私は15年間、アフリカ全土の電力事業者の調達と試運転を支援してきました。油入式電力変圧器そして、私が学んだことが一つあるとすれば、それは電圧関連の故障はめったに丁重に予告されないということです。突然の送電網の崩壊、変圧器の爆発、途方もない納期とコストを伴う緊急調達命令としてやってきます。こうした危機を回避している事業者には共通する習慣があります。それは、通電前と通電後も定期的に電圧チェックを行うことです。この記事では、100kVAから2500kVAの油入変圧器を扱うナイジェリアのすべての事業者に私が推奨する5つのチェックについて説明します。

1. 部分放電試験 ― 絶縁不良が発生する前に発見する

部分放電（PD）試験は、油入変圧器に対して利用可能な最も予測性の高い電圧チェックです。部分放電とは、油入変圧器内で発生する小さな電気放電のことです。 変圧器の絶縁 局所的な電界が油絶縁体または紙絶縁体の絶縁耐力を超えると、放電が発生します。放電は導体間の完全なギャップを架橋しないため、直ちに故障を引き起こすわけではありませんが、絶縁体を徐々に劣化させます。数週間から数か月かけて部分放電（PD）の活動が活発化し、最終的には完全な絶縁破壊が発生します。

ナイジェリアでは、送電網の電圧変動が頻繁に発生し、気温が35℃を超えることも珍しくないため、絶縁体の劣化が加速します。当社はラゴス、カノ、ポートハーコートの変電所に変圧器を納入してきましたが、部分放電（PD）試験を実施した事業者は、劣化が深刻化する6～18ヶ月前に確実に劣化を検出できたと断言できます。ナイジェリアの送電網は電圧降下や電圧上昇が頻繁に発生し、変圧器の絶縁体に負荷がかかるため、より安定した送電網と比較して部分放電の発生頻度が高くなる傾向があります。

テストの仕組み： PDカプラを変圧器のブッシングに接続し、変圧器を動作電圧で通電します。カプラはピコクーロン（pC）レベルの電気パルスを検出します。試験は通常、定格対地電圧の1.5倍の電圧で行われます。

受入基準： 新品の変圧器の場合、部分放電レベルは電圧クラスに応じて100～300pC以下であるべきです。稼働中の変圧器の場合、一般的に500pCが対策レベルとして用いられます。 PD値が1000 pCを超える場合は、直ちに検査を受けることをお勧めします。 ―差し迫った失敗の確率は高い。

によると IEEE 規格では、部分放電試験は工場受入試験時、輸送後、試運転前、および重要変圧器については毎年実施する必要があります。周囲環境が劣化を加速させるナイジェリアの変電所では、標準的な年1回の試験ではなく、年2回の試験をお勧めします。試験装置は、基本的な部分放電検出装置から、巻線内の部分放電源を特定できる高度なシステムまで多岐にわたります。基本的な試験でも実用的なデータが得られるため、問題があるかどうかを知るために最も高度なシステムは必要ありません。

2. 力率試験 ― 水分および油汚染の検出

力率試験は、変圧器の絶縁システムにおける誘電損失を測定する、長年にわたり確立された電圧検査です。通常10kVの試験電圧を印加すると、力率（パーセント表示）は、絶縁体内で熱として消費されるエネルギー量（蓄えられて放出されるエネルギー量ではなく）を示します。力率が低いということは、絶縁体が清潔で乾燥していることを意味します。力率が上昇している場合は、絶縁油または絶縁紙に何らかの変化が生じていることを示しています。

ナイジェリアは南部が湿潤な熱帯気候、北部が半乾燥気候であるため、変圧器タンクへの湿気の侵入は常に懸念事項です。密閉型変圧器でさえ、時間の経過とともに湿気を吸収し、湿気の誘電率は水の約80倍であるため、 変圧器油そのため、ごく少量でも誘電損失が劇的に増加します。その結果、発熱、劣化の加速、そして最終的には故障につながります。

受入基準： 力率が0.5%未満であれば、断熱状態は良好です。0.5%～1.0%の値は、乾燥処理の監視とスケジュール調整が必要であることを示唆しています。 10kVの試験電圧で力率が1.0%を超える場合は、水分の侵入または油汚染が存在することを意味します。 治療は直ちに開始すべきである。油のサンプリングと分析は並行して実施すべきである。

