油浸式変圧器温度監視センサー
发布时间2025年8月7日 09:26:43
油入変圧器は、冷却・絶縁媒体として絶縁油を使用し、電力系統の送配電に広く使用されている。その運転温度（特に巻線と油の温度）は絶縁油の老化速度や機器の寿命に直接影響し、温度が高すぎると油の劣化、絶縁破壊、さらには火災につながる可能性があります。温度センサー油浸変圧器の状態監視の中核部品として、温度変化をリアルタイムで捉え、放熱制御や故障早期警報のための重要なデータを提供することができ、機器の安全運転を確保するための重要な手段となっている。
油浸変圧器の温度モニタリングの特異性
乾式変圧器とは対照的に、油入変圧器の温度監視は、その特性に適合させる必要がある。油媒体環境、高温・高圧、シール構造などの特徴がある：
- 絶縁油は運転中に循環し、温度分布は油の循環の影響を受ける（通常、上層の温度は下層の温度より高い）；
- 巻線温度は中核的な監視指標だが、巻線は油に浸かっているため、直接測定は難しい（絶縁体を貫通させるか、間接的な外挿に頼る必要がある）；
- センサーは、絶縁油（鉱物油、合成油など）の化学腐食に耐性があり、-30℃～150℃の温度範囲に適応する必要がある；
- シナリオによっては、防爆設計が必要なものもある（火花による油蒸気爆発を避けるためのオイルピローやタンクなどの密閉空間など）。
第二に、一般的な温度センサーの種類と特性である。
油浸式変圧器温度センサーは、測定精度、環境適応性、設置の容易さを考慮する必要があり、一般的なタイプは以下の通りである：
1.白金測温抵抗体（Pt100）
理論白金金属の抵抗値が温度に対して直線的に変化する性質（0℃で抵抗値100Ω）を利用し、抵抗値を測定することで温度を換算します。
特性::
特性::
- 高精度（エラー≤±0.1℃〜±0.5℃）、良好な直線性、油温、巻線表面および他の直接接触温度測定に適しています；
- 安定した長寿命（最大10年以上）、絶縁油への長期浸漬に耐える（耐腐食性ハウジングの封入が必要）；
- 有線伝送が必要で、電磁干渉の影響を受けやすく（金属シールド線が必要）、サイズが小さく（直径5～10mm）、燃料タンクやオイルピローに埋め込むのに適している。
適用シナリオ:: - タンク上部の油温監視（油に直接浸され、全体的な放熱状態を反映）；
- 巻線の表面温度（絶縁ブラケットで巻線の外側に固定、要絶縁処理）。
2.熱電対センサー（タイプK、タイプE）
理論2つの異なる金属が回路を形成し、温度差によって熱電ポテンシャル（ゼーベック効果）が発生する。
特性::
特性::
- 広い温度較差（- 200℃~1300℃）は変圧器の短時間の積み過ぎのシナリオ（200℃への巻上げの短時間の過熱のような）の高温に、合わせることができます；
- シンプルな構造、低コスト、耐振動性、耐衝撃性、金属ハウジングに封入した場合の耐油腐食性；
- 精度が低い（誤差±1℃～±3℃）、コールドエンド補正が必要（周囲温度が測定に影響する）、直線性が白金抵抗より悪い。
適用シナリオ:: - タンク底部油温や炉心温度など、高精度を必要としないモニタリング；
- 白金抵抗器のバックアップセンサとして使用され、極端な温度下での冗長監視が可能。
3.センサー（圧力温度計）内蔵油温コントローラー
理論温度パッケージ（感温素子）、キャピラリーチューブ、メーターヘッドで構成される従来の機械式温度測定装置。パッケージ内には感温媒体（エーテル、アルコールなど）が充填されており、温度が変化すると膨張・収縮し、キャピラリーチューブを通じて圧力を伝え、メーターヘッドの指針を駆動して温度を表示する。
特性::
特性::
- 電源不要、本質安全防爆仕様（電気スパークの危険なし）、防爆仕様（燃料タンク上など）に適しています；
- 頑丈な構造、耐油性、耐振動性、容易なメンテナンス（15年以上の寿命）；
- 精度が低い（誤差±2℃～±5℃）、応答速度が遅い（微小レベル）、電気信号を直接出力できない（簡単な制御には接点と組み合わせる必要がある）。
適用シナリオ:: - 油浸変圧器（特に中小変圧器）の油温を、温度測定の主要手段またはバックアップとして定期的に監視する；
- 冷却システム（オイルポンプ、ファンなど）を連動させる必要がある基本的な制御シナリオ。
4.蛍光光ファイバーセンサー
理論温度測定は、蛍光物質の「温度-蛍光特性」に基づいている。センサープローブ内の蛍光物質は、特定の波長の光（例えば青色光）で励起された後に蛍光を発し、その蛍光強度（寿命）の減衰速度は温度が上昇するにつれて加速されるため、蛍光の寿命の変化を検出することで温度を正確に換算することができる。
特性::
特性::
- 電磁干渉に対する極めて強い耐性（光ファイバーによる光信号の伝送、導電性部品なし）、強い電磁環境の変圧器高電圧側に完全に適応；
- 高い測定精度（誤差≤±0.5℃）、高速応答時間（ミリ秒）、巻線温度変動をリアルタイムで捕捉；
