変圧器における部分放電の種類とは？内部放電、沿面放電、コロナ放電の解釈

• 内部放電：絶縁材料内部の気隙や不純物内で発生し、最も一般的な部分放電のタイプである。放電は正半周期と負半周期の両方に分布し、PRPDスペクトルは対称的な楕円形の分布特性を示す。
• 面放電：絶縁材料と油の界面に沿って発生し、放電経路が絶縁表面を継続的に侵食して炭化痕を形成するため、内部放電よりも危険性が高い
• コロナ放電：金属の先端や鋭角部分において電界が集中することで生じる放電であり、商用周波数の電圧ピーク付近で発生し、電界設計上の欠陥を示す指標となる
• 浮遊放電：接地が不十分な金属部品で発生し、放電エネルギーが大きく、危険性が最も高い。スペクトルの特徴は、特定の位相範囲に集中した強い信号である。

1. 部分放電の4つの基本タイプ

2. 各種放電の詳細な特徴

2.1 内部放電――最も一般的な局所放電の形態

内部放電は、絶縁材料内部の微小な気隙や不純物の周囲で発生する。気体の誘電率は周囲の絶縁材料よりも低いため、電界は気隙に集中し、電界強度が気隙の絶縁破壊電界強度を超えると放電が生じる。内部放電の特徴は、放電量が通常小さく、進行速度が遅く、正負の半周期で対称的に発生することです。長期間にわたって内部放電が続くと、気隙が徐々に拡大し、最終的には絶縁層全体を貫通する可能性があります。

2.2 表面放電――絶縁表面における侵食性放電

表面放電は絶縁材料の表面に沿って進行し、内部放電の進行した形態である。内部放電によって生じた炭化チャネルが絶縁表面まで達すると、表面放電へと移行する。表面放電は、内部放電に比べて絶縁板に対する破壊力がはるかに大きい。放電経路の高温により、絶縁表面に恒久的な炭化痕（樹枝状放電痕）が残り、絶縁強度が継続的に低下する。

2.3 コロナ放電――電界設計における注意点

コロナ放電は、金属導体の表面にある鋭い先端や縁で発生します。これは、これらの箇所に電界が高度に集中するためです。コロナ放電自体のエネルギーは高くなく、短期間であれば絶縁体への直接的な危害はそれほど大きくありませんが、これは重要な設計上の欠陥を示す兆候であり、変圧器内部に電界の集中という問題が存在することを示しています。長期にわたるコロナ放電は、オゾンや窒素酸化物を発生させ、絶縁油や絶縁材料の劣化を加速させる。

2.4 浮遊放電――最も危険な部分放電の形態

変圧器内部の金属部品（クランプ、シールドリング、ボルトなど）が緩んだり、取り付け時の不備により適切に接地されていない場合、これらの部品は浮遊電位体となります。交流電場の作用下で、浮遊体と隣接する接地部品との間で放電が発生します。浮遊放電のエネルギーレベルは他の3つのタイプよりも著しく高く、アーク放電へと急速に発展する傾向があるため、直ちに運転を停止して対処すべき緊急事態です。

3. 特徴から放電の種類をどのように区別するか？

3.1 位相分布の特徴

放電の種類によって、商用周波数の周期における位相分布には顕著な違いが見られる。内部放電は正半周期および負半周期の第1象限と第3象限の両方に分布している。コロナ放電は電圧のピーク付近に集中している。浮遊放電は特定の位相範囲に集中している。位相分布は、PRPDスペクトルを用いて放電の種類を判定する際の第一の根拠となる。

3.2 振幅と再現率の特徴

コロナ放電は振幅が小さいが繰り返し頻度が高く、電源周波数の各周期のピーク付近で発生する。浮遊放電は振幅が大きいものの、繰り返し頻度は比較的低い場合があり、これは浮遊体の充放電時間定数に依存する。内部放電の振幅と繰り返し頻度はその中間に位置し、時間とともに徐々に変化していく。

3.3 トレンドの推移の特徴

内部放電および表面放電は通常、徐々に進行し、放電の振幅や頻度が次第に増加する傾向を示します。浮遊放電は（機械的な緩みや輸送時の衝撃により）突然発生する可能性があり、一旦発生した場合は細心の注意を払う必要があります。コロナ放電は電圧の変化の影響を強く受け、高電圧レベルでの運転時により顕著に現れる可能性があります。

4.よくある質問

4.1 問：内部放電とコロナ放電を素早く見分けるにはどうすればよいですか？

答：PRPDスペクトルの位相分布を確認します。コロナ放電は商用周波数電圧のピーク付近（90°および270°前後）に集中しており、正半周期と負半周期で非対称な分布を示します。一方、内部放電は正半周期と負半周期で比較的均一に分布しています。これが最も直感的な見分け方です。

4.2 問：表面放電が絶縁破壊に至るまで、通常どのくらいの時間がかかるか？

答：決まった期間はありません。放電の強度、絶縁材料の種類、および使用環境によって異なります。高強度の表面放電が継続的に発生する場合、絶縁板は数ヶ月から1～2年の間に、局所的な炭化から貫通放電に至る可能性があります。したがって、表面放電の進行傾向が確認された場合は、点検・修理を遅らせてはなりません。

4.3 質問：浮遊放電と内部放電は、信号上では見分けがつきにくいですか？

答：混同することはほとんどありません。浮遊放電の放電振幅は通常、内部放電よりもはるかに大きく、位相的にも特定の範囲に集中しています。PRPDスペクトル上に高振幅で位相分布が狭い信号が現れた場合、まず浮遊放電であると判断すべきです。

4.4 質問：コロナ放電は通常、処理が必要ですか？

答：軽微なコロナ放電であれば、短期間であれば運転を継続しても問題ありませんが、記録に残し、点検計画に組み込む必要があります。コロナ放電の強度が増大し続ける場合や、他の種類の放電を伴う場合は、速やかに原因を調査する必要があります。コロナ放電は絶縁油の劣化を早める可能性があり、長期にわたり放置すると変圧器全体の絶縁性能に影響を及ぼす恐れがあります。

4.5 質問：油色譜検査でアセチレンが検出され、部分放電監視で放電が確認された場合、これら二つの現象はどのような順序で発生するのでしょうか？

答：部分放電監視は、油ガスクロマトグラフィーよりも先に放電信号を検出します。油中にアセチレンが検出された時点で、放電はすでに一定のエネルギーレベルに達しています。したがって、部分放電監視は、放電系の故障に対して、油ガスクロマトグラフィーよりも早い段階で警報を発することができます。

5.まとめ

部分放電の種類と特性を理解することは、部分放電監視データを正しく解釈するための基礎となります。放電の種類によって、対応策も異なります。コロナ放電は計画的な点検が可能ですが、表面放電は綿密な追跡が必要であり、浮遊放電は直ちに対処する必要があります。部分放電監視システムは、PRPDスペクトルを用いて放電の種類を自動的に識別し、運用・保守担当者に正確な判断材料を提供します。

免責事項：本記事の内容は、技術的な意見交換や参考のためのものであり、いかなる形の調達確約や契約提案を構成するものではありません。製品の技術パラメータ、構成、価格については、実際の契約および技術合意が優先するものとする。本記事に含まれる技術データおよび事例は、公開情報および技術慣行によるものであり、予告なく更新される場合があります。

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