油浸変圧器の温度監視のための推奨5ソリューション

1.機械式オイルレベル/巻上げ温度計（OTI/WTI）

機械式温度計は、油入変圧器の歴史の中で最も広く使用されている監視装置であり、通常は工場出荷時の標準装備品として存在する。その動作原理は電子機器に依存せず、物理的な熱膨張と熱収縮に基づいています。

技術的原則と限界

オイルレベル温度計（OTI）は、感温パッケージ内の液体の膨張によって指針を駆動します。巻線温度計（WTI）は、実際には「温度シミュレーター」です。OTIをベースにしており、変流器（CT）から負荷電流を取り込み、計器内部の加熱抵抗器を駆動します。ゲージに表示される温度は、直接測定された巻線温度ではなく、「トップオイル温度＋シミュレートされた温度上昇」の計算値です。

なぜ、このようなアプローチが現代のグリッドで伸びるのか？ これは、理想的な熱モデルに基づいて設計されているためです。変圧器内部で油路の閉塞やラジエーターへの埃の堆積による局所的な放熱不良が発生した場合、熱シミュレーションモデルは無効となり、メーターが表示する正常値が実際の内部過熱故障を覆い隠してしまう可能性があります。

2.Pt100プラチナRTD電子監視

バックエンドへのアナログ伝送を必要とするSCADAシステムの普及に伴い、Pt100センサーが広く使われ始めている。温度変化に対して白金金属の抵抗が直線的に変化する特性を利用し、温度を電気信号に変換する。

電磁環境における課題

Pt100の精度は高いものの、油入変圧器の高起電力環境では、金属導体センサーが干渉信号の受信アンテナとなる。シールド線を使用しているにもかかわらず、強い磁界によって信号が飛ぶことがあります。さらに深刻な問題は絶縁である。 数百キロボルトの高電圧巻線の奥深くに金属プローブを設置するには、極めて高度な絶縁処理が必要であり、絶縁不良は絶縁破壊事故につながるため、Pt100は通常、低電位ゾーンか油タンクの壁にしか取り付けられない。

3.赤外線サーモグラフィ

赤外線技術は、ステファン・ボルツマンの法則を利用し、物体表面の赤外線放射分布をとらえる。ハンドヘルド・パトロールとオンライン・ウィンドウ・モニタリングに分類される。

表面と内部の溝

トランスのケーシングは50℃しかないが、内部の巻線は90℃に達しているのだろうか？ 答えはイエスだ。赤外線技術の最大の欠点は、金属を透過できないことだ。油浸式変圧器には完全に密閉された金属タンクがあり、内部放射は完全に遮断されます。赤外線カメラは、ケーシングの接合部の緩み、ヒートシンクの閉塞、タンクの渦電流過熱などの外部欠陥を検出するためにしか使用できません。

4.ワイヤレスパッシブ弾性表面波（SAW）

SAW技術は、高電圧絶縁の問題を解決しようとするものである。このセンサーは受動的で、リーダーから受信したRF信号からエコーを生成することで温度データを送信する。

ファラデーケージ効果の問題点

トランスオイルタンクは完全なファラデーケージであり、ワイヤレスRF信号に対して極めて強いシールド効果を発揮する。タンク内にアンテナを追加することで解決できますが、変圧器内部の複雑なコアとクリップ構造、変圧器のオイル媒体は、マルチパス効果を発生させ、マイクロ波信号を減衰させます。さらに、変圧器内部の部分放電によって発生する電磁波スペクトルがSAWの動作周波数帯域をカバーする可能性があり、その結果、S/N比が急激に低下し、深刻なデータパケット損失が発生します。

5.蛍光光ファイバー温度測定システム（推奨）

蛍光光ファイバー温度測定技術は、現在、油浸変圧器のコアに安全に浸透し、「巻線ホットスポットの直接測定」を実現することができます。これは希土類蛍光材料の残光寿命の原理に基づいており、光の強さとは関係なく、温度のみを測定します。

高圧、強磁場、化学腐食という過酷な環境下で、30年間もモニタリングの安定性を維持する方法とは？

• 本質安全防爆仕様： 光ファイバーは石英（SiO2）製で、本質的に絶縁性であり、優れた沿面抵抗を持っています。絶縁破壊の心配がなく、110kVあるいは500kV変圧器の高電圧巻線間に直接あらかじめ埋め込むことができる。
• 電磁波耐性： 光信号伝送は電磁干渉（EMI/RFI）の影響を受けず、変圧器が短絡衝撃や雷の過電圧にさらされても、温度データは常に安定して信頼できる。
• 油による腐食に強い： 特殊なテフロン（PTFE）またはPEEKのシースを持つ光ファイバープローブは、変圧器オイルへの長期浸漬に耐性があり、老朽化せず、オイルを汚染せず、変圧器本体の寿命と同期した寿命を持つように設計されています。
• キャリブレーション不要： 蛍光寿命は、時間の経過とともにドリフトしない材料の物理的特性であり、寿命の再較正は不要で、メンテナンスも最小限で済む。

5つのモニタリング・プログラムの技術的パラメーターの徹底比較

油温だけで変圧器の健全性を判断することは可能ですか？

明らかに違う。IEC 60076-7によると、変圧器の経年変化率は主に巻線の最も高温の箇所の温度によって決まる。最上部の油温と巻線のホットスポットの間には温度差があり、この温度差は負荷によって非線形に変化する。油温だけを監視することは、医師がCTスキャンを見ずに体温を測るようなもので、内部の局所的な過熱病巣の診断を見逃しがちです。

なぜ「ホットスポット」監視が変圧器の負荷容量向上の鍵なのか？

多くの変圧器は60%-70%の公称容量で長期間運転され、その結果、莫大な遊休資産となっている。これは、運転・保守担当者が真の内部温度を正確に把握できず、負荷を上げる勇気がないためです。もし蛍光光ファイバー温度測定システムが設置され、95℃や105℃の本当のホットスポットデータをリアルタイムで見ることができれば、運転保守担当者は安全範囲内でダイナミックな能力アップを大胆に実行し、設備の潜在能力を引き出し、直接的な経済効果を生み出すことができる。

よくある質問（FAQ）