パッド-に取り付けられた変圧器における FR3 天然エステルと鉱油

1 はじめに

2.1 誘電特性

絶縁耐力は、絶縁流体の電気的破壊を防ぐ能力の中心的な指標です。比較研究では、FR3 天然エステルが重要な点で利点を提供することが一貫して示されています。絶縁耐力従来の鉱物油を上回る（破壊電圧）メトリクス。

• より高い降伏電圧: 20kV- クラスの変圧器用途に対する IEC 60156 規格に基づくテストでは、FR3 エステル流体が通常、より高い降伏電圧鉱物油（例：ディアラB）よりも。この規格では、最低要件として 30 kV/2.5 mm が指定されており、FR3 はしきい値を定期的に超えています。
• 優れた全体的な誘電体プロファイル: IEEE が発行した比較研究では、散逸係数 (タンデルタ) を除いて、天然エステルは、以下のような他のいくつかの誘電特性において試験済みの鉱物油 (ELECTROL A) よりも優れていることがさらに確認されています。交流破壊電圧、比誘電率、部分放電開始電圧。これは、天然エステルの高い分子極性とセルロース紙断熱材への優れた含浸によるものと考えられます。

2.2 熱性能と負荷能力

絶縁流体の熱伝達効率は、変圧器の温度上昇と負荷容量に直接影響します。天然エステルは異なる熱物理的特性を持っていますが、その全体的な性能により、新たな設計上の利点がもたらされます。

• 熱伝達の違い: 同一の変圧器設計に関する正確な比較研究により、同じ負荷の下では、天然エステルで満たされた変圧器の巻線ホットスポット温度は平均で 5～8 度高かった-これは、天然エステルの熱伝達効率がわずかに低いことを示唆しています。
• 寿命補償効果: 重要なことは、この温度差は機器の寿命の短縮にはつながりません。天然エステルは優れた特性を持っています酸化安定性と耐熱性、そしてその独特の化学的性質がセルロース断熱材の老化を大幅に遅らせます。したがって、わずかに高い動作温度でも、天然エステル変圧器の全体的な期待寿命は長くなる可能性があります。メーカーはこの特性を利用して、同じ電力定格でよりコンパクトな変圧器を設計したり、性能を向上したりできます。短期的な過負荷能力-標準サイズのユニットです。-

2.3 水分管理と経年変化の特性

湿気は変圧器の絶縁劣化を促進する主な要因です。天然エステルは、湿気の処理において独特の利点を示します。

• 高い吸湿性：FR3天然エステルははるかに高い水分飽和限界鉱物油よりも優れています (通常は 10 ～ 15 倍)。これにより、変圧器のセルロース絶縁体からより多くの水分を吸収して保持できるようになります。紙を乾いた状態に保つそして加水分解を遅らせます。
• 機器の寿命の延長: この「乾燥保存」効果は、天然エステルの重要なメカニズムです。変圧器の寿命を延ばす(一部の研究では、5 倍以上であることが示唆されています)。

3.1 鉱物油の火災の危険性

• 危険としての低引火点：ミネラルオイル引火点と発火点が比較的低い(発火点 ~170 度) 内部アーク故障または深刻な過熱が発生した場合、発火しやすくなり、継続的な燃焼が発生します。英国防火協会 (FPA) などの団体が指摘しているように、鉱油変圧器火災は壊滅的な結果をもたらし、従業員の安全を脅かし、重大な物的損害や長期にわたる事業中断を引き起こす可能性があります。
• 挑戦的な消防活動: このような火災は、燃え尽きるまで放置されるか、特別な消火方法 (窒素など) が必要となることが多く、そのプロセスは数日間続く場合があります。

3.2 FR3 天然エステルの防火上の利点

FR3 天然エステルは火災安全性を根本的に改善します。

• 高い発火点により安全性が向上: 付き発火点が300度を超える、鉱物油のほぼ2倍であり、K-クラス以下の-可燃性液体(IEEE C57.155 に準拠)。これにより、ほとんどの故障状況下での発火は非常に起こりにくくなります。
• 緩和コストの削減：天然エステル缶を使用高価な消火システムの必要性を軽減または排除する（スプリンクラー、防火壁など）、変電所全体の設置面積と設置コストを節約します。ドイツの化学会社 OXEA のケーススタディでは、サイト変圧器内の鉱油をエステル流体に置き換えることで、プラント全体の安全性と事業継続性が大幅に向上することが実証されました。

4.1 生分解性と毒性

• 天然エステルの環境への配慮: FR3 および類似の天然エステルは、再生可能な植物に由来します。土壌や水中に漏洩すると、通常、80%以上が28日以内に生分解可能微生物の作用により、限定的かつ一時的な環境への影響をもたらします。
• 鉱物油の環境リスク: 対照的に、ミネラルオイルは生分解性が悪く、有毒である可能性がある。漏水は土壌と地下水の長期的な汚染につながり、複雑で費用のかかる修復作業が必要になります。{1}

4.2 フルライフサイクルの二酸化炭素排出量

二酸化炭素排出量の削減: 植物由来の天然エステルを使用することで、原料が成長中に CO₂ を吸収し、それ自体生分解性であるため、変圧器の電力消費量を削減できます。ライフサイクル全体にわたる全体的な二酸化炭素排出量。データによると、この設置面積は鉱物油と比較して 98% 以上削減できることが示されています。

グリーン戦略との連携：天然エステルの選択が企業を強力にサポート環境戦略とグリーンへの取り組み、ますます厳しくなる環境規制と社会的責任の目標の達成に貢献します。