چکیده– تقریبا  تمامی ترانسفورماتورهایی که در سیستم های برقی قدرت،  بار تحمل می کنند، با روغن عایق کاری ، یعنی روغن ترانسفورماتور پر می شوند. روغن عایق کاری به عنوان دستگاه عایق کننده و خنک کننده ، نقش مهمی در ترانسفورماتور ایفا می کند. انتظار می رود تا کارایی و قابل اعتماد بودن ترانسفورماتورهای موجود در سیستم های برقی انتقال و توزیع قدرت برای منبع برق قطع ناپذیر بالا باشد که بدین منظور کیفیت روغن ترانسفورماتور باید قابل قبول باشد. برای حفظ کیفیت بالای روغن ترانسفورماتور،پالایش روغن ترانسفورماتور باید به صورت مرتب و با استفاده از دستگاه فیلتراسیون روغن ترانسفورماتور با میزان خلاء بالا انجام شود. در این مقاله، ما در مورد دستگاه فیلتراسیون روغن ترانسفورماتور و چگونگی پالایش کردن روغن آلوده ترانسفورماتور توسط آن را مطالعه خواهیم کرد.

کلیدواژه ها: گاز زدایی، روغن عایق کاری، رطوبت، پالایش، ترانسفورمر.

1. مقدمه

ترانسفورماتور یکی از مهمترین و گرانترین قطعات در سیستم قدرت می باشد. قابلیت اطمینان بالا نیاز اصلی سیستم برقی قدرت است و حتی اگر احتمال خطر خرابی ترانسفورماتور پایین باشد، زمانی که خرابی رخ بدهد، منجر به هزینه های بسیار زیاد تعمیر، زمان خرابی طولانی و خطرات مربوط به ایمنی می شود. به علاوه، تعویض ترانسفورماتورها بسیار پر هزینه بوده و برای بیشینه کردن عمر آنها باید به درستی نگهداری شوند. بنابراین برای رسیدن به بازدهی بالا و عمر کاری طولانی ترانسفورماتور ، لازم است تا فعالیت های مختلفی به منظور نگهداری انجام شود. پالایش روغن ترانسفورماتور یکی از این فعالیت های مربوط به نگهداری است، چرا که عمر یک ترانسفورماتور بستگی زیادی به روغن عایق کاری آن ، یعنی روغن ترانسفورماتور دارد. از دستگاه فیلتراسیون روغن ترانسفورماتور با میزان خلاء بالا برای پالایش روغن ترانسفورماتور استفاده می شود. این دستگاه از پمپ ورودی، چند فیلتر، چند هیتر ، ستون واکنش یونی، محفظه گاززدایی و پسابش، پمپ تخلیه، پمپ های خلاء و قطعات دیگر ساخته شده است. در این مقاله ما در مورد دستگاه فیلتراسیون روغن ترانسفورماتور و چگونگی کارکرد آن در پالایش روغن آلوده ترانسفورماتور مطالعه خواهیم کرد.

2. روغن عایق کاری

در ابتدا دو نوع ماده عایق کاری اصلی در ترانسفورماتور به صورت گسترده استفاده می شود، که شامل ماده مایع عایق کاری مثل روغن عایق کاری و ماده جامد عایق کاری مثل کاغذ عایق کاری می باشد. استفاده گسترده از مایعات دی الکتریک برای عایق کاری و خنک کاری به دلیل مقاومت بالا در شکست الکتریکی و هدایت پذیری حرارتی بالای آنها نسبت به عایق های گازی است ، این درحالی است که قابلیت آنها در انطباق با شکل های پیچیده هندسی و ترمیم اجزاء خود بالاست که در زمان استفاده کاربردی تر از عایق های جامد می باشند. روغن ترانسفورماتور یک روغن معدنی کاملا تصفیه شده است که در دماهای بالا پایدار بوده و دارای خواص بسیار خوب عایق الکتریکی می باشد. در حالت عادی این روغن از تقطیر جزئی نفت خام و سپس تصفیه آن بدست می آید. به همین دلیل به این روغن ، روغن عایق کاری معدنی گفته می شود. روغن ترانسفورماتور بخشی از عایق کاری الکتریکی بین قطعات داخلی ترانسفورماتور را فراهم می کند. همچنین این روغن به خنک شدن ترانسفورماتور کمک می کند، یعنی به عنوان خنک ساز عمل می کند.

از دلایل آلوده شدن روغن ترانسفورماتور می توان به قطعی برق و تجزیه حرارتی اشاره کرد.حضور  آلاینده های مختلفی مثل رطوبت، لجن، گازهای نامحلول و غیره در ترانسفورماتور، مقاومت شکست (تجزیه) روغن ترانسفورماتور و مقاومت الکتریکی و مکانیکی سیستم عایق کاری را کاهش داده و باعث افزایش  حرارت موضعی و هدایت پذیری الکتریکی می شود. همچنین این آلودگی ها موجب کاهش کارایی و راندمان ترانسفورماتور می گردد. ناکارآمدی در عایق کاری به صورت مایع می تواند صدمه جبران ناپذیری نه تنها به تجهیزات قدرتی، بلکه به محیط اطراف وارد کند. به علاوه این ناکارآمدی می تواند منجر به خرابی در عملیات و ضرر شدید مالی بشود. پالایش روغن ترانسفورماتور بوسیله دستگاه فیلتراسیون روغن ترانسفورماتور با میزان خلاء بالا تمامی این آلاینده ها را از روغن ترانسفورماتور پاک می کند. مقاومت
دی الکتریکی روغن عایق کاری تازه و پالایش شده ( فیلتر شده، گاز زدایی شده، رطوبت زدایی شده) چندین برابر روغن عایق کاری آلوده و قدیمی است. هرچه عایق کاری ترانسفورماتور بهتر باشد، عمر ترانسفورماتور طولانی تر شده و خرابی آن کمتر رخ می دهد که منتج به بازدهی خوب در سرمایه گذاری روی ترانسفورماتور و همچنین منبع برق قطعی ناپذیر می شود.

