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私たちは、 パッドマウント型トランスフォーマー製造メーカー 同じ順序で、同じ障害が繰り返し発生しています。パッドマウント型ユニットは保守のために交換されます。しかし、ケーブル終端部に設置されたリーザーポールアレスタが故障します。作業員がアレスタを交換し、ユニットに電源を投入すると、数か月以内（場合によっては数週間以内）に再び交換したアレスタが故障します。変圧器自体は、定期点検のたびに正常な結果が出ます。銘板に記載された仕様にも問題はありません。このアレスタを破損させている原因は「フェロレゾナンス」であり、その責任がアレスタ側にあることはほとんどありません。
フェロレゾナンスとは何か
トランスフォーマーの磁心は、直線的なインダクタではありません。磁気飽和点以下では、その励磁リアクタンスは非常に高くなります。しかし、磁心が飽和に近づくにつれて、このリアクタンスは急激に低下します。このような特性を持つ素子を、地中ケーブルのシース静電容量、遮断器のグレーディング静電容量、ブッシングやコンデンサバンクの静電容量など、静電容量を含む回路に組み込んだ場合、開閉操作による過渡現象が原因で、どちらの素子単独では生じ得ない振動（共振）が回路内に誘起されることがあります。
これが、フェロレゾナンスの定義の全容であり、同時にその理由も説明しています。 トランスフォーマーにおけるフェロレゾナンス は、XL = XC から計算される「整然とした」共振とは異なります。直線的インダクタでは、共振周波数は1つだけで、定常状態も1つだけです。一方、磁気飽和を起こす磁心を用いた場合、複数の共振周波数が存在し、回路はそれらの状態間を遷移することがあります。 IEEE テクノロジーナビゲーター — フェロレゾナンス https://technav.ieee.org/topic/ferroresonance/ 主な振動モードは4種類あり、それぞれが供給周波数における基本周波数のフェロレゾナンス、供給周波数の分数（特に3分の1）における亜調波フェロレゾナンス、不規則な波形を伴う準周期的フェロレゾナンス、および全く周期性のないカオス的フェロレゾナンスである。これらのモードでは、持続的な過電圧が定格線間電圧の5～6倍に達することがあり、これは配電巻線の絶縁協調が想定する持続的な商用周波数応力の範囲をはるかに超えるものである。
同一の型式表示板を持つ2台の機器でも、動作特性がまったく異なる場合がある。回路が収束するモードは、インダクタンス、静電容量、電圧の大きさおよび初期条件——実際には、スイッチが閉じる瞬間の正確な時刻——に依存する。そのため、定格値のみに基づく解析ではこの現象を見逃す可能性があり、また同一の開閉操作を100回繰り返しても問題なく動作し、101回目に初めて故障するという事例も起こり得る。
現在、パッドマウント仕様書に基づいて作業を進めている場合、当社のエンジニアリングチームが定格値を確定する前に、一次回路についてお客様と共同で検討いたします。単線結線図をお送りください。その後、当社より「4つの条件」について順にご説明いたします。
揃うべき4つの条件
フェロレゾナンスは非常に繊細です。以下の4つの条件が同時に成立する必要があります——二次側が無負荷であること、一次側の静電容量が大きいこと、非対称な 単相スイッチング 、およびわずかな過電圧で磁気飽和する鉄心——このため、負荷潮流解析では一切検出されず、試験ベイにおいても再現が極めて困難なのです。
| 条件 | なぜ重要なのか | 実際の発生事例 |
| 二次側が無負荷または軽負荷 | 負荷抵抗は振動を減衰させますが、無負荷の二次側はまったく減衰効果を示しません | 新規分譲地（入居前）、季節的な工場操業停止、予備として保管中の機器 |
| 一次側の静電容量が大きい | ケーブルのシース静電容量（単位長当たり）は、架空線よりもはるかに大きい | 長い地中配電線、ライザーケーブル、ネットワークボルト、ケーブル供給型産業用サービス |
| 非対称スイッチング | 1相または2相を電源から絶縁状態に置くが、静電的結合は維持されたままとなる | 単相切断器、1個のヒューズ溶断、単極自動再閉路器、エルボー操作 |
| 比較的低い過電圧で飽和する鉄心 | 励磁インダクタンスが急激に低下し、回路が動作点間をジャンプするようになる | 低損失鉄心および高磁束密度で動作する最新の設計 |
