変圧器巻線温度をどう測定しますか。

変圧器巻線温度は、選定した巻線位置で直接測定するか、油温、負荷電流、熱的挙動から間接的に推定できます。従来の巻線温度計と熱モデルは、一般に巻線温度やホットスポット温度を推定します。光ファイバー点センサを含む埋込温度プローブは、巻線構造内部の選定位置で温度を直接測定できます。

方式によって得られる情報は、平均巻線温度、推定巻線温度、推定ホットスポット温度、選定した巻線点の実温度と異なります。これら4つの概念には関連がありますが、同じ測定ではありません。

直接測定と推定の方式

変圧器巻線温度とは実際に何を意味するか

平均巻線温度
巻線抵抗変化などから求められる、巻線全体の平均温度。

巻線ホットスポット温度
巻線内で最高温度が予想される局所位置、または熱的に特に重要な位置です。変圧器の熱監視における重要な値です。

実測点温度
センサを設置した物理位置の実温度。

計算・指示巻線温度
油温、負荷電流、熱モデルから導出・模擬した値。

これらの値は関連しますが、同じ測定量ではありません。

方式1：巻線温度計（WTI）

WTIは巻線温度を直接測りますか。従来設計の多くでは測りません。

従来型WTIは通常、油温に関連する感温筒やセンサに、変流器入力とヒーターまたは補償機構を組み合わせ、油温に対する巻線の温度上昇を模擬します。最新の電子装置では、代わりに電流入力と測定した上部油温を使い、巻線温度を電子的に計算する場合があります。

WTI出力は、ローカル温度表示、警報、ファン制御、ポンプ制御、変圧器冷却制御によく使われます。巻線内で実際に最も高温の導体点を表すとは限りません。

方法2：変圧器熱モデル

現在の変圧器監視システムは、実測の運転データと熱モデルを使って巻線ホットスポット温度を推定できます。代表的な入力は、上部油温、負荷電流、変圧器の負荷と冷却状態、および変圧器固有の熱パラメータです。

計算巻線温度、推定ホットスポット温度、熱負荷情報などを出力できます。

この方式には、各位置に内部電子センサを設ける必要がないこと、常時オンライン監視が可能なこと、変圧器の状態監視システムに統合できることなどの実用的な利点があります。ただし、計算されたホットスポット温度はあくまでモデルの出力であり、巻線上の点で直接測定した物理値ではありません。

方法3：巻線抵抗測定

銅やアルミニウムの巻線抵抗は温度で変化します。実測抵抗を基準値と比較すると平均巻線温度を求められます。

この方法は工場試験、温度上昇試験、適用可能な試運転・診断試験でよく使われます。

重要な違いとして、抵抗測定から得られるのは平均巻線温度であり、実際の局所ホットスポット温度ではありません。変圧器試験に有用ですが、通常、通電中の巻線内部で連続オンライン点温度監視を行う方法ではありません。

方法4：光ファイバー温度プローブによる直接測定

変圧器設計で光プローブを埋め込める場合、蛍光式光ファイバー点温度プローブで選定巻線位置を直接測定します。

一般的な信号経路は、光ファイバー温度プローブ→光ファイバー→変圧器フィードスルー・配線経路→温度伝送器または監視計測器です。感温先端部は、変圧器製造時や巻線組み立て時に、選定した巻線位置へ配置します。

正確な仕様はプローブ構成によります。

変圧器巻線内部に光ファイバーセンサを使う理由

• 電気的に絶縁された検出経路
• 電磁干渉への耐性。
• 小型巻線空間に適した小型構造。
• 選定巻線位置の直接測定。
• 内部感温点から外部監視計測器へ光ファイバーを配線できます。
• 複数感温点を同時監視可能。

光ファイバー温度プローブをどこに設置しますか。

プローブ位置は、予想される熱的挙動と測定目的に基づき、変圧器の設計時に決定します。一般的な対象には、選定した巻線ホットスポット位置、高い熱的ストレスが予想される巻線部分、相ごとの測定位置、メーカーの熱設計で定める巻線上部・中央部・下部などがあります。

