ラミネーション・ジョイント付近の局所的ホットスポットの根本原因

変圧器や発電機が作動するとき、多くの経験豊富なエンジニアが最初にトラブルを探すのはコアの接合部である。そのコソコソした ラミネート 継ぎ目（T字継ぎ目、コーナー、段差）は、フラックスの方向が変わり、隙間をコントロールするのが最も難しく、サーモグラフィで局所的な "謎の "ホットスポットが現れる場所である。

この記事では なぜ ホットスポットの発生、"無害なウォームパッチ "と本物の炉心損傷との見分け方、そして設計、製造、O&Mが実際にどのような方法でホットスポットを防ぐのか。

• これは誰のため？
  • 積層コア（変圧器、リアクトル、発電機、大型モーター）の設計エンジニア
  • 赤外線やコアテストの異常を説明しようとするテスト＆試運転エンジニア
  • ホットスポットが「モニター」なのか「シャットダウン」なのかを判断するアセットマネージャー
  • 検査、EL CID/コアループテスト、内部オーバーホールを計画するメンテナンスチーム

1.ラミネート・ジョイントが天然のホットスポット・マグネットである理由

ラミネーション・ジョイントでは、磁束は角を曲がって鋼材の積み重ねから別の積み重ねへとジャンプすることを余儀なくされる。三相変圧器のT字型継手では、いくつもの辺縁磁束が、さらに次のような形で発生する。 合せる を共有する領域があるため、局所的な磁束密度はコアの平均を上回る。

配電用変圧器のコアに関する研究によると、特定のT字継手部における局所的な損失は、平均的なコア損失よりも著しく高くなる可能性があり、特に、磁束の混雑や不利な磁束角度が発生する突合せ継手の内側エッジ付近で顕著です。このような余分な損失は直接熱に変わるため、銘板負荷が正常であってもIRカメラにはホットスポットが「見える」のです。

• 高いレベルでは、関節付近のホットスポットは通常、以下のような組み合わせから生じる：
  • フラックスの混雑と局所飽和 コーナー、T字型ジョイント、設計の悪いステップラップなどで磁束密度が急上昇する場合
  • インターラミネーション・ショーツ バリ、キズ、ラミネーションのゆがみ、コーティングの損傷により渦電流ループが発生する。
  • 余分なリラクタンスまたはエアギャップ ミスアライメントや不十分なスタッキングにより、接合部でフラックスが「迂回」し、狭い領域に集中する。
  • 迷走磁束と循環電流 多点コア接地、漏れ磁束、接合部付近で磁束を吸い上げる構造部品によるもの。
  • 冷却問題 (ダクトの詰まり、オイル/エアーの滞留)により、中程度の高損失領域が本物の熱リスクに変わる。
  • 高調波、過励磁、DCバイアス コア領域（特にジョイント）を飽和状態に近づけ、鉄損と温度を上昇させる。

2.ホットスポット下の物理学（数学に溺れることなく）

製造やメンテナンスのせいにする前に、接合部で物理学がどのような働きをしているのかを視覚化するのに役立つ。完璧なラミネートコアの場合

• フラックスの大部分は、粒方鋼の圧延方向に沿って流れる。
• ラミネーションは互いに絶縁されているため、渦電流は小さく閉じ込められる。
• 関節は、ある四肢から別の四肢へ、フラックスが激しくなく、穏やかに交差するように配置されている。

現実はもっと厄介だ。T字ジョイントやミッターコーナーの場合：

1. フラックスが回転して広がる。 磁束ベクトルは圧延しやすい方向から離れて回転し、ラミネーション面に垂直な成分が発生することさえある。そのため、その領域ではヒステリシス損失と渦電流が発生する。
2. 通常のフラックスはラミネーションを横切る。 ラミネーションが重なり合う部分（ステップラップ、バットジョイント）では、フラックスの "ノーマル "な成分がラミネーションに流れ込もうとする。 を通して スタックに沿ってだけでなく。そうすることで、渦電流のループが1枚だけでなく複数枚のシートを通過するようになり、局所加熱の完璧なレシピとなる。
3. 欠陥があれば効果は倍増する。 バリ、余分な隙間、短絡したラミネーショ ンは、局所的なリラクタンスを歪ませ、すでに応 力がかかっている鋼材にさらに多くの磁束を押し込 む。測定されたコアでは、Tジョイントの内側領域での局所的な損失が、同じ全体的な磁束密度でも外側領域よりも大幅に増加することが観察されている。

