変圧器の保守点検ウィンドウ

トーマス・アルバ・エジソンが電球を発明したことは誰もが知るところですが、では誰が変圧器を発明したのでしょうか。おそらくこれまでに開発された中で最も重要な電気機械ではないでしょうか？ ZBDモデルの交流変圧器は、1885年にオーストリア・ハンガリー帝国のガンツ工房で、3人のハンガリー人エンジニアによって発明されました。Karoly lipernowsky、0tt6 Blathy、Miksa Deri(ZBDは彼らのイニシャルから由来)。現在、変圧器はあらゆる場所にあり、家庭や企業にさまざまな電圧を供給しています。商業または産業環境で変圧器が故障した場合、その故障は施設運営のかなりの部分に支障をきたす可能性があります。

インフラ資産の重要度評価を通じて顧客を支援する場合、電力定格が500 KVA以上の主要変圧器は通常、リスク優先度の数値表で非常に高いランクを占めます。交換コストが高く、通常12週間以上の長いリードタイム、入出庫コストが高く、現場で修理できない多くの故障モードがあるため、変圧器は配電システムの信頼性の弱点となる可能性があります。各変圧器に銘板容量の50%未満で負荷されるMain-Tie-Main構成など、冗長性を考慮して設計された配電システムは、障害の影響を軽減できますが、これだけが考慮するべき事項ではありません。大量の故障エネルギーが使用可能であるため、一部の故障モードは作業員に危険を及ぼす可能性があります。また多くの変圧器はオイル充填されているため、可燃性と環境への影響についてさらに検討する必要があります。本来、問題を検出し、障害を防ぐ方法を考え出す方が得策です。変圧器の故障により、修理とダウンタイムのコストが、容易に数万ドルも上乗せになる可能性があります。

幸いなことに、変圧器の差し迫った故障の早期警告サインを捕らえるために使用できる多くのタイプの条件ベースのメンテナンス(CBM)技術には多くの種類があります。赤外線検査では、熱サイクルによる接続の緩み、圧着の弱さ、ケーブルの沿面距離を検出できます。接触超音波(構造物による超音波)は、緩んだ巻線やその他の機械的問題を検出できます。空中超音波は、アーク放電、トラッキング、コロナを検出し、そのすべてが20 kHzを超える超音波スペクトルの高周波信号を放射します。紫外線(UV)カメラは、コロナ事象の正確な場所を確認するために使用できます。目視検査により、空気中の汚染物質、水の侵入、害虫の侵入を検出できます。多くの電気技師は、変圧器の端子室の暖かく乾燥した内部に引き寄せられるヘビ、クモ、または齧歯動物に悩まされています。

オイル充填変圧器では、定期的なオイル分析により、紙の劣化、オイルの劣化、漏れ、過度の酸性度(絶縁破壊)を検出できます。油の溶存ガス分析は、変圧器室内の熱障害や部分的な放電活動の兆候をさらに検出します。最後に、過渡接地電圧(TEV)検出は、部分放電事象の別の形態で、変圧器の絶縁部品内部に隠れた欠陥を見つけることができます。

これらのCBM技術の大半は、有用な定量データを提供するために、通常の負荷条件下で機器に通電して動作させる必要があります。当然のことながら、これは、特にNFPA 70E 2018版に組み込まれた新しいガイドラインの精査の下で説明しなければならない、いくつかの安全上の考慮事項を作成します これらの検査作業のいずれかで変圧器のドアまたはカバーを開ける必要がある場合は、アークフラッシュまたは感電のリスクが増大し、関係者のリスクが高くなります。有資格者であることに加えて、労働者は、利用可能なアークフラッシュインシデントエネルギーに応じて、適切なレベルの個人用保護具(PPE)を着用する必要があります。変圧器においては、このアークフラッシュのリスクは重大であり、完全な検査とデータ収集作業を行う上で障壁となります。さらに、NFPA 70E に組み込まれた制御階層の概念は、危険を伴う作業に対して、危険を伴わないものに「代替」するなど、可能で実用的なオープンパネル作業の代替手段を展開することを義務付けています。

幸いなことに、安全設計アプローチと電気保守安全装置(EMSD)の使用によって、より安全なデータ収集方法に「代替」するため、これらの検査タイプのほとんどすべてに実用的なソリューションが存在します。

