変圧器の秘密：絶縁油の老化プロセスと、それが電力用変圧器の絶縁にどのような影響を及ぼすか（老化評価のヒントも!）

このユニークなトランスオイルは、電力トランスの生命線に似ている。単に物事を冷却するだけでなく、同様に重要な絶縁を提供します。しかし、この変圧器用絶縁オイルは永久に理想的な状態を保つわけではありません。他のものと同じように、経年劣化が起こります。この変圧器オイルの老化を理解することは、非常に重要です。なぜか？将来、大きなトラブルと出費を避けることができるからです。オイルが劣化すると、絶縁紙や変圧器全体に悪影響を及ぼします。この記事は、電力変圧器の絶縁油の熟成特性についてのガイドです。オイルを調べることによって変圧器の健全性を評価する方法を見ていきます。私は、この絶縁が劣化したときに何が起こるかを実際に見てきました。また、酸の生成とそれが電気機器に与える影響についても触れます。

1.トランスフォーマーオイルとは何なのか？

オイルは自動車に使われるものと考えればよいが、電力用変圧器ではスーパースターだ。通常、これは高度に微調整された鉱物油で、絶縁油と呼ばれることもある。このオイルの主な役割は、変圧器内の高電圧がかかるさまざまな部品を保護することです。これは、電力があるべきでない場所に飛び込むのを阻止することを意味します。大きな電力を運ぶケーブルのことを考えてみてください。オイルは変圧器の安全な動作に重要な役割を果たしています。

この液体断熱材はさらに、変圧器を冷却するという極めて重要な役割も果たす。トランスが機能すると、発煙します。変圧器オイルは循環し、巻線のような部分から熱を拾い上げ、運び去ります。これは、トランスが優れた実行温度で滞在するのに役立ちます。つまり、このオイルは、保護と冷却の2役をこなすヒーローなのです。オイルの特性は、トランスが正しく動作するために本当に重要です。大きな変圧器には、この特別な変圧器用オイルが数え切れないほどたくさん入っています。変圧器の絶縁はこのオイルに大きく依存しています。

2.トランスフォーマー・オイルはなぜ老化するのか？老化と同じなのでしょうか？

素晴らしい質問だ！そして実際、ある意味で、年を取っていくトランスオイルは、私たちと少し似ている。時間とともに変化する。これが老化のプロセスだ。トランスオイルを老化させるものはたくさんある。大きな3つは、暖かさ、酸素、湿気です。変圧器が作動するたびに熱を発生します。この熱ストレスは、オイルが分解または劣化し始める主な理由の一つに過ぎません。オイルは、特にいくつかのタイプの変圧器スタイルでは、空気中の酸素にさらされています。

トランスオイルに酸素と高温が混ざると、酸化と呼ばれる化学反応が起こります。リンゴを切ったときに茶色くなることを思い浮かべてください！この酸化がオイルを変化させ、オイルの機能を低下させるのです。水分、それも少量の水分もトランスの中に入り込み、オイルの老化を促進させます。そのため、オイルの経年劣化は、トランスの健康状態を大きく左右します。この劣化はゆっくりと進行する手順ですが、寿命が尽きるまでどの変圧器にも起こります。目的は、変圧器を保護するために、この変圧器オイルの老化を理解することです。

3.トランス・オイルの劣化と酸の蓄積を引き起こす主な敵とは？

酸化は大敵だ。オイルが酸素と熱にさらされると、分解が始まる。このオイルの分解は、有害な副産物を生成する。この副生成物の中で最も厄介なものは酸である。そう、オイルが酸性になるのだ！この酸の発生は、変圧器内部のあらゆるものに悪影響を及ぼします。この酸の含有量は、オイルの品質をチェックする上で非常に重要なポイントです。

さらなる敵は汚染である。これは、前述したように水分であったり、変圧器内部の摩耗による小さな金属粒子であったりします。これらの不純物は、変圧器オイルの劣化プロセスを加速させます。変圧器に過負荷がかかったり、高温の場所で作業したりすることによる高温、つまり熱ストレスも同様に、オイルの老朽化と劣化を早めます。また、故障や落雷による電気的ストレスも加わります。これらすべての要因が相互に作用して、オイルの絶縁特性を低下させます。このため、オイルの効率は低下する。

