変圧器絶縁油の絶縁耐力が低下すると、変圧器はわずか数週間で故障に至ることがあります。絶縁破壊試験は、絶縁油が設計上の電気的ストレスにまだ耐えられるかどうかを最も早く確認できる方法です。問題は、広く使われている試験方法がASTM D877、ASTM D1816、IEC 60156の3つあり、それぞれの結果に互換性がないことです。本ガイドでは、各試験方法の違い、どのような場合にどれを適用するか、そして報告書の数値を信頼できるものにするために何をすべきかを解説します。
絶縁破壊試験が実際に測定しているもの
絶縁油のサンプルを、一定の間隔で配置された2つの電極を備えたセルに入れます。試験器は、電極間にアークが発生するまで交流電圧を一定の速度で上昇させます。このときの電圧が絶縁破壊電圧で、kVで表されます。清浄で乾燥した新油は高い絶縁耐力を持っています。溶存水分や遊離水分、粒子（セルロース繊維、カーボン、金属）、スラッジ、気泡は絶縁耐力を低下させます。
この試験でわからないことを理解しておくことも重要です。この試験では劣化の原因は特定できず、初期段階の内部異常も検出できません。そのためには、カールフィッシャー法による水分含有量（ASTM D1533）、酸価（ASTM D974）、界面張力（ASTM D971）、絶縁油の誘電正接（力率）、油中ガス分析（IEEE C57.104）で補完します。
ASTM D877、ASTM D1816、IEC 60156：主な違い
3つの試験方法では、電極の形状、電極間隔、昇圧速度、絶縁破壊の回数が異なります。同じ絶縁油でも試験方法ごとに異なる値が得られるため、結果の比較は必ず同じ手順で得られたもの同士で行ってください。
| 項目 | ASTM D877 | ASTM D1816 | IEC 60156 |
|---|---|---|---|
| 電極 | 角が直角の25.4 mm（1 in）平板円板電極 | VDE型（きのこ形）球面キャップ電極、直径36 mm | 球形または球面キャップ形 |
| 電極間隔 | 2.54 mm（0.100 in） | 1 mmまたは2 mm（0.040または0.080 in） | 2.5 mm |
| 昇圧速度 | 3 kV/s | 0.5 kV/s | 2 kV/s |
| 撹拌 | なし | あり（インペラ使用） | 任意 |
| 結果 | 5回の絶縁破壊の平均 | 5回の絶縁破壊の平均 | 6回の絶縁破壊の平均 |
ASTM D877の平板電極は端部で不均一な電界を生じ、この方法は少量の溶存水分や微細な粒子に対して比較的感度が低くなります。撹拌と緩やかな昇圧を伴うASTM D1816のVDE型電極は、より均一な電界を形成し、初期段階の汚染をはるかに良く検出します。IEC 60156は、欧州の仕様書や多くのアジアのメーカーの仕様書で基準となる試験方法です。
各試験方法の適用場面
- ASTM D877: 配電機器の使用中の絶縁油に対するスクリーニング試験、著しい汚染の検出、また過去の記録がすべてこの方法で行われている場合の履歴の継続性維持に有用です。
- ASTM D1816: 処理（ろ過、脱気、乾燥）後の新油、充油前の絶縁油の受入検査、そしてわずかな水分や粒子でも問題となる電力用・高電圧変圧器に適した方法です。IEEE C57.106は、この方法に基づく新油および使用中油の限界値を示しています。
- IEC 60156: 変圧器メーカー、プロジェクト仕様書、または海外本社が要求する場合に適用し、通常はIEC 60296またはIEC 60422の合否判定基準と組み合わせて使用します。
メキシコでは、鉱油系絶縁油に関するNMX-J-123-ANCE（メキシコ国家規格）も、購買や受入検査で頻繁に参照されます。合否判定の限界値は、電圧クラス、絶縁油の種類、適用規格によって異なります。一般的な数値ではなく、必ずメーカーの基準または該当するガイドの基準を採用してください。
サンプリング：結果の多くが損なわれるポイント
不適切なサンプリングは誤った値を生みます。基準となる実施方法はASTM D923です。
- 清浄で乾燥した容器を使用します。褐色ガラス瓶や気密性のあるガラス製シリンジが適しています。水分が透過するおそれのあるプラスチック容器は避けてください。