感温点の最終数と位置は、変圧器設計、巻線構成、監視目的によります。

方法5：変圧器用途のRTD・PT100測定

RTD / PT100は、特に導電性配線を安全に組み込める変圧器・電気機器の温度監視で広く使われます。

乾式変圧器では、これらのセンサは巻線温度監視、相温度測定、温度調節器、ファン制御、警報・トリップ機能によく使われます。配置は変圧器の絶縁設計とメーカーの構造によって異なります。

感温位置の電気的絶縁が重要な場合、強EMIがある場合、巻線構造内の導電性配線が望ましくない場合に、光ファイバー測定の適性が高まります。

赤外線カメラで変圧器巻線を測れますか。

密閉変圧器の内部巻線温度ではありません。

赤外線測定は、外部接続部、ブッシング、端子、冷却部品、アクセス可能な乾式変圧器表面などで有用です。ただし、変圧器タンクや絶縁構造を通して内部巻線のホットスポットを直接見ることはできません。

油入変圧器の巻線温度測定

従来の監視： 上部油温、WTI、負荷電流、冷却状態。

現代の監視： 上部油温、電子式熱モデル、設置されている場合の光ファイバー巻線プローブ、多チャネル温度監視、PLC / SCADA / 変圧器監視との連携。

内部の直接測定には通常、変圧器製造時または大規模な内部作業時のプローブ組込みが必要です。

乾式変圧器の巻線温度測定

乾式変圧器では一般に、構造に組み込んだ温度センサで巻線やコイルの温度を直接測定します。PT100 / RTD、光ファイバープローブ、多チャンネル温度調節器、ファン制御、警報・トリップ出力などを使用します。

RTD / PT100センサは広く使われ、多くの乾式変圧器用温度調節器に対応します。電気的絶縁、強いEMIへの対応、直接の光学測定を重視する場合は、光ファイバー方式が有用です。どの用途でもPT100を置き換える必要があるわけではありません。

直接測定と計算巻線温度の比較

直接センサは「この特定位置の温度は何度か」に答えます。熱モデルは「変圧器の運転条件から推定される巻線・ホットスポット温度は何度か」に答えます。両方式は相互に補完できます。

巻線温度センサは何個必要か

必要なプローブ数は、相数、巻線構成、変圧器寸法、特定した熱的測定位置、冗長性要件、監視目的、利用可能な計器チャンネル数によって異なります。

光ファイバー点式プローブ1本は、一般に所定の1か所の温度位置を表します。複数のプローブを、多チャネル光ファイバー温度変換器、変圧器温度監視計測器、変圧器状態監視システムに接続できます。

巻線温度データの用途

巻線温度データは、現場表示、高温警報、必要なトリップロジック、冷却ファン制御、ポンプ制御、変圧器監視システム・PLC・SCADAとの連携、データ記録やトレンド解析に利用できます。

監視計測器により、一般的な出力にはRS485、Modbus RTU、4–20 mA、警報リレー出力があります。

状況ごとに適した巻線温度測定方式は何ですか。

巻線温度測定方式の選定前に何を確認すべきですか。

• 油入変圧器ですか、乾式ですか。
• 新設・既設のどちらか。
• 直接測定と計算温度のどちらが必要ですか。
• 平均巻線温度か、選定ホットスポット温度か。
• 監視する巻線位置は何か所か。
• 変圧器製造時に設置しますか。
• 電気的絶縁が必要ですか。
• 強いEMIがありますか。
• 必要プローブ寸法は。
• 必要なファイバー・ケーブル長は何ですか。
• 必要な監視チャネルは何系統ですか。
• 現場表示が必要ですか。
• RS485 / Modbusが必要ですか。
• 4–20mA出力が必要か
• 警報リレーが必要か。
• 冷却制御が必要ですか。
• PLC・SCADA連携が必要ですか。

各巻線温度測定方式の制約

「巻線温度指示計は巻線導体を直接測温する」 従来WTIは導体を直接測らず、巻線温度を模擬・推定することが多い方式です。

「上部油温と巻線温度は同じである。」 関連はありますが、異なる熱的位置と条件を表します。

「抵抗測定で巻線ホットスポット温度が得られる。」 抵抗測定は主に巻線平均温度を表します。

「赤外線カメラで巻線内部温度を測れる」 アクセス可能な表面は測定できますが、変圧器構造を透かして巻線内部のホットスポットを直接見ることはできません。

「全変圧器で温度センサ1つで十分。」 測定点の数と位置は変圧器設計と監視目的によります。