検査の実施方法： 変圧器は電源が切断され、絶縁されています。力率試験装置で10kVの交流電圧を印加し、発生する電流を測定することで、容量性成分と抵抗性（損失）成分を分離します。力率は、印加電圧と電流の位相角のコサインとして計算されます。最新のデジタル計測器はこれを直接計算し、結果をパーセントで表示します。

私がオペレーターにいつもアドバイスしていることの一つは、力率試験は標準温度（通常は20℃または40℃）で実施し、異なる周囲温度で試験を実施した場合はその温度に補正することで最良の結果が得られるということです。油の粘度は温度によって変化するため、周囲温度35℃で取得した生の試験値は実際よりも高く見える可能性があります。試験装置が温度補正を自動的に行うかどうかを必ず確認してください。

3. 巻数比の検証 ― 磁気回路の完全性を確保する

巻数比（TTR）試験は、変圧器の実際の電圧比が銘板の仕様と一致していることを確認するためのものです。33/0.415kVの変圧器の場合、無負荷状態で低圧側に415Vを印加すると、高圧側に約33kVの電圧が発生するはずです。この値から大きくずれている場合は、何らかの問題があることを示しています。

巻数比のずれの最も一般的な原因は、短絡力による巻線の変形、タップチェンジャーの接点不良、および短絡巻線です。ナイジェリアの送電網で変圧器が深刻な短絡事故に見舞われると（これは運用者が望むよりも頻繁に発生します）、電磁力によって巻線が物理的に変形する可能性があります。短絡電磁力は電流の二乗に比例するため、中程度の故障でも導体に1平方メートルあたり数トンに相当する力が加わる可能性があります。このような事故が複数回発生すると、巻線が変形し、実効巻数が変化します。

テストの仕組み： TTR試験装置は、一方の巻線に低電圧の交流励磁電圧を印加し、もう一方の巻線に誘起される電圧を測定します。印加電圧と測定電圧の比から巻数比が得られます。この試験は、タップ切替機構が正しく機能していることを確認するために、各タップ位置で実施されます。

受入基準： タップ位置全体にわたって、回転比の許容誤差は銘板値の±0.5%以内でなければならない。ほとんどのユーティリティ仕様は、以下によって参照されるものを含みます。 NERC 変電所設備の試運転には、このレベルの精度が求められます。±0.5%を超える偏差は、タップチェンジャーの不具合または巻線の変形を示しており、さらなる調査が必要です。

私が常に強調している実用的なポイントは、TTR試験は安全で非侵襲的であるということです。低電圧・低電流を使用するため、絶縁体に負荷がかかりません。既に稼働中の変圧器に対しても、定期メンテナンスの一環として実施できます。変圧器フィーダーで重大な短絡事故が発生した場合や、年次メンテナンスの際に実施することをお勧めします。

3.1 高温気候において旋回比ドリフトがより重要になる理由

ナイジェリアの電力事業者は、温帯地域の事業者にはない複合的な問題に直面しています。それは、気温が35℃以上になることが多く、変圧器が年間を通してより高温で稼働する期間が長くなることです。変圧器の負荷容量は高温下で低下するため、実効的な熱的余裕が減少します。つまり、短絡力によって変形した巻線は、負荷がかかった状態でより早く熱的限界に達することになります。故障による機械的変形と高温運転の組み合わせにより、ナイジェリアの状況ではTTRテストが特に重要になります。私は、気温が高く電力系統の安定性が脅かされているジョスやカノの顧客には、TTRテストを年1回ではなく6ヶ月ごとに実施することを常に勧めています。

4. サージインパルス試験 ― 巻線の機械的強度の検証

サージインパルス試験では、変圧器の巻線に高電圧の雷インパルスを印加し、その結果生じるオシロスコープ波形を工場で取得した基準波形と比較します。この試験により、輸送中、設置中、またはその後の短絡事故において、巻線が機械的な損傷を受けていないことが確認されます。

