで正確に測定し、監視するために、特定の技術的手段を使用することです。
• モニタリングの必要性変圧器の絶縁老化の速度は、そのホットスポット温度によって直接決定されます。正確な温度監視は、早期の絶縁破壊を防ぎ、機器の健全性を評価し、負荷容量を最適化し、安全運転を確保するための基本的な前提条件です。
• テクニカル・プログラム: 従来の内蔵型Pt100/熱電対、非接触型赤外線サーモグラフィ、内部ホットスポットを直接測定できる最先端の蛍光式光ファイバー温度計など、さまざまなモニタリング技術が存在する。
• 主要技術の比較:: あらゆる技術の中で。蛍光光ファイバー温度測定完全な電磁波耐性と高電圧絶縁により、巻線内部の実際のホットスポットを安全かつ正確に直接測定できる唯一の技術です。Pt100一方、巻線の外側やコアのような二次的な場所の監視には、費用対効果と成熟度から広く使われている。
• システム構成完全な監視システムは、フロントエンドのセンサー、データ収集と復調ホスト、制御と遠隔通信のためのアプリケーション層インターフェースで構成され、これらが一体となって変圧器のインテリジェントな熱管理の中核をなす。

この記事のカタログ

• 1.乾式変圧器とは何ですか？
• 2.乾式変圧器の常用温度は？
• 3.なぜ温度をモニターするのか？
• 4.高温になると、どのような不具合が生じますか？
• 5.ホットスポットの温度モニタリングに利用できる技術にはどのようなものがありますか？
• 6.主な温度測定技術の比較表
• 7.乾式変圧器温度監視システムの構成要素
• 8.よくある質問（FAQ）

1.乾式変圧器とは何ですか？

乾式変圧器は、コアと巻線に絶縁液体（変圧器オイルなど）が含浸されていないタイプの電力変圧器である。その絶縁と冷却は、空気（自然空冷または強制空冷）と固体絶縁材料（エポキシ樹脂、絶縁紙/フィルムなど）に頼って行われる。オイルフリー、難燃性、防火・防爆性、メンテナンスの容易さ、環境への配慮から、乾式変圧器は高層ビル、複合商業施設、データセンター、空港、地下鉄、病院、発電所など、高い安全性と環境保護が求められる屋内で広く使用されている。

2.乾式変圧器の常用温度は？

乾式変圧器の通常の使用温度は、使用する変圧器のタイプによって異なる。絶縁耐熱グレード.絶縁クラスは、絶縁材料が性能を著しく劣化させることなく長期間耐えることができる最大許容温度を定義する。一般的な絶縁クラスと、それに対応する最大許容温度上昇およびホットスポット温度限界を以下に示す：

• クラスF絶縁最も一般的なクラスである。最大許容使用温度は155°C.周囲温度が40℃の場合、その巻線の平均温度上昇限界は100Kであり、許容ホットスポット温度上昇は115K、すなわちホットスポット温度は以下の値を超えてはならない。155°C.
• クラスH絶縁より高いサーマルクラス。最大許容使用温度は180°C.周囲温度40℃の場合、巻線の平均温度上昇限界は125Kであり、許容ホットスポット温度上昇は140K、すなわちホットスポット温度は以下の値を超えてはならない。180°C.
• クラスC絶縁非常に高い耐熱性、最大許容使用温度220°C.

通常、変圧器には温度制御システムが搭載されており、温度がプリセット値（例えば95℃）に達すると冷却ファンを作動させ、それ以上の温度（例えば130℃）になるとアラームを発し、絶縁限界（例えば150℃）に近づくとトリップコマンドを発することで変圧器を保護する。

3.なぜ温度をモニターするのか？

温度、特にホットスポット温度温度は、乾式変圧器の寿命と信頼性に影響する最も重要で直接的なパラメータである。温度を監視する必要性は、次のような点に反映されている：

1. 絶縁寿命の決定要因電気絶縁材料の経年変化は不可逆的な化学プロセスであり、その速度は温度に密接に関係している。以下の論文によればモンツィンガーの法則クラスA絶縁の場合、温度が8～10℃上昇するごとに絶縁劣化の速度は2倍、つまり半分になります。変圧器が設計寿命に達するためには、ホットスポット温度の正確な監視と制御が不可欠です。
2. 安全で確実なオペレーションが保証される継続的な過熱運転は、絶縁材料の機械的・電気的強度を低下させ、最終的にはターン間、レイヤー間、フェーズ間の絶縁破壊を引き起こし、短絡故障や火災の引き金となる。
3. 負荷容量の最適化の根拠変圧器の定格容量は、特定の温度上昇限界で定義されます。正確でリアルタイムのホットスポット温度監視により、O&M担当者は現在の負荷における変圧器の熱的余裕を把握することができ、一時的な電力消費のピークに対処し、資産の利用率を向上させるために、短期的な過負荷を安全に実施することができます。
4. 故障診断と状態評価異常な温度上昇パターンは、内部欠陥を診断するための重要な手がかりとなる。例えば、三相巻線温度のアンバランスは、三相負荷のアンバランスや一相のターン間短絡の存在などの故障を示す可能性があります。長期的な温度データの傾向分析は、変圧器の健全性を評価し、予知保全を行うための基礎となります。