そのため、銘板の損失は問題ないように見えても、接合部は物理的にマージンが最も薄くなる場所であり、だからこそ欠陥がホットスポットとして最初に現れるのである。

• ラミネーション接合部をホットスポットに変える主な物理的メカニズム：
  • フラックス角の効果： 圧延方向からずれた磁束 > CRGO鋼のヒステリシス損失が大きい
  • 通常のフラックス成分： 貫通磁束 > シングルシートではなくマルチラミネーション渦電流
  • 地元の飽和状態： コーナーとT字型ジョイントの混雑 > 設計以上のBピーク > 鉄損の急上昇
  • インターラミネーション・ショーツ： 断熱材の紛失や破片がラミネーションを橋渡し > そのポケットで「ソリッドコア」の挙動
  • 漏れ磁束の捕捉： 接合部付近の構造部品やクランプは、浮遊磁束を拾って局所的に発熱する。

3.実践的な根本原因マップ（ホットスポットの背後にある本当の原因は何か？）

物理学を、製造、テスト、あるいは運用中に実際に目にすることに結びつけてみよう。

以下は、ラミネーション・ジョイント付近の局所的なホットスポットの背後にある最も一般的な根本原因と、それがどのように現れやすいかをコンパクトにまとめた「フィールド・マップ」である。

• この地図を実生活でどう使うか：
  • 始めよう どこ その場所は、Tジョイントの内側の端、クランプの上、タンクの上、継ぎ目に沿ってか？
  • 見る どのようにスケールするか電圧（フラックス）か電流（負荷）か、あるいはその両方か？
  • と組み合わせる。 試験データ (コアロス、EL CID/ループテスト、DGA、接地電流）により、「何かが温かい」から「これは、ステップラップ/多点接地/ラミネーションショートの不整列の可能性が非常に高い」へと絞り込む。

4.デザインに関連する根本原因（そして「良い」とはどのようなものか）

ホットスポットの中にはミスではなく、設計マージンに組み込まれているものもあります。コアの設計や仕様決定を行っている場合、これらのレバーで毎日遊んでいることになります。

三相変圧器のコアに関するよく知られた研究によると、T型継手領域はコアの中で最も複雑で損失の影響を受けやすい部分であり、磁束が急激に回転し、複数の辺縁磁束が重なり、面内磁束と法線磁束の両方の成分が大きくなります。最適化された継手設計（改良型ステップラップ継手や60°/45°混合継手など）は、旧来の45°/90°配置と比較して局所的な損失を大幅に低減します。

同様に、適切なコーティングと応力除去アニールを施した高品位CRGOは、与えられたBの全体的および局所的なコアロスを劇的に減少させる。

• 接合部のホットスポットに強く影響する設計上の選択：
  • 共同ジオメトリー：
    • ステップ・ラップ vs バット・ジョイント vs ミタード・コーナー
    • ステップの長さと順序；T字型関節のオーバーラップパターン
  • フラックス密度/V/Hz：
    • B-Hカーブの膝の近くを "積極的に "走ることは、関節にほとんどマージンを残さない。
  • 素材の選択：
    • CRGOのグレード、コーティングの種類、ラミネーションの厚さ（シートが薄いほど渦電流は小さくなる）
  • 磁気構造レイアウト：
    • クランプ構造、タイプレート、コアエンドに近いタンクの位置
    • 接合部付近の磁気シャント／フラックスシールドの有無
  • 接合部の冷却設計：
    • ヨークと手足の接合部付近のダクト・レイアウト。

5.製造と組み立て：「紙のデザイン」と現実が出会う場所

美しくモデリングされたコアであっても、製造と組み立てがラミネーション接合部を丁重に扱わなければ、熱的に誤った挙動を示す可能性がある。

打ち抜きや積み重ね作業では、バリや反ったプレート、ずれたステップラップが残ることがあります。業界の経験や技術文献によると、コアスタックに傷や大きなバリ、ゆがんだラミネーションがあると、コアの総損失が規格内であっても、ラミネーションが局所的に短くなり、局所的な過熱を引き起こす可能性があります。

