温度上昇試験と巻線抵抗

温度上昇試験は、変圧器を定格状態で一定時間運転し、各部の温度が飽和したときの温度上昇を求める試験である。変圧器は通電により巻線と鉄心で損失を生じ、その熱により温度が上がるため、この温度上昇が絶対最大温度を超えないことを確かめることが試験の目的となる。試験で求めた温度上昇の値は、巻線の絶縁の寿命や許容負荷を定める基礎になる。試験では巻線の温度を直接測るのではなく、巻線の抵抗値の変化から温度を求める方法が広く用いられる。そのため、巻線抵抗と温度の関係を理解することが、この論点の中心になる。

温度上昇試験の目的

変圧器の温度上昇試験は、定格容量で運転したときに巻線や油がどの程度温度上がるかを確認する試験である。損失は負荷電流の二乗に比例する銅損と、印加電圧に関係する鉄損から生じるため、定格運転を続けると熱が蓄積して温度が一定値に落ち着く。この落ち着いた状態を飽和状態といい、試験では飽和後の温度上昇を評価する。試験の結果は、規格で定められた温度上昇の限度値と比較される。

温度上昇試験で求める値は、巻線の温度そのものではなく、周囲の温度（冷却媒体の温度）を基準とした差である。したがって、試験時の周囲温度が違えば、同じ巻線温度でも温度上昇の値は異なる。試験の記録には、温度上昇の値と同時に試験終了時の周囲温度を残すことが必要になる。

巻線抵抗法による温度上昇の求め方

巻線の温度は、巻線の抵抗値が温度によって変化する性質を利用して求められる。銅線やアルミ線は温度が上がると抵抗が増加する。この性質を用いる方法を巻線抵抗法といい、試験前に常温で測った抵抗値と、試験終了直後に測った抵抗値を比べて巻線の平均温度を求める。

巻線抵抗は、導体の温度が高くなるほど大きくなる。抵抗の温度変化は直線に近い関係にあり、銅導体では絶対温度に相当する換算値を用いて計算する。試験では、冷えた状態の抵抗と、温度が上昇した状態の抵抗の比から温度を求める。ここで、抵抗の比は温度の比と直接対応するわけではなく、基準温度を-234.5℃と置いた換算温度の比で表される点に注意が必要である。

温度係数と計算式

銅巻線の温度上昇は、次の式で求める。記号は、R1を試験開始前の冷えた状態の巻線抵抗、θ1をそのときの巻線温度（℃）、R2を試験終了時の巻線抵抗、θ2を試験終了時の周囲温度（℃）とする。