4.高温になると、どのような不具合が生じますか？

持続的または急激な温度上昇は、時間内に対処しなければ、直接的または間接的に以下の重大な故障につながる可能性があります：

• 断熱材の経年劣化と炭化の促進固体の絶縁材料（ノーメックス紙、エポキシ樹脂など）は、過度の温度でもろくなり、収縮し、炭化して、本来の絶縁強度と機械的支持力を失う。
• 巻線ターン間短絡絶縁劣化は、まず導体のターン間の弱い絶縁層で起こる。この絶縁層が破壊されると、ターン間短絡が形成され、大きな短絡電流が発生し、巻線の急速な焼損につながる。
• 機械構造の損傷エポキシ樹脂鋳造巻線の導体と鋳造体は、熱膨張係数が異なります。過度の温度サイクルを繰り返すと、両者の間に大きな機械的応力が発生し、鋳造体に亀裂が生じたり、水分の浸入や絶縁破壊の条件が整うことがあります。
• 接続部の過熱と焼損巻線のリード線と端子、その他の接続部分の接触が悪いと、大電流が流れたときに抵抗熱がさらに発生し、その結果、局所的なオーバーヒート・スポットが生じ、接続部分がひどく焼けたり、オープン・サーキット・フォールトを引き起こしたりする可能性があります。

5.ホットスポットの温度モニタリングに利用できる技術にはどのようなものがありますか？

乾式変圧器のホットスポット監視には、原理、適用性、精度が異なる様々な技術的ソリューションが存在する。

5.1 組み込み接点温度測定

Pt100 プラチナ抵抗温度計

動作原理白金線の抵抗値が温度によって正確、安定、直線的に変化するという物理的性質に基づく。抵抗値を測定することで温度を換算する。
バンテージ: Pt100成熟した技術、良好な直線性、高精度、比較的経済的なコスト。コア、巻線外周面、クランプなど、電位の高くない部分の監視に非常に適しており、乾式変圧器の標準温度コントローラーに最もよく使用されるタイプのセンサーです。

熱電対

動作原理ゼーベック効果に基づくと、2つの異なる導体材料を接続した回路は、2つの接続点の温度が異なると、温度差に関係する微弱な電圧を発生する。
バンテージ温度測定範囲が広く、応答速度が速い。しかし、変圧器アプリケーションでは、その出力は弱いmVの電圧信号であるため、電磁干渉の影響を非常に受けやすく、コールドエンド補償の必要性があるため、アプリケーションはPt100ほど広範ではありません。

フルオロプティック温度センシング

動作原理光ファイバーを通してプローブ先端の蛍光物質に光パルスを伝送し、蛍光の減衰時間を測定することで温度を復調する。減衰時間は温度の関数であり、光強度や電磁場には全く依存しない。
バンテージ: 蛍光ファイバーセンサー巻線内部の真のホットスポットを安全かつ正確に直接測定できる唯一の技術です。そのプローブと光ファイバーケーブルは、誘電体のみで構成され完璧な電磁波耐性歌で応える高電圧絶縁これが、他のすべての技術に対する基本的な優位性である。これは、他のすべての技術に対する基本的な利点である。

5.2 非接触温度測定

赤外線サーモグラフィ

動作原理絶対零度以上の物体は赤外線を放射する。赤外線カメラは、物体表面の赤外線放射強度を検出することにより、物体の温度分布を計算する。
バンテージ変圧器の表面全体を2次元の温度クラウドで表示できるため、外部接続点や巻線表面などの異常なホットスポットを視覚化できます。しかし測定不能巻線内部のホットスポットを強固なエポキシ樹脂で封止。

ワイヤレス・パッシブ温度センシング

動作原理表面弾性波（SAW）またはRFID技術に基づく。センサーは電池を必要とせず、外部のリーダーから放射される電磁エネルギーを受信し、温度情報を含む信号をフィードバックする。
バンテージ配線は不要です。しかし、電子機器であることに変わりはなく、強電磁場下での安定性や取り付け位置の制限から、巻線内部のホットスポットの監視への応用には限界がある。