変圧器は送電線で発生する雷サージに耐える必要があるため、巻線の絶縁は基本絶縁レベル（BIL）で設計されています。サージインパルス試験は、巻線の機械的健全性、つまり短絡時に発生する巨大な電磁力に耐える能力が損なわれていないことを検証します。巻線が変形または変位している場合、インパルス波形の末尾またはピークに特徴的な変化が現れます。

テストパラメータ： 標準インパルス波形は1.2/50μsです。これは、波形が1.2マイクロ秒でピークに達し、50マイクロ秒で半値まで減衰することを意味します。試験電圧は、品質検証の場合は通常BILの75%、完全受入試験の場合はBILの100%です。

私たちが求める人物像： 試験電圧と差動電流（または基準点における電圧）のオシログラムは、許容範囲内で工場出荷時の基準値と一致しなければなりません。巻線は複雑なRLCネットワークとして機能するため、巻線間または巻線間の静電容量の変化は、特性を変化させます。巻線の機械的な変位は静電容量分布を変化させ、検出可能な特性変化を引き起こします。

受入基準： 記録された波形は、同じ極性の工場出荷時の基準波形に対して±5%の許容範囲内に収まる必要があります。この範囲外の偏差が見られた場合は調査が必要です。通常は、変圧器にアクセスできる場合は、一連の誘電試験と巻線の目視検査を実施します。

ナイジェリアの電力事業者にとって、サージインパルス試験は特に重要である。なぜなら、国内送電網の送電線は落雷の影響を受けやすく、変圧器はサージ現象に故障することなく耐えられる必要があるからである。 500kVAを超えるすべての変圧器は、初回通電前にインパルス試験を受けることを推奨します。また、フィーダーに重大な故障が発生した後にも実施する必要があります。この試験は、専用の高電圧試験装置を用いて実施され、資格のある試験機関または試験サービス会社に委託する必要があります。

5. 無負荷損失測定 ― コア効率の確認とコア損傷の検出

無負荷損失（鉄損とも呼ばれる）とは、変圧器が定格電圧で通電されているものの、負荷が接続されていない状態で消費される電力のことです。これは主に、鉄心鋼におけるヒステリシス損失と渦電流損失、および鉄心クランプ構造と巻線からのわずかな損失から構成されます。無負荷損失は工場試験で測定され、現場での受入試験で検証する必要があります。

変圧器が現場に到着した際、および運転期間中、無負荷損失測定によって、鉄心に損傷や劣化が生じているかどうかが分かります。鉄心鋼は精密な方向性電磁鋼板で製造されているため、輸送中の損傷、設置時のタンク真空引き不良、積層間の絶縁体の経年劣化などによって渦電流損失が増加します。鉄心の劣化は鉄心ノイズも増加させます。異常にノイズが大きくなる変圧器は、鉄心に問題が発生している可能性があります。

受入基準： 一般的な1000kVA変圧器の場合、無負荷損失値が1.2kW未満であれば、コア材の状態が良好であることを示します。同一ユニットで1.5kWを超える値はコア損傷を示唆する。 最も可能性の高い原因は、積層絶縁材の劣化、コア接合部の緩み、またはタンク壁内の循環電流です。より高品位の方向性電磁鋼板を使用した最新の変圧器は、1990年代に製造された変圧器よりも無負荷損失が15～30%低くなるはずなので、結果を評価する際には、ユニットの製造年と設計基準を考慮する必要があります。

検査の実施方法： 変圧器の二次側は開放状態にしておく。一次側には定格電圧（通常は銘板に記載されている周波数である50Hz）を印加する。電力計で実際の消費電力を測定する。無負荷損失は温度によって変化するため、鉄心が熱的に安定するまで、試験は通常30～60分間実施する。

調達の観点から、私は常にクライアントに対し、入札書類の一部として工場無負荷損失試験報告書を要求するようアドバイスしています。世界銀行のエネルギー分野の技術基準 発展途上国市場における機器調達においては、工場試験証明書の提出と、現場試験結果が工場値の許容範囲内（通常は±10%）であることが求められます。現場測定値が工場値より10%以上高い場合は、正式な調査が開始されます。

