超高電圧 (EHV) 変圧器のサプライヤーとして、私はこれらの大手電力会社が電力システムにおいて重要な役割を果たしているのを直接目撃してきました。しかし、他の複雑な電気機器と同様に、EHV 変圧器にも課題がないわけではなく、私たちが頻繁に遭遇する最も重大な問題の 1 つはコロナ放電です。
コロナ放電を理解する
コロナ放電は、導体の周囲の電界強度が周囲の媒体、通常は空気の破壊強度を超えたときに発生する放電の一種です。 EHV 変圧器では、この現象はいくつかの要因によって発生する可能性があります。まず、EHV システムに含まれる高電圧レベルにより、強い電場が生成されます。高電圧巻線やブッシングなどの導体の表面の電界強度が臨界値に達すると、その周囲の空気分子がイオン化します。
イオン化プロセスは、空気分子から電子が切り離されることから始まり、導体の近くにプラズマ領域が形成されます。このプラズマ領域はある程度電気を通すことができ、可視光を放射し、導体の周囲にかすかな輝きとして現れることがよくあります。コロナ放電は、導体にかかる電圧の極性に応じて、正コロナと負コロナなどのさまざまな種類に分類できます。
EHV変圧器におけるコロナ放電の原因
- 高電圧レベル
- EHV 変圧器は、非常に高い電圧 (多くの場合、数百キロボルト以上の範囲) で動作します。これらの高電圧レベルは、空気の絶縁破壊強度を超える強力な電場を容易に生成する可能性があります。たとえば、発電所の変圧器、高圧巻線は、高電圧で大量の電気エネルギーを処理できるように設計されています。絶縁設計が最適化されていない場合、巻線の周囲の電界が集中し、コロナ放電が発生する可能性があります。
- 鋭いエッジや突起
- 変圧器の導体またはその他のコンポーネントに鋭いエッジや突起があると、局所的に電界強度が増加する可能性があります。製造工程において、導体が適切に平滑化されていなかったり、金属部品にバリがあると、その部分に電界が集中します。この局所的な電界の増加は、全体の電圧レベルが比較的低い場合でもコロナ放電を引き起こす可能性があります。
- 汚染物質と湿気
- 変圧器の絶縁体または導体の表面上の汚染物質もコロナ放電の原因となる可能性があります。ほこり、汚れ、その他の粒子は周囲の空気の電気的特性を変化させ、電界強度がより高い領域を作り出す可能性があります。湿気は空気の破壊強度を低下させる可能性があるため、特に問題となります。変圧器の周囲の空気が湿っている場合、コロナ放電の可能性が大幅に増加します。
コロナ放電の影響
- 電力損失
- コロナ放電は電気エネルギーを消費する非効率なプロセスです。コロナ放電中に熱、光、音の形で放散されるエネルギーは、変圧器からの電力損失を表します。この電力損失は、変圧器の全体的な効率を低下させるだけでなく、運用コストも増加させます。大規模な電力システムでは、各変圧器での少量の電力損失であっても、時間の経過とともに大きな損失になる可能性があります。
- 絶縁劣化
- コロナ放電領域のイオン化した空気には、フリーラジカルやオゾンなどの反応種が含まれています。これらの反応種は変圧器の絶縁材料と反応し、化学劣化を引き起こす可能性があります。時間の経過とともに、絶縁体の機械的および電気的特性が劣化し、絶縁破壊を防ぐ効果が低下する可能性があります。これにより、さらに深刻な絶縁不良が発生し、変圧器の誤動作を引き起こす可能性があります。
- 電磁妨害 (EMI)
- コロナ放電は広い周波数範囲の電磁波を発生します。これらの電磁波は、近くの通信システムや電子機器に干渉する可能性があります。変電所では、コロナ放電による EMI により、制御および監視機器の通常の動作が妨げられ、不正確な測定値が発生したり、潜在的に危険な状況が発生したりする可能性があります。
コロナ放電の検出と防止
- 検出方法
- EHV 変圧器のコロナ放電を検出するにはいくつかの方法があります。最も一般的な方法の 1 つは目視検査です。コロナ放電は目に見える輝きを生成することが多いため、訓練を受けた技術者は特殊なカメラや双眼鏡を使用して、夜間や暗い場所で輝きの存在を探すことができます。超音波検出器は、コロナ放電によって生成される高周波音波の検出にも使用できます。別の方法は、電気測定装置を使用して、コロナ放電に伴う電流と電圧の変化を検出することです。
- 予防テクニック
- コロナ放電を防ぐには、設計の最適化が重要です。変圧器は、電界の集中を軽減するために、滑らかな導体と丸みを帯びたエッジで設計する必要があります。絶縁材料は、高電圧環境に耐えられるように慎重に選択し、適切に取り付ける必要があります。たとえば、良好な誘電特性を持つ高品質の絶縁材料を使用すると、絶縁システムの破壊強度を向上させることができます。
- 環境管理も重要です。変圧器は、適切な換気と防塵対策が施された筐体または屋外エリアに設置できます。湿度の高い地域では、除湿装置を使用して変圧器の周囲の空気中の水分含有量を減らすことができます。
EHV 変圧器の例とそのコロナ放電に関する考慮事項
当社は、次のような幅広い EHV 変圧器を提供しています。UL 証明書 35kV 液体充填変電所電力変圧器そして発電所の変圧器。これらの変圧器は、コロナ放電のリスクを最小限に抑えるための最新技術を使用して設計されています。
35kV 液体充填変電所の変圧器の場合、液体絶縁は空気に比べて優れた誘電特性を提供します。これは、より高い電圧レベルでもコロナ放電の可能性を減らすのに役立ちます。巻線とブッシングの設計は、均一な電界分布を確保するために慎重に最適化されています。
通常、大規模な発電所で使用される発電所の変圧器の場合、高電圧コンポーネントは非常に高い電気ストレスにさらされます。コロナ放電を防ぐために、当社では高度な絶縁材料と製造技術を使用しています。変圧器にはコロナ放電の初期兆候を検出する監視システムも装備されており、タイムリーなメンテナンスが可能です。
結論
コロナ放電は EHV 変圧器における重大な問題であり、電力システムの効率、信頼性、機器の寿命に広範囲にわたる影響を及ぼします。 EHV 変圧器のサプライヤーとして、当社はコロナ放電のリスクを最小限に抑えるように設計された高品質の製品を提供することに尽力しています。継続的な研究開発を通じて、当社は変圧器の最適な性能を確保するために、設計および製造プロセスの改善に努めています。
当社の EHV 変圧器にご興味がある場合、またはコロナ放電やその他の技術的な問題についてご質問がある場合は、調達に関するご相談をお待ちしております。当社の専門家チームは、詳細な技術情報とお客様の特定のニーズを満たすカスタマイズされたソリューションを提供する準備ができています。
参考文献
- グローバー、AK「電気機械設計」。ニューエイジ・インターナショナル、2007年。
- ブラックバーン、JL「保護中継: 原則と応用」。マルセル・デッカー、1998年。
- ウェスチングハウス・エレクトリック・コーポレーション「送配電リファレンスブック」。ウェスチングハウス・エレクトリック社、1964 年。