4.経年劣化したオイルとその酸は、トランスの絶縁紙にどのような影響を与えるのか？

ここからがトランスにとって深刻な問題だ。ほとんどの変圧器は、絶縁のためにオイルを使用するだけでなく、巻線のコードに撚られた特殊な紙（多くの場合、セルロースで構成されている）を使用しています。これは紙絶縁または絶縁紙と呼ばれる。このオイル・ペーパー絶縁システムは非常に一般的である。さて、変圧器オイルが古くなると酸が発生すると説明したのを覚えているだろうか。その酸はセルロース絶縁紙にとって恐ろしいものです。

酸はセルロース繊維を攻撃し、紙の断熱材を弱くもろくする。ちょうど古新聞が黄色く変色して壊れていくのと同じようなものだ。このセルロースの劣化は、変圧器の一次電気絶縁にダメージを与える。変圧器の絶縁は非常に弱くなり、通常の電気的、機械的ストレスに耐えられなくなります。恐ろしいのは、一度セルロース紙が損傷すると、トランスの大規模で高価な修理サービスなしには修理できないことです。このように変圧器の寿命に直接的な影響を与えるからこそ、私たちはオイルに細心の注意を払っているのです。

5.古く劣化したトランスオイルは本当にトランス全体を損傷するのか？その影響は？

間違いない！私はそれを目の当たりにしてきました。古く劣化した変圧器オイルは、単なる些細な心配事ではなく、変圧器全体に対する深刻なリスクなのです。オイルが古くなって分解すると、酸だけでなくスラッジと呼ばれるものも発生します。このスラッジは粘着性のある黒っぽい物質で、変圧器内部の冷却ダクトを妨害する可能性がある。冷却が妨げられると、変圧器はさらに高温になり、オイルの老朽化も早まる！恐ろしいサイクルだ。これにより、変圧器自体の老朽化が進むのです。

さらに悪いことに、オイルが保護能力を失う（誘電強度が低下する）と、変圧器内部で電気障害が発生する恐れが高まる。これは小さなアークかもしれないし、大きな内部爆発かもしれない。変圧器の故障は、停電や高価な修理作業、あるいは全く新しい変圧器が必要になることを意味します。変圧器の信頼性と業務への影響は、大きなものになります。このため、配電に使用される変圧器の性能には、変圧器オイルの状態が不可欠なのです。

6.トランスフォーマーオイルの老朽化の兆候とは？破壊を検知する方法は？

何を見つけるべきかを認識することが鍵である。トランスフォーマーオイルが古くなり、弱くなり始める最初の兆候のひとつは、酸性度の上昇です。これを検査することができます。もう一つの兆候は、色の変化です。新しいトランスオイルは通常、透明で薄い黄色です。それが古くなるにつれて、黒っぽくなり、茶色や黒色になることもあります。これは通常、酸化やスラッジの形成の兆候です。また、オイルが変圧器をあまり冷却せず、油温の測定値が高くなることがあります。

変圧器オイルやセルロース断熱材の劣化により、ある種のガスが発生することがよくある。これらのガスはオイルに溶解します。私たちはこれらの溶解ガスの種類と量を評価することができます。これは溶存ガス分析（DGA）と呼ばれる非常に強力なツールです。さまざまなガスによって、過熱、アーク放電、変圧器の絶縁紙に問題があるかどうかがわかります。誘電強度が低い場合も同様に、オイルが適切にシールドすることを妨げている明確な指標です。このオイルの劣化は変圧器に対する警告サインです。

7.変圧器オイルの経年劣化と問題を理解するために、どのように変圧器オイルを評価するのか？

変圧器オイルに何が起きているのか、そしてその経年劣化を実際に理解するために、私たちは変圧器タンクからオイルサンプルを採取します。その後、このオイル・サンプルはラボで多くの検査を受けることになります。典型的な検査のひとつは、オイルの酸度（または酸含有量）を測定するものです。酸度が高いほど劣化が進んでいることを意味します。さらに、オイルが高電圧からどの程度保護できるかを示す絶縁耐力も調べます。絶縁耐力が低いと、変圧器の絶縁に赤信号が灯ります。

