変圧器は電力システムの基幹を担い、効率的な送電と配電を担っています。この重要な機器の中核を成すのが変圧器油です。変圧器油は、電気絶縁、放熱、アーク消弧など、複数の重要な機能を担っています。しかし、時間の経過とともにこの油の品質が劣化し、変圧器の性能と安全性が損なわれる可能性があります。変圧器油の劣化を示す兆候を把握することは、電力インフラの信頼性を維持し、高額な故障を防ぐために不可欠です。

目視検査：最初の手がかり

変圧器油の状態を評価する最も簡単で迅速な方法の一つは、目視検査です。新鮮で高品質の変圧器油は通常、透明で淡い色をしており、明るい琥珀色または麦わら色に似ています。油が劣化するにつれて、外観は顕著に変化します。油が著しく黒ずんでいる場合は、多くの場合、トラブルの初期兆候です。油が時間の経過や高温にさらされることで酸素と反応すると酸化反応が起こり、酸化副産物が生成されて油が濃い茶色からほぼ黒色まで暗くなります。

油の色の変化に加えて、浮遊粒子、沈殿物、スラッジの存在も懸念事項です。これらの物質は、油内での化学反応、絶縁材の劣化、または外部からの汚染物質の侵入によって蓄積される可能性があります。例えば、変圧器内部の絶縁紙が劣化し始めると、微細な繊維が油に混ざり、濁った外観になることがあります。変圧器タンクの底にも時間の経過とともに沈殿物が形成され、油の流路が詰まり、熱伝達効率が低下する可能性があります。

物理的特性試験：劣化の定量化

視覚的な情報に加え、特定の物理的特性試験を行うことで、油の状態に関するより正確で定量的な情報を得ることができます。最も重要な試験の一つは、絶縁強度の測定です。優れた絶縁強度を持つ変圧器油は、絶縁破壊や漏電を起こすことなく、高い電圧に耐えることができます。油が劣化すると、絶縁強度は著しく低下します。絶縁強度が低い場合、油の絶縁特性が損なわれていることを示しており、変圧器内で電気的な故障が発生するリスクが高まります。この試験は通常、油サンプルに浸漬した2つの電極間に徐々に電圧をかけていき、油が絶縁不能となり、火花やアークが発生する電圧を測定することで行われます。

粘度も考慮すべき重要な物理的特性です。新しい変圧器油は比較的粘度が低いため、自由に流動し、対流によって効率的に熱を伝達します。油は経年劣化すると、ポリマーやその他の高分子化合物の形成により粘度が上昇する可能性があります。粘度が高すぎる油は変圧器内で効率的に循環せず、放熱を妨げ、変圧器部品の過熱につながる可能性があります。特定の温度における油の粘度を測定することで、適切な動作に必要な許容範囲から逸脱していないかどうかを特定することができます。

化学分析：内部変化の解明

化学分析は、変圧器油の化学組成と状態をより深く理解するのに役立ちます。全酸価（TAN）測定は一般的な化学試験です。時間の経過とともに、油中の酸化反応やその他の化学反応により、酸性の副産物が生成されます。TAN値は、油中に含まれる酸の量を表し、油1グラムあたりの水酸化カリウムのミリグラム数（mg KOH/g）で表されます。TAN値の上昇は油の酸性度が上昇していることを示しており、巻線導体やタンクなどの変圧器内部の金属部品を腐食させ、絶縁材をさらに劣化させる可能性があります。

油中の溶存ガスの分析も非常に重要です。変圧器は通常の条件下で運転しており、少量のガスが油中に自然に溶解しています。しかし、アーク放電、部分放電、過熱などの内部故障が発生すると、水素、メタン、エタン、エチレン、アセチレンなどのガスが発生します。ガスクロマトグラフィー技術を用いてこれらの溶存ガスの種類と濃度を分析することで、エンジニアは変圧器内の潜在的な問題の性質と深刻度を診断することができます。例えば、高濃度のアセチレンは高エネルギーアーク放電故障と関連することが多く、迅速な対処を怠ると壊滅的な故障につながる可能性があります。

動作症状：変圧器からの信号

変圧器自体の性能や挙動からも、オイルの劣化が明確に分かります。変圧器が異常なハミング音、ブザー音、ガラガラ音などの騒音を発するようになったら、オイルの品質低下の兆候かもしれません。劣化したオイルによって絶縁性が低下すると、放電が発生し、異常なノイズが発生する可能性があります。また、一定の負荷がかかっているにもかかわらず、変圧器の温度が通常の動作温度よりも大幅に上昇する場合は、オイルの放熱能力が低下している可能性があります。オイルが劣化し、熱を効率的に伝導する能力が低下すると、変圧器の内部部品が過熱し、劣化を加速させ、故障につながる可能性があります。

結論として、変圧器の油が劣化したかどうかを判断するには、目視検査、物理的特性試験、化学分析、および変圧器の動作症状の監視を組み合わせる必要があります。オイルの状態を定期的に評価することは、変圧器の信頼性と効率を維持するだけでなく、電気システム全体の安全性を確保するためにも不可欠です。電力システムのオペレーターは、劣化の兆候が検出されたときに警戒し、適切な措置を講じることで、コストのかかる故障を防ぎ、貴重な電気資産の寿命を延ばすことができます。