大容量の電源変圧器を供給する場合、10,000 kva ユニットほど多くの費用がかかるプロジェクトはほとんどありません。これらの巨大な機械は工業団地全体、鉱山作業、または大規模な再生可能エネルギー農場に電力を供給しており、単一の欠陥が数百万ドルのダウンタイム、安全上の問題、収益の損失につながる可能性があります。 12 年間にわたり変圧器の製造とテストを行ってきた結果、10,000 kva ユニットのテストは単なるチェックリストではなく、コアの積層から油絶縁体に至るまですべてのコンポーネントを検証し、25 年以上確実に動作することを確認する厳格なプロセスであることがわかりました。今日は、10,000 kva 変圧器の段階的なテスト プロトコルについて説明します。160KVA電源変圧器、800Kva変圧器、 そして500KVA電源変圧器北米全土の施設に。
フィールドテストに入る前に、専用のテストベイから始めましょう。このテストベイは、10,000 kva 変圧器を施設から出荷する前に検証するために信頼できる唯一のスペースです。小型ユニット (標準的なフラットベッドに収まるコンパクトな 160 kva モデルなど) とは異なり、10,000 kva ユニットには、実際の負荷条件を模倣するのに十分な電圧と電流を供給できるカスタム テスト リグが必要です。テスト前の段階は非常に重要です。電源を投入する前に、まず目視および寸法検査を実行して製造エラーを発見します。これには、コアの位置合わせ、ブッシュの気密性、リード線の接続、絶縁と冷却に使用される鉱物油の品質のチェックが含まれます。また、銘板のすべての詳細 (kva 定格、電圧比、相構成) がお客様の仕様と一致していることも検証しており、これによりコストのかかるやり直し作業を何度も回避できました。
事前チェックが完了したら、最初の電気テストは絶縁抵抗テスト (IR) と分極指数 (PI) です。 10,000 kva の変圧器の場合、5,000 V メガオーム計を使用して、高電圧 (HV) 巻線と低電圧 (LV) 巻線の間、および巻線と地面の間の抵抗を測定します。絶縁抵抗は、油または紙の絶縁体が汚染または損傷しているかどうかを示します。 20°C で測定値が 1,000 メグオーム未満の場合は危険信号です。分極指数 (10 分間の IR 読み取り値を 1 分間の読み取り値で割って計算) も同様に重要です。当社では PI 2 以上を目標としています。これは、断熱材が乾燥しており湿気がないことを確認します。出荷の準備をしていた 1,600 kva ユニットがこのテストに不合格になったときのことは決して忘れることはありません。PI は 1.2 だったので、次のステップに進む前にオイルを再脱水する必要がありました。この失敗から、締め切りが迫っている場合でも、決してこのテストを急ぐべきではないということがわかりました。
次に、巻数比テスト (TTR) を実行して、HV 巻線と LV 巻線の間の電圧比が設計仕様と一致していることを確認します。 66kV HV 巻線と 12.47kV LV 巻線を備えた 10,000 kva 変圧器の場合、予想される比率は約 5.29:1 です。当社では、すべてのタップ位置にわたるすべての位相をチェックする完全自動 TTR アナライザーを使用しています。これは、タップ チェンジャーが負荷変動に合わせて電圧を調整し、タップが 1 つずれているとパフォーマンスが低下する可能性があるため、これが重要です。このテストでは、負荷がかかった状態で過熱を引き起こす可能性がある隠れた欠陥である、巻線の短絡ターンも明らかになります。私たちは、より小さなユニット（私たちのような）を見てきました。8000 KVA 電源変圧器) TTR には合格しますが、他のテストには合格しませんが、10,000 kva ユニットの場合、これが巻線エラーに対する防御の第一線となります。
TTR の後は、各相巻線の実際の抵抗を測定する巻線抵抗試験に進みます。大型の変圧器の場合、巻線の加熱を避けるために低電流を注入する DC 抵抗テスターを使用し、複数のタップ位置で測定値を取得します。ここで重要なのはバランスです。各相の抵抗は平均読み取り値の 0.5% 以内である必要があります。 1 つの相の抵抗が高い場合は、接続の緩み、巻線の素線の断線、さらには銅線の製造ミスを示している可能性があります。かつて、1600 KVA の電源トランスの位相抵抗が他のものより 1.2% 高く戻ってきたことがありましたが、これは LV ブッシュの圧着接続不良が原因であり、出荷前に修正しました。 10,000 kva ユニットの場合、わずかな抵抗の不均衡が不均一な負荷分散につながるため、このテストは交渉の余地がありません。
次の主要なテストは、無負荷損失および無負荷電流テストです。これは、負荷が接続されていない状態で全電圧で動作する変圧器をシミュレートし、鉄損 (磁束から鉄心の熱として失われるエネルギー) を測定できるようにします。 HV 巻線に最大定格電圧を印加し (LV はオープン)、高精度の電力計を使用して消費電力と電流を記録します。 10,000 kva の変圧器の場合、無負荷損失は 15 kW 未満である必要があります。値が高い場合は、コアの積層が損傷しているか、アセンブリの積層間のエア ギャップが大きすぎることを意味します。無負荷電流も測定しますが、これは定格 LV 電流の 0.5% 未満である必要があります。このテストでは、コア設計の効率を実際に検証します。長年にわたり、当社はラミネート・スタッキング・プロセスを改良して、すべての高容量ユニットの無負荷損失を 8% 削減してきました。これにより、お客様は運用コストの削減にメリットを享受できます。