この4つの要因のいずれか1つを取り除いても、通常は現象が発生しなくなる。これは実用的な点であり、すなわち、この現象を設計段階で排除できる箇所が4カ所あることを意味する。そのうち最もコスト効率が良いのは、ほぼ常にスイッチング方式である。また、この時点で、単なる見積もり依頼から機器選定へと話が進むべきであり、これが パッドマウント型トランスフォーマー製造メーカー あなたに最初に確認すべき事項である。
誰も気づく前にユニットに及ぼす影響
作業員が最初に目にする故障は通常、 サージアレスタ タンク内部ではなく、です。金属酸化物避雷器は、定格電圧を超えた場合にのみ導通する抵抗素子です。持続的なフェロレゾナンス過電圧により、この避雷器は導通状態に固定され、振動エネルギーがセラミックブロック内部で熱に変換されます。このセラミックブロックは、所定の負荷率（デューティサイクル）でマイクロ秒単位のインパルスを想定して設計されています。Eaton社が発行した「地上設置型トランスフォーマー向け過電圧保護（TC202005EN）」という参考資料には、明確に次のように記載されています。「避雷器は過電圧を低減するが、完全に除去することはできない。また、避雷器の負荷率が高ければ高いほど、導電性材料の量が多くなり、過電圧に対する耐久時間も長くなるが、最終的には破損に至る。落雷対策として十分な軽負荷用配電避雷器は、数分間にわたる商用周波数エネルギーには対応していません。」 Eaton社参考資料 TC202005EN — 地上設置型トランスフォーマー向け過電圧保護 https://www.eaton.com/content/dam/eaton/products/medium-voltage-power-distribution-control-systems/cooper-power-series-transformers/overvoltage-protection-for-pad-mounted-transformers-information-tc202005en.pdf
避雷器の後段では、損傷が静かで、通常の点検では見つけにくくなります。ブッシング表面には、放電が発生した箇所に追跡痕（トラッキング）が現れます。巻線の絶縁は、振動のピークに達する箇所で貫通し、その貫通孔は非常に小さいため、巻数比試験を通過してしまうこともあります。鉄心は過熱します。これは、磁束の変動が設計値を大幅に超え、熱が絶縁寿命を短縮させるからです。避雷器の故障は、最初に起こる障害であることが多く、唯一の障害ではありません。
電気的でない症状も存在します。フェロレゾナンス状態にある機器は、通常の磁歪み音とは異なる、低周波のドローン音やカタカタという鳴き音を発することがあります。この音は不規則で、均一ではなく、作業員がリレー動作よりも先に気づくほど明瞭です。これを単なる迷惑音ではなく、重要な警告信号として扱ってください。
単相スイッチングは、設計者が制御可能なトリガーです
4つの条件のうち、非対称スイッチングのみが、仕様書に1行追記するだけで設計者が排除できる条件です。 単相スイッチング 三相変圧器バンクにおける単相スイッチング（切断器による遮断、1本のヒューズの溶断、あるいは単極自動再閉路方式など）により、バンクは部分的に通電した状態となり、電源と静電容量的に結合します。これは、ケーブル供給型配電システムにおいて典型的な過電圧発生要因です。
三相電気系統における変圧器接続の適用に関するガイドラインであるIEEE規格C57.105-2019では、こうした接続およびスイッチングの相互作用を、偶然ではなく設計上の検討事項として扱っています。 IEEE規格C57.105-2019 (https://standards.ieee.org/ieee/C57.105/6121) この規格は、変圧器の接続方式と周辺回路との相互作用が、システムの正常動作または異常動作を決定づけるという事実に基づいて制定されたものです。
現場で効果を発揮する対策は、派手さに欠けます。構成が許す限り、単相の切り出し器ではなく、3相を一括して操作する連動式装置を用いて切り替えを行ってください。単相装置が避けられない場合は、切り替え時に二次側に小さな定常抵抗負荷を常時接続しておくことで、振動エネルギーの散逸先を確保します。さらに、巻線に並列に接続する減衰抵抗器またはフェロレゾナンス抑制回路が次の対策層となります。 サージアレスタ 雷サージだけでなく一時的な過電圧にも対応するよう選定された避雷器が、最終的な対策です。