大型機械（発電機、大型モーター）では、振動やコアの緩みによるラミネーションの損傷も層間絶縁材を摩耗させる可能性がある。摩耗した絶縁材を放置すると、ショート、コアのホットスポット、極端な場合にはコアの溶融空洞につながる。

• 製造／組立の問題は、後にジョイントのホットスポットとなることが多い：
  • バリの制御とバリ取りが悪い： 粗いエッジは、ラミネーション間ショートや局所的なフラックス歪みのリスクを増大させる。
  • 一貫性のないスタッキング圧力： 緩んだスタックは振動し、締めすぎたスタックはコーティングを押し出したり、プレートをゆがませたりする。
  • ステップラップ／Tジョイントのずれ： 適切な冶具や自動化されていない手作業による積み重ねは、不規則な重なりやエアギャップを引き起こす。
  • 接合部のコーティングの損傷： 再コーティングを施さずにダメージを与えたり、削ったり、研削したりすると、導電性ブリッジが発生する。
  • 金属異物の破片： 溶接スラグ、ワイヤの切りくず、工具、ナット／ボルトが、継手や冷却ダクトの近くに挟まっている。
  • クランプボルトのトルクが一定でない： 不均一な圧縮により、局所的な隙間が生じ、漏れ磁束や振動の経路となる

6.関節の弱点を「照らす」運転条件

完璧に作られたコアを継承し まだ 動作環境が快適ゾーンを超えた場合、局所的なホットスポットが発生する。

過励磁(高V/Hz)、高調波、または直流バイアスは磁束密度を押し上げ、Bがすでに高くなっている継ぎ目やコーナーが最初に問題となる場所です。変圧器のコアに関する技術ガイダンスでは、過負荷、設計外の動作点による鉄損の増加、および高調波が、コアの過熱の重要な要因であると強調されています。

迷走磁束はもう一つの原因である。主コアから漏れた磁束は、特に巻線の両端や接合部付近で、クランプやタンク壁、その他の金属部品に渦電流を誘起し、ラミネーション自体は問題なくても接合部付近に局所的なホットスポットを発生させる。

最後に、多点コア接地は典型的な「目に見えない」問題である。2つ以上のコア接地がループを形成し、コア・スチールや構造経路に電流を循環させる。この循環電流は、赤外線、接地電流測定、DGAガス検知によって検出可能な局所的過熱を発生させます。

• 関節のホットスポットを誘発したり、悪化させたりすることが多い動作シナリオ：
  • での長時間運転 上昇V/Hz (低周波、過電圧、グリッドイベント時の発電機昇圧トランス)
  • 高い 高調波負荷 コンバーター、アーク炉、フィルターが不十分なドライブからのもの
  • 不均衡または非対称な負荷 フラックス分布が歪み、接合部付近の迷走磁束が増加する。
  • 多点接地故障 トランスコアまたはステータコアの
  • 冷却システムの劣化： エア／オイルダクトの詰まり、ファン／ポンプの故障、低温時のオイルの増粘
  • スルー故障または突入事象の繰り返し 体幹と関節に機械的なストレスを与え続ける。

7.ラミネーション接合部付近の局所的ホットスポットの診断方法

IRカメラやサーマルセンサーでホットスポットを発見したら、本当の問題はそこだ： これは許容範囲内の温暖域なのか、早期警告なのか、それとも本物のコアの断層なのか？

最良の答えは、熱的観察と電気的・化学的試験を組み合わせることである。現代の研究と現場での実践は、ラミネーション間の問題を早期に突き止めるために、局所的な損失測定、高度なサーモグラフィ、コア欠陥検出技術（発電機のEL CIDや変圧器のコアループ試験など）を重視しています。