- 油の腐食、高温（長期使用温度- 50 ℃ ~ 200 ℃）に抵抗力がある、調査は小さいです（直径≤ 2mm）、絶縁材を損なうことなく巻上げの中に埋め込むことができます；
- 光ファイバーは本質的に柔軟であるため、変圧器の複雑な構造を容易に通過させることができ、また本質安全防爆仕様（電気火花の危険性がない）である。
適用シナリオ:: - 大型油浸変圧器における巻線ホットスポットの直接監視（巻線の最高温度点を正確に反映し、絶縁経年劣化を評価するための中核データである）；
- 高い測定精度と干渉防止能力を必要とする場面（220kV以上の変圧器など）；
- 低メンテナンスコストで長期安定運転が必要な場合（蛍光材料は10年以上使用可能）。
5.赤外線センサー（非接触式）
理論機器表面の赤外線放射エネルギーを検出することで温度変換を行う（透過が必要）。オイルレベルゲージ(タンクの外側をガラス張りにするか、監視する）。
特性::
特性::
- タンクシールを破らずに非接触測定（古い変圧器の改造に最適）；
- 柔軟なインストール、タンクの外壁、油枕油面温度のリモート監視；
- 誤差が大きい（±3℃～±10℃）、環境による影響が大きい（オイルレベルゲージの汚れ、直射日光など）、内部温度を測定できない。
適用シナリオ:: - 接触センサーに加え、タンクの全体的な温度状態も監視します；
- 古い変圧器や、接触センサーを設置するのが不便な一時的な監視シナリオ。
III.主なモニタリング・ポイントと設置要件
油入変圧器の温度分布は、油の循環や損失分布と密接な関係があり、コアの監視ポイントやセンサーの設置は以下の要件を満たす必要がある：
| 監視ポイント | モニタリングの目的 | 推奨センサータイプ | 設置条件 |
|---|---|---|---|
| トップオイル温度 | 変圧器の全体的な熱状態を反映する（最も一般的に使用される指標）。 | Pt100、圧力温度計 | 温度パック／プローブを、熱源（巻線など）から離して、タンク内のオイルの最上層（深さ≥100mm）に浸す。 |
| ワインディング・ホットスポット | 断熱材の老朽化率の評価（最も危険な場所） | 蛍光式光ファイバーセンサー、Pt100（間接式） | 巻線に埋め込む蛍光光ファイバープローブ（製造時にボビンの隙間にあらかじめ埋め込む）；Pt100はトップオイル温度＋温度上昇から換算可能（誤差が大きい） |
| コア温度 | 鉄心の渦電流損失による局所的過熱の監視 | 熱電対、Pt100 | コアクランプに固定、絶縁パッケージが必要（短絡を避けるため） |
| 環境温度 | 放熱条件（高い周囲温度など）の判断に役立つ | Pt100 | 変圧器の周囲2~3mに設置し、直射日光を避ける。 |
IV.選考の主な要因
油浸変圧器温度センサーの選択は、機器のパラメータ、動作環境総合判断と組み合わせる必要があります：
- 温度範囲通常の使用温度（40℃～100℃）および短期間の過負荷温度（120℃～150℃など）をカバー；
- 精度要件巻線のホットスポットは±1℃以内で監視する必要がある（蛍光光ファイバーが望ましい）；
- 環境適応絶縁油による腐食に耐えること（ステンレスパッケージはオプション）、防爆構造であること（Ex dⅡCT4など）、防水構造であること（保護等級IP68）；
- 設置可能性内蔵巻線（直径5mm以下）には小型化されたセンサーが必要で、タンクへの取り付けには適合するインターフェース（M27×2ネジなど）が必要です；
- 信号の互換性サーモスタットやSCADAシステム（例：4～20mA、RS485出力）と連動させ、遠隔監視や制御を容易にする必要があります。
V. 温度監視システムの典型的な構成
油入変圧器の温度監視システムは通常、「センサー＋サーモスタット＋アクチュエーター」で構成される：
- トランスデューサトップオイル温度、巻線温度（直接または間接）の収集；
- サーモスタットセンサー信号を受信し、温度を表示し、しきい値を設定します（例：80℃でファン起動、100℃でアラーム、130℃でトリップ）；
- アクチュエータ:リンケージ冷却装置（オイルポンプ、ファン）、過熱が自動的に冷却を開始し、極端な条件は、保護のトリップをトリガします。
注：大型変圧器では、精度と信頼性を考慮し、「蛍光光ファイバーによる巻線の直接測定＋Pt100による油温測定」を組み合わせて使用することが多い。
概要
油浸変圧器用の温度センサーは、油媒体、高温、高圧といった特殊な環境に適応する必要がある。Pt100精度と費用対効果のバランスから、トップオイル温度監視の第一選択肢となっている；蛍光ファイバーセンサー電磁干渉に強く、高精度で、巻線に埋め込むことができるという利点を持ち、巻線のホットスポットの直接測定に最適です；圧力温度計その後、中小型変圧器（本質安全防爆、簡単なメンテナンス）に広く使用されている。実際の選定は、変圧器の安全運転を保証するために、温度データの正確性と信頼性を確保するために、装置のサイズ、監視目的、コストと組み合わせる必要があります。