6.主な温度測定技術の比較表

7.乾式変圧器温度監視システムの構成要素

完全な乾式変圧器温度監視システム、特に高度な蛍光光ファイバー技術に基づくものは、通常3つのコンポーネントで構成される：

1. センシング層：温度センサー
   これはデータ収集のフロントエンドである。フルスケールのモニタリングでは、通常、三相巻線内部のホットスポットにあらかじめ組み込まれた、混合マルチポイント配置が実行されます。蛍光光ファイバープローブコアや巻線などの外面に取り付けられる。Pt100センサー.
2. データ収集・処理層：インテリジェント・サーモスタット／データ収集メインフレーム
   これはシステムの中核となる頭脳である。すべてのセンサーの接続、信号の復調（光ファイバー）または取得（Pt100）、LCD画面によるリアルタイムでの全測定ポイントの温度表示を担当します。さらに、以下のような制御ロジックを内蔵している：
   • ファンコントロール設定された温度ポイント（通常は最高相の巻線ホットスポット温度）に基づいて、冷却ファンを自動的に始動・停止します。
   • アラームと保護過熱アラームおよび過熱トリップ信号出力用に、複数のプログラマブル・リレー・ドライ接点を設ける。
3. 通信およびアプリケーション層：リモート・インターフェース
   インテリジェントなO&Mを実現するために、ホストは通常、標準的な通信インターフェースを備えている：
   • アナログ出力（4-20mA）重要な温度ポイントを標準アナログ信号としてPLCやDCSシステムに送信します。
   • デジタル通信 (RS485/Modbus)すべての測定ポイントの温度と機器の状態をデジタル信号でバックエンドの監視システムに送信し、遠隔集中監視とデータ分析を実現します。

8.よくある質問（FAQ）

1.乾式変圧器の「ホットスポット」とは何ですか？なぜそれが重要なのですか？

ホットスポットとは、変圧器の巻線において、運転中に最も温度が高くなる箇所のことである。不均一な冷却と漏れ磁界分布のため、通常は出口端に近い巻線上部に位置します。絶縁の劣化速度はこの箇所の温度によって決まるため、変圧器の寿命と安全性を確保するためには、ホットスポットの正確な監視が不可欠です。

2.蛍光光ファイバープローブはどのように巻線内に設置されていますか？

これは変圧器の製造工程で行わなければならない。光ファイバープローブは、巻線工程で巻線の特定のターンまたはレイヤーの間に直接巻かれ、固定されるのに十分な機械的強度を持つように設計されており、その後、巻線と共にエポキシキャストまたはVPI含浸され、最終的に巻線構造の一部となります。

3.巻線の温度測定にPt100は使えないのか？

Pt100は金属導体であり、高電圧の巻線に直接接触することはできません。巻線の外側（層間絶縁や巻線表面など）にあらかじめ埋設することもできますが、これは実際のホットスポットではなく、測定値は実際のホットスポット温度より10～20℃以上低くなり、安全マージンが不足する危険性があります。

4.通常、変圧器には何点の温度測定ポイントが必要ですか？

これは変圧器の容量と重要性によります。典型的な構成は、LV巻線の3相（A、B、C）それぞれのホットスポット領域に光ファイバー温度測定ポイントを1つ、HV巻線の3相それぞれのホットスポット領域に光ファイバー温度測定ポイントを1つ、合計6つの光ファイバーポイントを配置することです。さらに、鉄心にPt100が1-2点、周囲温度の監視にPt100が1点配置され、総合的な監視プログラムを構成しています。

5.冷却ファンはどの温度に基づいて制御されるべきですか？

最も科学的で効率的な制御は、三相巻線**のうち最も高い巻線の真のホットスポット温度**に基づいています。これにより、絶対に必要なときだけファンが作動し、正確な熱管理と省エネが可能になります。

6.赤外線カメラは今でも日常点検に役立っていますか？

非常に便利です。内部のホットスポットを測定することはできませんが、巻線表面、コア、特に端子などの外部接続部の異常発熱を迅速に検査するための最も効果的なツールであり、光ファイバーの温度測定を強力に補完するものです。

7.蛍光式光ファイバー温度測定システムは、定期的な校正が必要ですか？

不要である。この技術は安定した物理的原理に基づいており、蛍光体の温度特性が工場で正確に校正され、本体で硬化されるため、長期安定性に優れ、変圧器の寿命を通じて再校正の必要がありません。

8.温度データは予知保全にどのように役立ちますか？

ホットスポット温度と負荷電流のデータを経時的に監視することで、変圧器の健全性をモデル化することができます。同じ負荷と周囲温度でホットスポットの温度上昇が以前より高くなっていることが判明した場合、冷却ダクトの詰まり、ファンの故障、ターン間の内部短絡などの初期不良を示す可能性があり、的を絞ったメンテナンスに導くことができます。

9.ダイナミック・キャパシティ・ビルディングとは何か？温度モニタリングはそれをどのようにサポートするのか？

動的容量増加とは、リアルタイムのホットスポット温度と冷却状態に基づき、変圧器の銘板定格容量以上の運転を短期間安全に許可することである。蛍光光ファイバーのような直接的でリアルタイムのホットスポット監視によってのみ、変圧器の現在の熱マージンを正確に把握することができ、動的容量増加に関する意思決定のための信頼できるデータ基盤を提供することができます。

10.温度モニタリングシステムを選択する際、最も重要な考慮点は何ですか？

最も重要なことは、**適用性**と**信頼性**です。巻線内部のホットスポットには、蛍光ファイバーが安全で信頼できる唯一の選択肢です。その他の場所では、Pt100が実績のある経済的な選択肢です。選択されるシステムは、産業グレードの信頼性を持ち、強い電磁干渉や広い温度差のある変電所でも長時間安定して動作できるものでなければなりません。

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本記事の内容は一般的な技術科学に過ぎず、当社の特定の製品の性能や仕様を示すものではありません。詳細な製品情報、ソリューション、お見積もりについては、必ず弊社までお問い合わせください。］

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