• 実践的で重層的な診断アプローチ：
  • 1.温度パターンをマッピングする
    • ホットスポットだ：
      • A 小さく激しい ポイント？(デブリ、ラミネーションショート、マルチポイントグラウンド）。
      • A バンド 接合部に沿ってか？(設計／アセンブリの形状、またはエアギャップが考えられます。）
      • について クランプまたはタンク 接合部付近？(構造部分の浮遊フラックス）
  • 2.運転条件との関連
    • 温度は追跡できるか 電圧（V/Hz） 負荷電流以上か？→ コアの問題
    • 追跡可能か 電流 / 負荷 もっと？→ 構造物の迷走磁束、あるいは複合効果
  • 3.電気テストの実施
    • 無負荷損失と着磁電流 対工場出荷値
    • コア接地電流 と絶縁抵抗（多点接地の検索）
    • 炉心損傷試験 (大型発電機や大型変圧器のEL CID、低フラックスループ試験）により、ラミネーション間故障を特定する。
  • 4.化学分析およびガス分析を使用する（オイル充填ユニット用）
    • DGA：中程度の温度（高温の金属／高温の油、通常700℃未満）での熱的欠陥に一致するパターンを探す。
  • 5.介入レベルの決定
    • 「モニターのみ」（わずかなデザイン上のウォームスポット、長期間安定）
    • 「計画停電と点検」（異常はあるが安定している。）
    • 「緊急シャットダウン＆内部検査」（上昇傾向、異常検査、または炉心故障の証拠）

8.予防：実際に機能する設計、工場、現場の習慣

ラミネーション接合部の局所的なホットスポットのほとんどは、優れた設計規律、真摯な製造QA、現実的な運用管理の組み合わせで防ぐことができる。

予防を3つの層で考える： (1)正しく設計する、(2)きれいに作る、(3)親切に運用する。

• 正しいデザイン
  • 選ぶ 最適化されたジョイント形状 (ステップラップ、改良型Tジョイント)2D/3D EM + 損失シミュレーションで検証。
  • ラン・コア B-H曲線を控えめに鉄損からすべてのワットを絞り出すのではなく、継ぎ目にマージンを残す。
  • 指定する 高品位CRGO適切なコーティング、周波数と損失目標に適合したラミネーション厚さ
  • 場所 クランプ、タイプレート、タンク壁 浮遊磁束と渦電流損失を考慮し、必要に応じてシャントやシールドを追加する。
  • 堅牢なデザイン 冷却経路 トップ・ヨーク、リム・ジャンクション、コア・エンドで
• きれいに作る
  • 強制する バリ限界 ラミネーションパンチングとカッティングのバリ取り基準
  • 用途 自動またはガイド付きスタッキング ジョイントとステップラップの重なりとアライメントを確保するため
  • プロテクト 取り扱い中のコーティング特に継ぎ目付近の破損したプレートの補修または不合格。
  • 厳格に適用する 異物管理ツール/説明責任システム、タンク閉鎖前の清掃と検査
  • コントロール クランプボルトのトルク 不均等な隙間や動きを避けるための圧縮シーケンス
• 親切に操作する
  • 強制する V/Hzおよび高調波リミット 適切な保護とシステム研究
  • モニター コア接地電流 多点接地を早期にキャッチするための絶縁抵抗値
  • トレンド 無負荷損失、着磁電流、IRサーモグラフィー たまにではなく、コンスタントに
  • キープ 健康的な冷却システム清潔なダクト、稼動するファン/ポンプ、良好なオイル状態。
  • プラン コア検査 / EL CID 大型機械や重要な変圧器の大規模なオーバーホールで

9.一つにまとめる

ラミネーション接合部付近に局所的なホットスポットが発生するのは、不運が重なったわけではありません。ホットスポットは、ほとんどの場合、1つ以上の根本的な問題の端緒なのだ：

• 接合部の局所的な磁束の挙動、
• 鋼鉄を切断し、積み重ね、クランプし、絶縁する方法。
• システムが実際のサービスにおいて、そのコアをどのようにプッシュするか。

サーマル・パターンとデザインに関する知識、そして的を絞ったテストを組み合わせれば、「トップヨークにある妙に暖かいパッチ」は明確なストーリーに変わる： ずれたステップ・ラップ、ラミネーション・ショート、多点アース、クランプ内の浮遊磁束。 そのストーリーがわかれば、設計変更、積み直し、再グラウンド化、再冷却といった緩和への道筋がより明確になる。