- 採取前にサンプリングバルブをパージし、デッドレグ（滞留部）に溜まった水分や沈殿物を除去します。
- 雨、霧、高湿度の環境では、保護措置なしにサンプリングを行わないでください。絶縁油は空気中の水分を急速に吸収します。
- 油温と周囲温度を記録します。絶縁油の相対湿度は温度によって変化します。
- 大きな空気層を残さないように充填し、すぐに密封します。サンプルが冷えている場合は、結露を防ぐため、密封したまま試験室の温度になじませてから開封してください。
結果に影響を与える要因
水分。 最も支配的な要因です。重要なのはppm単位の含有量だけでなく、相対飽和度です。同じ水分含有量でも、低温では絶縁油が飽和に近づくため、より大きな悪影響を及ぼします。そのため、絶縁破壊試験と併せてカールフィッシャー法で水分を測定することをお勧めします。
粒子。 絶縁紙由来のセルロース繊維、タップ切換器のアークによるカーボン、金属粒子などです。水分が同時に存在すると影響が倍増します。湿った繊維は電界方向に並び、ブリッジを形成する傾向があります。
気泡とガス。 急いで充填したセルや、脱気直後に不適切に取り扱われた絶縁油は、低くばらつきの大きい絶縁破壊電圧を示します。
セルと電極。 表面に孔食がある、研磨が不十分、または電極間隔が許容差を外れている電極では、試験は無効になります。電極間隔はギャップゲージで確認し、セルは試験する絶縁油と同じ油で洗浄する必要があります。
ばらつき。 個々の絶縁破壊電圧のばらつきが大きい場合、平均値は代表値になりません。規格では、新たに絶縁油を充填して再試験するかどうかを判断するための統計的基準が定められています。
試験の頻度
唯一の決まった頻度はありません。一般的な慣行として、絶縁破壊試験は電力用変圧器および重要な配電用変圧器の年次絶縁油分析に含まれます。次のような場合は、より頻繁に、または直ちに試験することをお勧めします。
- 新品または修理済みの変圧器を課電する前、および絶縁油の処理や補充を行った後。
- 故障、保護継電器のトリップ、または異常運転の後。
- 前回の結果で低下傾向が見られた場合、または水分含有量が増加している場合。
- 高負荷の機器、多湿環境、またはシリカゲル吸湿呼吸器の状態が悪い機器。
単独の値よりも価値があるのはトレンドです。毎年、同じ試験方法、同じサンプリング箇所、比較可能な条件を維持してください。
試験依頼前のチェックリスト
- 試験方法（D877、D1816またはIEC 60156）と、どの合否判定基準（メーカー、IEEE C57.106、IEC 60422、社内仕様）を適用するかの確定。
- 清浄で乾燥した容器、バルブのパージ、温度の記録。
- 補完試験の依頼：水分、酸価、界面張力、色相、油中ガス。
- トレンド比較のための過去の結果の履歴。
- 課電中または停電中の機器からのサンプリングは有資格者が実施し、必要に応じてロックアウト・タグアウト（LOTO）を適用。
よくある質問
ASTM D877の結果とASTM D1816の結果を比較できますか？
直接比較することはできません。電極形状、間隔、昇圧速度が異なるため、得られるkV値は同等ではありません。トレンドを評価する際は、常に同じ試験方法を使用してください。
絶縁破壊試験は油中ガス分析の代わりになりますか？
なりません。絶縁破壊試験は絶縁媒体としての絶縁油の状態を評価するもので、油中ガス分析は過熱やアークなどの内部異常を検出するものです。両者は相互に補完し合う試験です。
現場で試験を行うことはできますか？
可能です。サンプルとセルの汚染を管理したうえで、ポータブル型の自動試験器を使用して実施できます。新油の受入検査には、管理された環境での試験をお勧めします。
CreativeIT Groupは、現場またはモンテレイの試験所で、自動試験装置を用いた絶縁油の絶縁破壊試験を実施し、NISTへのトレーサビリティが確保された結果をご提供します。監査や本社の要請がある場合は、お客様立会いのもとでの変圧器絶縁油試験にご参加いただくことも、写真や動画で記録された結果をお受け取りいただくことも可能です。また、保全プログラムを補完する絶縁油酸価試験器もご用意しています。お見積りをご依頼ください。当社のエンジニアが直接分析を行い、当日中にご回答いたします。