これらすべての対策には、特殊なハードウェアは必要ありません。変圧器の定格を決定する段階で、同時にスイッチング方式および避雷器の負荷サイクルも検討・決定する必要があります。ケーブル敷設が完了した後になってから検討するのは誤りです。
RFQ（調達依頼書）に記載すべき5つの事項
巻線の接続方式および接地方法 一次側を中性点接地Y結線（グランデッド・ワイ）とすることを許容するかどうかを明記してください。長距離のケーブル配線において一次側を非接地デルタ結線とするのは、過電圧リスクが最も高い構成であり、この選択によって過電圧対策全体の考え方そのものが変わります。
主な切換装置の種類。 三相負荷遮断スイッチ（連動操作式）、三相自動再閉路装置、または単相切断器。単相装置をやむを得ず使用する場合は、その旨を明記してください。これは、 サージアレスタ 選択肢。
避雷器のクラス、定格作動サイクル、最大継続運転電圧（MCOV）、および一時過電圧耐量に影響します。 『避雷器付属』という記載は仕様になりません。落雷のみならず、一時過電圧に対しても適切に選定された避雷器を要求してください。
ケーブル表。 一次側各区間ごとの導体サイズ、長さ、絶縁種別。シース静電容量は共振回路のもう半分を構成する要素であり、名板表には表示されません。
二次側減衰。 投入・遮断時に二次側に常時接続される小容量負荷または減衰抵抗器の有無、およびその定格容量に対する割合。
パッドマウント変圧器メーカーが発注前に確認する項目
長距離の主電源ケーブルを用いるプロジェクトでは、まず名板仕様書ではなく、ケーブル長と開閉器配置が明記された単線結線図を提出していただきます。なぜなら、過電圧リスクが無視できるか否かは、この2つの情報によって決まるからです。 パッドマウント型トランスフォーマー製造メーカー 変圧器一覧表のみに基づいて価格提示を行う業者は、ソリューションではなく単体機器の価格を提示しているにすぎません。
すべての機器は標準的な試験手順に従って検査され、無負荷損失および励磁電流の測定値も記録されます。これらの2つの数値こそが、フェロレゾナンスに関する判断を主観的な意見から客観的な計算へと変える根拠となる入力データであり、出荷前にご依頼があれば、当該数値を貴社のコンサルティングエンジニアへお伝えいたします。
ライアン・エレクトリック社は2007年から、面積12万平方メートルの製造拠点において、180台以上の生産・試験設備と37件の特許を活用し、配電用および送電用トランスフォーマーの製造を行ってきました。同社は2023年よりイートン社の正式な合弁パートナーとして事業を展開しており、これが避雷器と開閉器の協調動作をトランスフォーマーの範囲内に含め、他社の課題と見なさない理由の一つです。
北米における住宅地開発現場で繰り返し見られるパターンとして、長距離の地中配線の末端に設置される小形三相トランスフォーマー（75kVA～500kVA）があります。このトランスフォーマーは単相カットアウトから給電され、実際には1年後まで存在しない負荷に供給されます。リストに挙げられたすべての条件が同時に成立しており、現場は数か月間にわたり無負荷状態が続きます。設計担当者が、試運転中に二次側に小さな抵抗負荷を残したまま、グループ操作式スイッチへと変更すると、避雷器の故障は停止します。
ケーブル給電方式でパッドマウント型機器を指定する場合、発注前に単線結線図およびケーブル表をご提出ください。当社では、お客様の実際の回路に基づき、スイッチング構成、避雷器仕様、および二次減衰特性を検討し、該当する4つの条件のうちどれに該当するか、またすでに設計段階で除外済みの条件はどれかを明確にお伝えします。このような技術的な対話は、 パッドマウント型トランスフォーマー製造メーカー 発注前に行うべきものです。最初の避雷器が故障した後になってから行うものではありません。
著者について
本記事はライアン・エレクトリック社のトランスフォーマー技術チームが作成しました。ライアン・エレクトリック（江蘇ライアン・エレクトリック有限公司）は、12万平方メートルの製造拠点において、キャストレジン式およびVPI式乾式変圧器、油入変圧器、パッドマウント型機器を設計・製造しており、北米、東南アジア、中東、アフリカにおけるデータセンター、産業施設、送配電事業、インフラプロジェクト向けに供給しています。