変圧器は電力網において極めて重要な機器であり、効率的な送電・配電を確保するために電圧レベルを昇圧または降圧する役割を担っています。変圧器の主要部品の一つである絶縁油は、変圧器の動作において様々な重要な役割を果たしています。この記事では、変圧器で使用される油の種類、それぞれの機能、そしてその選定理由について解説します。

変圧器油の機能

絶縁：変圧器油の主な機能は電気絶縁です。変圧器の巻線とその他の部品間の隙間を埋め、アーク放電や短絡を防ぎます。高い誘電強度により、高電圧差にも耐え、絶縁破壊や電気伝導を防ぎます。

冷却：変圧器は、巻線抵抗とコア損失により動作中に熱を発生します。変圧器油は冷却剤として機能し、変圧器内の高温部から熱を吸収します。その後、変圧器油は冷却システム（ラジエーターや冷却フィンなど）を循環し、熱を周囲環境に放散します。この継続的な循環により、変圧器は最適な動作温度に維持され、過熱や部品の損傷を防ぎます。

アーク消弧：変圧器内で故障やアークが発生した場合、油はアークの消弧に役立ちます。アークが発生すると、高温のアークが周囲の油を蒸発させ、ガス泡を生成します。このガス泡は高い絶縁耐力を有し、アークを速やかに消弧することで、変圧器をさらなる損傷から保護します。

変圧器油の種類

鉱油：鉱油は、最も一般的に使用されている変圧器油の一つです。原油を精製プロセスで抽出します。鉱油は優れた電気絶縁性、比較的低コスト、そして入手しやすさを特徴としています。高い誘電強度を有し、通常60～70kV/mmの範囲にあります。また、鉱油は優れた熱伝導性も備えているため、効果的な冷却剤となります。しかし、生分解性がなく、流出した場合に汚染のリスクがあるため、他の選択肢ほど環境に優しいとは言えません。

合成エステル油：合成エステル油は、鉱油よりも環境に優しい代替品です。化学合成されており、優れた生分解性を有しています。合成エステル油は高い誘電強度を有し、鉱油と同等、あるいはそれ以上の性能を示す場合も少なくありません。また、優れた熱安定性も備えているため、高温下でも大きな劣化なく動作可能です。さらに、合成エステル油は鉱油に比べて耐火性が高く、変圧器設備における火災リスクを低減します。

天然エステルオイル：天然エステルオイルは、植物油などの再生可能な資源から作られています。生分解性があり、環境への影響が少ないのが特徴です。天然エステルは優れた電気絶縁性を持ち、効果的な冷却効果を発揮します。また、引火点が比較的高いため、火災安全性の向上にも貢献します。ただし、天然エステルオイルは鉱油よりも高価になる場合があり、特定の過酷な条件下では、合成エステルとは性能が若干異なる場合があります。

オイルの選択に影響を与える要因

電気的要件：変圧器の定格電圧と電気特性によって、油に求められる最低限の絶縁強度が決まります。高電圧変圧器では、信頼性の高い絶縁を確保するために、より高い絶縁強度を持つ油が必要です。

動作条件: 変圧器の動作温度範囲は重要な要素です。高温用途に適したオイルもあれば、低温で最適に機能するオイルもあります。さらに、水分、汚染物質の存在、負荷サイクルの頻度もオイルの選択に影響を与える可能性があります。

環境への配慮：環境保護が優先される地域では、合成エステルや天然エステルなどの生分解性オイルが推奨されます。これは、水域や敏感な生態系に近い場所では特に重要です。生分解性のない鉱油の流出は、深刻な環境被害を引き起こす可能性があります。

コスト：あらゆる工業用途において、コストは常に考慮すべき事項です。鉱物油は、一般的に合成油や天然エステル油に比べて費用対効果に優れています。ただし、メンテナンス費用、防火性能、環境への影響といった要素を考慮すると、油の種類によって全体的な費用対効果は異なる場合があります。

結論は,

変圧器の油の選択は、電気的および熱的性能要件、環境配慮、コストなど、さまざまな要因によって異なります。鉱油、合成エステル油、天然エステル油はそれぞれ独自の特性と利点を有しており、変圧器の信頼性と効率性を確保するためには、これらの要因を総合的に評価した上で油を選択する必要があります。