油入変圧器における部分放電：その性質と過剰な部分放電レベルが発生する一般的な原因

01 はじめに

油浸中の部分放電（PD） 電力変圧器 部分放電は、変圧器業界において世界的に認識されている課題であり続けている。多くのメーカーが、部分放電に関連する故障により大きな損失を被っている。

PD（製品劣化）の基準値超過は、工場内試験、第三者機関による検査、または顧客現場で発生する可能性があります。PDの原因特定は「干し草の山から針を探す」ようなもので、数日から数ヶ月に及ぶ再作業が発生し、製造業者やエンドユーザーに重大な品質損失をもたらすことがよくあります。

したがって、過剰なPDの原因を科学的に診断し、迅速に特定することが極めて重要である。

02 定義と性質

公式な定義は存在しないが、著者はPDを次のように定義する。
【変圧器内部の局所的な箇所で放電が発生しているが、現時点では絶縁破壊やフラッシュオーバーは発生していない。】

PDシナリオは多岐にわたるが、共通の本質を持っている。
絶縁システムの構造的、材料的、または製造上の欠陥により、その箇所における絶縁耐力を超える局所的な電界歪みが生じ、その結果、繰り返し発生する微小スケールの非貫通型電離破壊が発生する。

つまり、部分放電の本質は、部分放電発生に必要な電界強度を超える局所的な電界集中にある。

03 主な原因

部分放電のメカニズムに基づくと、局所的な電界を過剰に発生させるあらゆる要因が、部分放電の超過を引き起こす可能性がある。

3.1 PDの場所
PDは以下に起因する可能性があります。

ブッシング

 

OLTC/DETCタップチェンジャー

 

リード

 

巻線

 

接地部品

 

絶縁表面／内部欠陥

 

変圧器油

最も脆弱な場所：固体断熱材内の空気の空隙、または油中の気泡。
理由：電圧ストレス下では、電界強度は誘電率（ε）に反比例する。

紙の断熱性 ε ≈ 4.4

 

空気の空隙率 ε ≈ 2.0
→ 空気の空隙では、電界強度が約2.2倍高くなります。
絶縁破壊強度が低い（AC ≈2kV/mm) 空隙/気泡はPD開始の弱点となる。

3.2 PDの種類
一般的なPDタイプ 油入変圧器s:

気泡放電

 

湿気による分泌物（湿気のある断熱材）

 

鋭利な電極放電（高電圧／接地電極先端部）

 

浮遊電位放電

 

くさび形のオイルギャップ排出

 

金属粒子／汚染物質粒子からの排出

 

接着不良（クランププレート／エンドリングに過剰な／質の悪い接着剤が使用されている）

重要な洞察：

PD超過は設計に起因することはまれである（確率は約0.5%）。
95%以上は、材料、工程、または製造上の欠陥に起因する。

理由：過電圧 (LI、LIC、SI、LTAC) を等価 1 分商用周波数耐電圧 (DIL変換）すべてPD試験電圧（IVPD）を超えています。主絶縁／縦方向絶縁は、最も高い過電圧シナリオに対応するように設計されています。

いいえ。	PDタイプ	位置	機構	よくあるケース
1	鋭い電極放電	クランプ部品、タンク、昇降ブッシング、リード圧着端子	曲率半径が小さい → 電荷密度が高い → 極端な電場集中	高電圧電極付近のシールドされていないボルト、磁気シールドの鋭利なエッジ
2	気泡/空隙の排出	油中の気泡／固体断熱材の空隙	誘電率が低い（ε≈1）→高電界応力＋低絶縁破壊強度（2kV/mm）	真空状態が不完全、オイルの充填が速すぎる、エンドリング／均圧球の接着剤が過剰または不十分
3	湿気による分泌物	巻線、コア絶縁体、リード線	湿気は誘電強度を60～70％低下させる	コアの乾燥が不十分。組み立て中に外気への過剰な曝露があった。
4	浮遊電位放電	プレスボード、鉛製支持具、磁気シャント	電荷蓄積→急激な放電パルス	接地されていない磁気シールド、接続不良の静電リング
5	汚染物質の排出	油中の水/繊維/金属粒子	磁場歪み＋水は磁場応力を2.9倍増加させる	オイルろ過不良、コアの汚染、水分の侵入

04 展望

一般的なPDの種類、メカニズム、発生部位、および症例研究を理解することは、的を絞ったトラブルシューティングを行う上で不可欠です。

変圧器の接続原理、構造設計、部分放電波形特性、極性位置特定、および診断テストと組み合わせることで、この知識は迅速な根本原因の特定を可能にし、品質損失を最小限に抑えます。