報告書番号

GD25005

タイトル（和文）

天然エステル入変圧器の火災安全性評価（その1）－天然エステルの燃焼特性－

タイトル（英文）

Study on Fire Safety of Power Transformers Using Natural Ester (Part 1) - Combustion Characteristics of Natural Ester -

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

背　　景
環境負荷低減や二酸化炭素排出量削減への対応等から，絶縁油に鉱油ではなく天然エステル注1）を使用した変圧器（天然エステル入変圧器）が注目されている。天然エステルは鉱油に比べ高価であり，このことが天然エステル入変圧器の導入阻害の一因となっている。一方，2023年になされた規制緩和により注2），燃焼点が300℃以上の絶縁油を使用した屋内設置変圧器に対しては消防設備の簡略化が可能となった。天然エステルは燃焼点が300℃超であり，天然エステル入変圧器では消防設備などの付帯設備の設置・維持費等を含めたトータルコスト削減が可能であることからその導入促進が期待されている。今後，屋内消火設備以外の規制注3）の緩和によりさらに導入を促進するためには，天然エステルの火災安全性注4）を燃焼点の観点だけでなく総合的に評価する必要がある。
目　　的
未使用の天然エステルおよび熱加速劣化させた天然エステルの燃焼試験を実施し，難着火性，延焼危険性，避難安全性の観点から火災安全性注4）を評価する。
主な成果
1. 未使用天然エステルの火災安全性
コーンカロリメータ法（図1）により未使用絶縁油の各種燃焼特性を測定した。その結果，着火する下限の負荷放射熱量（限界着火放射熱量）は鉱油に比べて天然エステル（菜種油，大豆油）が高く（図2(a)），難着火性に優れることを示した。また，天然エステルは発熱速度が鉱油より遅く延焼危険性に優れること（図3），発煙速度が鉱油より遅く避難安全性に優れること（図4）を示した。
2. 熱劣化した天然エステルの火災安全性
空気雰囲気で加熱して極度に熱加速劣化（酸化劣化）させた天然エステルの燃焼特性を測定した。その結果，極度に酸化劣化させた天然エステルの限界着火放射熱量（図2(b)），発熱速度，発煙速度は未使用の天然エステルと比べてほとんど同値であったことから，天然エステルは極度に酸化劣化しても他の変圧器用絶縁油に比べ火災安全性に優れていることを示した。
以上から，火災安全性注4）に関して難着火性，延焼危険性，および避難安全性の観点で絶縁油として使用されている代表的な天然エステルは鉱油より優れていることを示した。
注1）変圧器絶縁油として使用される代表的な天然エステルとして，菜種油や大豆油がある。
注2）消防庁予防課長：「消防用設備等に係る執務資料の送付について（通知）」，消防予第205 号（2023）。建物区画等の条件が揃えば，消防設備を特殊消火設備（不活性ガス消火設備，ハロゲン化物消火設備または粉末消火設備，等）ではなく大型消火器にできる。https://www.fdma.go.jp/laws/tutatsu/2023/（検索日：2025年6月30日）
注3）JEAG 5002-2020「変電所等における防火対策指針」
注4）火災安全性の評価では，まずは着火しないこと，その次に延焼しないこと，最後に避難のしやすさが重要と考えられ，難着火性，延焼危険性，避難安全性の順に重視すべきと言える。
注5）本報告の供試絶縁油は粘性のある液体であるため，加熱時に試料内で対流熱伝達が起こると考えられる 。このような材料では，着火時間の平方根の逆数が放射熱量に比例することが知られている。
注6）括弧内の数値は全酸価[mgKOH/g]を，Good（正常）またはFair（要注意）はIEC 60422:2013（鉱油）またはIEC 62975:2021（菜種油）による劣化判定結果を示す。

概要 （英文）

This report presents an evaluation of the fire safety characteristics of natural ester insulating oils, with a particular focus on rapeseed oil and soybean oil. The assessment was conducted using the glass tape method and the cone calorimeter method. The results demonstrate that natural esters exhibit superior ignition resistance, which is the most critical factor in fire safety, compared to mineral oil. In terms of flame spread risk, which is the next most important safety criterion, natural esters outperformed mineral oil. Regarding evacuation safety, natural esters were found to be superior to mineral oil. Further evaluations were conducted on aged and thermally degraded oils. These tests revealed that the combustion characteristics of natural esters remain essentially unchanged even after degradation. Based on these findings, it can be concluded that natural esters maintain superior fire safety performance compared to mineral oils, even after thermal aging.

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