水分は油の老化を早め、セルロース断熱材を損傷させるからだ。そして、溶存ガス分析（DGA）も重要です。油に含まれるガスの種類と量を調べることで、巻線の過熱や紙の断熱材の劣化などのトラブルに関する情報を得ることができます。これらの検査は、油の品質と変圧器の健康状態を総合的に評価するのに役立ちます。この状態分析は、どの変圧器にとっても重要です。これは、優れた電気設計の実践の一部となります。

8.変圧器オイルの老化を抑え、絶縁を保護するためにできることはありますか？

そう、ありがたいことに、私たちにはできることがある！それは、老化のプロセスを抑えようとすることです。最も良いことは、トランス・オイルを清潔に保ち、冷却し、乾燥させることです。これは、変圧器のシールが湿気を防ぐのに適していることを意味します。変圧器にブリーザー付きのコンサベーター・システムがある場合は、ブリーザー内の乾燥剤（乾燥剤）が元気であることを確認する必要があります。これはオイル中の水分を減らすのに役立ちます。変圧器が頻繁に過負荷にならないように維持することも同様に、熱ストレスを管理し、寿命を延ばすのに役立ちます。

変圧器オイルの定期的な検査は非常に重要です。検査でオイルが弱くなり始めているが、それほどなくなっていないことがわかった場合、オイル再生または再生と呼ばれる作業を行うことがあります。この処置はオイルを浄化し、酸やスラッジを取り除き、誘電特性を回復させます。これは、大きな変圧器のオイルをすべて交換するよりも手頃な価格で行えることが多いのです。優れたメンテナンスは、油と変圧器自体の寿命を延ばすことができます。その目的は、オイルの経年劣化に対処し、変圧器の絶縁システムを保護することです。

9.トランスフォーマーのオイル再生や交換を考えるべき時期は？

これは、変圧器のオーナーにとって大きな選択ポイントです。一般的に、私たちは変圧器オイルのテスト結果を見ます。酸性度が高くなりすぎたり、絶縁耐力が低下したり、スラッジが大量に形成されたりした場合は、対策を講じる時です。劣化が極端でなければ、オイル再生が素晴らしい選択肢になることもある。このプロセスでは、変圧器に入れたまま、あるいは取り出して処理した後に戻すことで、既存のオイルをきれいにすることができます。これにより、オイルの特性を大幅に向上させ、変圧器の寿命を延ばすことができます。

とはいえ、オイルが非常に古く、ひどく弱っている場合や、断熱紙（セルロース）が大きく損傷している場合は、オイルの再生では不十分かもしれない。このような場合、オイルの完全交換が必要となる。オイルを交換することで、変圧器は新しくきれいな絶縁オイルに生まれ変わります。しかし、紙の絶縁体が損傷している変圧器に新しいオイルを注いでも、紙のケアにはなりません。そのため、オイルの劣化を早期に発見することが変圧器にとって非常に重要なのです。私たちは、優れたメンテナンスと再生が可能であれば、絶え間ないオイル交換を防ぐつもりです。

10.なぜセルロースの劣化が変圧器の絶縁システムに大きな影響を及ぼすのか？

セルロースと紙の絶縁は、トランスにとって非常に重要です。このセルロース絶縁は、通常、紙またはプレスボードのタイプで、トランスの巻線用の主要な強力絶縁です。巻線のターン間や巻線と他のトランス部品との間の短絡を止めるために必要な誘電絶縁バリアを形成します。このセルロース系絶縁体の健全性は、事実上トランスの耐用年数を決定します。

変圧器オイルが古くなり、酸や水分が発生すると、このセルロース断熱材が劣化し始める。セルロースを構成する長い鎖が分解し、絶縁紙が機械的に弱くなる。絶縁紙はもろくなり、振動や短絡時の強い力によって容易に損傷します。セルロースの劣化がある段階に達すると、変圧器は故障の危険性が高くなります。オイルを変質させることはできても、巨大な変圧器の奥深くにある絶縁紙をすぐにすべて変質させることはできません。そのため、変圧器の老朽化対策には、変圧器のオイルを健全に保つことでセルロースを確保することが絶対に欠かせないのです。油と紙の混合は変圧器の絶縁システムにとって非常に重要です。