すべてをまとめる ― ナイジェリアの変電所における試験手順

上記で説明した5つのチェック項目は、100kVAから2500kVAの範囲の油入変圧器に対する包括的な診断ツールです。各テストは個別に実行できますが、一定の間隔で連携して実行することで最も効果を発揮します。国際規格と、私がアフリカ市場に変圧器を供給してきた経験に基づき、推奨するテスト手順を以下に示します。

工場出荷前（工場検収時）： 部分放電試験、力率試験、巻数比検証、サージインパルス試験、無負荷損失測定を実施します。試験証明書一式は製造元にお問い合わせください。

現場検収時（通電前）： 輸送や取り扱いによって損傷が生じていないことを確認するため、回転数比の検証、部分放電試験、無負荷損失測定を繰り返し実施する。結果を工場出荷時の値と比較する。

運転中は定期的に以下の間隔で実施します。 ナイジェリアの変電所では、年間を通して気温が35℃を超えることが多いため、標準的な12ヶ月ごとの試験間隔を半分に短縮し、500kVAを超える重要な変圧器については6ヶ月ごとに試験を実施することをお勧めします。力率試験と巻数比の検証は、頻繁な試験スケジュールを立てる上で最も実用的です。変圧器が重要なサービス場所に設置されていない場合は、部分放電試験と無負荷損失測定を年1回実施できます。

障害発生後： 変圧器母線で重大なフィーダー故障または短絡事故が発生した場合は、直ちに巻数比の検証と部分放電試験を実施する必要があります。故障が深刻な場合は、サージインパルス試験も推奨されます。

変圧器サプライヤーに尋ねるべきこと

変圧器の見積もりを評価する際、私は常にオペレーターに対し、技術提案パッケージの一部として以下の文書を要求するようアドバイスしています。部分放電データ、力率値、すべてのタップ位置における巻数比測定値、インパルス試験波形、無負荷損失測定値を含む、完全な工場試験証明書です。ほとんどの信頼できるメーカーは、定格容量500kVA以上の変圧器に対してこれらの証明書を提供しているため、サプライヤーから完全な試験パッケージが提供されない場合は、その品質保証プロセスについて直ちに疑問を抱くべきです。

また、変圧器が現場に到着する前に、ナイジェリアまたは西アフリカの資格を有する高電圧試験機関と関係を構築しておくことをお勧めします。この地域では、複数の国際的な試験会社が移動式試験所を運営しており、ナイジェリアの電気工学科を有する大学の中には、変圧器の試験サービスを提供しているところもあります。通電前に試験契約を締結しておくことで、現場での受入試験を予定通りに実施できないというよくある問題を回避できます。

結論

電圧テストは単なるチェックリストの項目ではなく、変圧器群を積極的に管理する事業者と故障後に対応する事業者を区別する診断手法です。部分放電テスト、力率テスト、巻数比検証、サージインパルステスト、無負荷損失測定の5つのチェックすべてを実施するナイジェリアの電力事業者は、絶縁とコアの問題の大部分が送電網事故に発展する前に発見できます。 IEEE フィールドデータと NERC 信頼性レポートや予防的な診断テストプログラムにより、変圧器の故障に起因する強制停電率を最大80%削減できます。この数値は、私がサハラ以南アフリカのプロジェクト全体で確認してきた結果と一致しています。

試験にかかる初期投資（機器、試験機関との契約、訓練を受けた人員など）は、緊急時の変圧器交換費用や、防ぐことができたはずの送電網崩壊による社会的・経済的損失に比べれば、ほんの一部に過ぎません。予防は費用がかかりませんが、緊急対応は費用がかかります。これは私がこの業界で15年間苦労して学んだ原則であり、回避できたはずの変圧器トラブルで当社に連絡してくるすべての事業者に伝えている教訓です。

ナイジェリアのプロジェクトに適した油入変圧器の選定に関する技術的なガイダンスが必要な場合、または既存の変圧器群の試験プロトコルについて話し合いたい場合は、直接弊社チームにご連絡ください。電力変圧器 そして三相油入式ユニット アフリカ全土の電力事業者と連携しており、ナイジェリアの送電網の厳しい状況を理解しています。