保守点検ソリューションは、FLIRの入手可能なものと同様に、事実上あらゆる変圧器に取り付け、ユーザーが単一の装置で視覚、赤外線、紫外線の点検を実施できるようにします。大型のIRW-XPx角型ウィンドウは、1つのユニットをLV接続に、もう1 つのユニットを変圧器のHV接続に使用できることを意味します。これらのタイプの窓のカバーを操作する間、装置は閉鎖された保護状態のままであり、技術者は制限されたアプローチ境界に違反せずに、アークフラッシュが発生する可能性が高くなることはないため、NFPA 70E 表130.5(C)に従い、特別なPPEを着用する必要はありません。

オイルサンプリングポートは、変圧器ケーブルコンパートメントの外に持ち出すこともできます。いくつかのベンダーは、安全なサンプリングを可能にするレトロフィットキットを提供し、また、オプションの外部圧力計と真空を緩和する窒素インサートも提供しています。当然のことながら、接触超音波およびPD(TEV)検出は、閉鎖状態の機器の外部表面上で実施されるため、通常、そのような種類の検査には特別な電気保守安全装置(EMSD)は必要ありません。

さまざまな検査手法の最適な頻度は、問題となる資産の重要度の関数です。クロスファンクショナルチームの故障モードおよび影響分析（FMEA）アプローチに従って、各施設は、交換コスト、リードタイム、平均修理コスト、平均修理時間(MTTR)、故障による潜在的な安全性への影響、潜在的な障害による環境への影響とおよび資産のダウンタイムのコストに基づいて、資産を分類するよう努める必要があります。次に資産は、施設の運用にとって必要不可欠、施設の運用にとって重要、または合意されたポイントシステムに基づいて、施設への影響が限定されたサポート資産として分類されます。

表1は、変圧器の資産の重要度に基づいた、さまざまなCBM技術の検査頻度の通常の推奨事項を示しています。データを収集し、時間の経過とともにトレンド分析を行うことが不可欠です。これらの測定されたパラメータの多くは、変圧器が稼働した直後に「通常」動作のベースラインを設定できます。

データを収集し、時間の経過とともにトレンド分析を行うことが不可欠です。これらの測定されたパラメータの多くは、変圧器が稼働した直後に「通常」動作のベースラインを設定できます。

資産の健全性の評価は、定期的にデータを収集し、長期的なトレンドを比較することによってのみ行うことができます。ここでも、各検査タイプについて収集される主なパラメータは次のとおりです。

赤外線

• 起動接続時の温度
• 圧着接続時の温度
• ボルト接続時の温度
• オイルタンク温度のスキャン(問題の可能性を示すホットスポットとコールドスポット)
• タップ切換器タンクの温度差をメインタンクにロード

視覚

• 粉塵侵入、水侵入、害虫侵入
• 以前置いてあった水からの水染み
• 耐腐食性
• 部分放電の視覚的徴候(他のCBM法で検出された場合)
• ファン操作
• 油漏れ
• 汚れたブッシング

空中超音波

• 所定の検査ポイントでのデシベル値
• 波形解析(時間および周波数領域解析)により、PDの性質を決定する

構造由来の超音波

• 定義された検査ポイントでのデシベル値
• 障害タイプ決定のための波形解析

TEV(部分放電)

• 所定の検査ポイントでのデシベル値
• 位相分解部分放電プロット(傾向の比較解析)

オイルサンプリング

• オイル圧力(ゲージ値)
• 油温(ゲージ読み取り)
• 大気ガス、炭素酸化物、炭化水素、水素を含むオイル品質(酸度、含水量、誘電特性)の溶存ガスレベル(ppm)

要約すると、変流器のメンテナンス点検窓や外部油サンプリングポートなどのEMSDを使用すると、CBMデータ収集タスクから危険を排除し、通電されたオープンパネル作業の必要性を排除できます。リスクを排除することで、煩雑なアークフラッシュPPEを必要としないため、1人の技術者による検査が可能になります。つまり、データ収集もより効率的に行うことができます。検査頻度を増やすことで、変圧器の予期せぬ故障につながる潜在的な問題を迅速に検出し、予防的な介入に着手できます。これは、NFPA 70Eのガイドラインへの準拠を保証するだけでなく、重要な変圧器資産の監視と保護も経済的に理にかなっています。ヒューズによる変圧器保護だけでは、短絡時の火災を防ぐには不十分であることが、これまでに実証されています。CBM技術で早期の予兆を検知することで、短絡の原因となる可能性を防ぐことが鍵となります。