無負荷テストに合格したら、負荷損失およびインピーダンス電圧テストに移ります。これはおそらく耐荷重性能にとって最も重要なテストです。負荷損失は、電流の流れによって巻線内で熱として失われるエネルギーを表し、インピーダンス電圧 (または短絡電圧) は、巻線に定格電流を循環させるのに必要な電圧の割合を測定します。 10,000 kva の変圧器の場合、LV 巻線を可変電源に接続し、LV 回路に最大定格電流が流れるまで減電圧を HV 巻線に加えます。これにより、設計仕様 (通常、10,000 kva ユニットで約 70 kW) に一致する負荷損失を測定できるようになります。インピーダンス電圧は、全負荷時の電圧降下量を決定するため重要です。インピーダンスが低すぎると過剰な故障電流が発生する可能性があり、インピーダンスが高すぎると不必要な電圧調整が発生します。私たちは常にインピーダンスの読み取り値と設計モデルを相互参照して、それらが一致していることを確認しています。このテストでは、巻線導体のサイズのエラーが複数回検出されました。
電気試験の後は、電源変圧器の生命線であるオイル試験に移ります。鉱物油は巻線を絶縁して冷却するため、わずかな汚れや湿気でも故障の原因となる可能性があります。タンクの上部、底部（沈殿物が沈む場所）、サンプルバルブの 3 か所から油サンプルを採取します。まず、絶縁耐力をテストします。これは、オイルが破壊することなく電圧に耐える能力を測定します。新油の場合、10,000 kva ユニットで少なくとも 60 kV の絶縁耐力を目標としています。 40 kV 未満の場合は、真空脱水プロセスを実行して水分を除去します。また、水分含有量 (目標 <20 ppm) と酸性度 (目標 <0.1 mg KOH/g)、および溶存ガス分析 (DGA) も検査します。 DGA は、オイルに溶けている水素、メタン、エチレンなどのガスを測定することで内部障害 (部分放電や過熱など) の初期兆候を検出するため、大型ユニットには特に重要です。社内の分析装置は迅速なスクリーニングに使用されるため、DGA のために常にサンプルを独立したラボに送ります。これにより、問題が拡大する前に問題を発見することで、現場での致命的な障害を防ぐことができました。
これらの試験がすべて完了したら、大事故電流環境に設置される変圧器の短絡耐量試験を実施します。大規模な送電網の近くにある 10,000 kva のユニットでは、定格電流の 10 ～ 15 倍の故障電流が流れる可能性があり、巻線に大きな機械的ストレスがかかります。このテストは特定の顧客の要件に対してのみ行われます。HV 巻線を短絡回路に接続し、故障をシミュレートするのに十分な電流を流して、機械的歪みを測定し、巻線が力に耐えられるかどうかを確認します。これはサードパーティのテスト会社との調整が必要な複雑で一か八かのテストですが、変圧器が極端な事態に対処できるという安心感をお客様に提供します。
最後に、出荷のためにユニットを積み込む前に、最終的な外観検査と機能テストを行います。これには、すべてのバルブ、ゲージ、安全コンポーネント (圧力リリーフ装置や温度センサーなど) のチェック、オイルサンプルのフラッシュ、タップチェンジャーが位置間でスムーズに移動することの確認が含まれます。 10,000 kva ユニットの場合、お客様のご要望に応じて全負荷テストも実行します。抵抗負荷のバンクに接続し、100% 定格負荷で 8 時間動作させ、温度上昇と電圧変動を監視します。温度上昇は重要です。トップオイル温度は 85°C を超えてはならず、巻線温度は周囲温度より 105°C を超えてはなりません。当社では、光ファイバー温度センサーを使用して巻線全体のリアルタイムの読み取り値を取得し、実際の動作条件下でのパフォーマンスを正確に把握します。
10,000 kva 変圧器のテストは共同プロセスです。当社の社内エンジニアリング チーム、サードパーティのテスト ラボ、およびお客様のプロジェクト エンジニアは、あらゆる段階で協力して作業します。長年にわたり、私たちはテストの手抜きがコストのかかる現場の問題につながることを学びましたが、これは私たちが拒否していることです。小規模な商業ビル用の 160 kva ユニットであっても、産業施設用の大規模な 10,000 kva ユニットであっても、当社が出荷するすべてのユニットは、この厳格なプロトコルを通過して、当社の高い基準を満たしていることを確認します。
信頼性が高く、テスト済みの電源トランスをお求めの場合、当社には重要なときに機能するユニットを提供してきた実績があります。当社のチームは、技術仕様から納期まで、お客様の具体的な要件について話し合い、プロジェクトに最適なソリューションを見つける準備ができています。軽工業用負荷用のコンパクトなユニットが必要な場合でも、大規模な電力システム用の大容量変圧器が必要な場合でも、当社がお手伝いします。
参考文献
- IEEE Std C57.12.00、液体浸漬配電、電力、および調整変圧器の一般要件
- National Electrical Manufactures Association (NEMA) 標準 TR1、変圧器、レギュレータ、およびリアクトル - 一般、配電、および電力
- 国際電気標準会議 (IEC) 60076、電力変圧器 - パート 1: 一般要件
- アメリカ石油協会 (API) 規格 555、電気機器用鉱物絶縁油