3. دستگاه فیلتراسیون روغن ترانسفورمر با میزان خلاء بالا

روغن ترانسفورماتور تصفیه نشده در حالت عادی حاوی ۵۰ تا ۶۰ppm ( بخش در میلیون) آب و همچنین حاوی ۱۰ تا ۱۲% حجم هوا در حالت اشباع می باشد. برای استاندارد شدن این روغن، باید آن را فیلتر کرد تا رطوبت، گازهای نامحلول، ذرات معلق آهنی و غیرآهنی آن پاک شود تا به خواص مطلوب روغن ترانسفورماتور برسد.

دستگاه فیلتراسیون روغن ترانسفورماتور با میزان خلاء بالا، روغن ترانسفورماتور و روغن جعبه دنده را در ابتدا با گرم کردن و سپس با عبور دادن از فیلتری خاص و تصفیه در خلاء بالا که موجب پسابش و گاززدایی روغن می شود، تصفیه می کند تا پس از انجام این فرآیند، روغن به مشخصات استاندارد برسد.

شکل۱: دستگاه فیلتراسیون روغن ترانسفورمر با خلاء بالا

شکل۱ دستگاه فیلتراسیون روغن ترانسفورماتور با میزان خلاء بالا را نشان می دهد. دستگاه های فیلتراسیون روغن ترانسفورماتور در نسبت های مختلف، از ۱۰۰ LPH  ( لیتر در ساعت) تا ۱۶۰۰۰ LPH  در بازار موجود است. دستگاه فیلتراسیون می تواند هم نوع ثابت و هم متحرک باشد. برای آزاد شدن فشار روی چرخ ها در نوع ثابت، جک های پیچ دار تعبیه شده اند. این مدل برای استفاده در فضای بیرون مناسب می باشد. تجهیزات آن پوشیده شده و در برابر شرایط جوی محافظت می شوند. تمامی قطعات آن دارای مقاومت کافی هستند تا بتوانند شرایط نرمال حمل و نقل و استفاده با دست را تحمل کنند. این دستگاه برای کار با منبع A.C ولتاژ ۴۱۵ volts ، سه فاز، ۴ سیم ، ۵۰ هرتز مناسب می باشد.

دستگاه فیلتراسیون روغن ترانسفورماتور با میزان خلاء بالا از قطعات زیر تشکیل شده است:

• پمپ ورودی

پمپ ورودی، روغن آلوده را از ترانسفورماتور به دستگاه فیلتراسیون پمپ می کند. این فرآیند کاملا در شرایط خلاء تست شده و مناسب برای عملیات پیوسته بدون مشکل می باشد. این پمپ به صورت خودکار در برابر فشار بیش از حد محافظت می شود. بین پمپ ورودی روغن و هیتر یک چیدمان همبندی تعبیه شده است به طوری که هیتر نتواند دارای انرژی شود مگر زمانی که پمپ ورودی روشن باشد. چیدمان همبندی در دستگاه فیلتراسیون روغن بین پمپ ورودی و کلید شناور سطح بالا ( قرار گرفته در محفظه پسابش و گاززدایی) تعبیه شده تا از افزایش بیش از حد روغن در محفظه پسابش و گاززدایی جلوگیری کند.

• هیترها

اولین مرحله در این فرآیند سریالی، افزایش دمای روغن تا میزان مطلوب است که معمولا تا ۶۵ درجه سلسیوس می باشد. هدف از این کار دادن گرمای پنهان به روغن است تا بعدا بتواند رطوبت و گازروغن موجود در محفظه پسابش و گاززدایی را تجزیه کند. علاوه بر آن این کار موجب افت ویسکوزیته روغن می شود که در نتیجه فیلتراسیون بهتر انجام می شود. در لوله های محافظ هیترها قرار دارند تا از گرم شدن بیش از حد موضعی، نقطه داغ و تجزیه روغن جلوگیری کنند. هیترها به صورت ترمواستاتیکی ( هم دما) کنترل می شوند. المنت هیترها از رشته سیم نیکرم/ کانتال ساخته شده و در قالب های نسوز موجود در لوله های محافظ قرار داده می شوند. مخزن هیتر به اندازه کافی عایق حرارتی شده تا افت حرارت به حداقل برسد. بر روی محفظه هیتر شیر کاهش فشار تعبیه شده تا از هرگونه افزایش فشار بالاتر از حد مجاز جلوگیری شود.

• سیستم فیلتراسیون
  • فیلتر اولیه

کارکرد اصلی این فیلتر جلوگیری از هرگونه صدمه به پمپ ورودی است. این فیلتر دارای صافی هایی است که قادر به نگهداری ذرات با اندازه بیشتر از ۱ میلی متر و همچنین قادر به نگهداری ذرات مغناطیسی هستند. امکان تمیز کردن این صافی بدون برداشتن فیلتر از خط لوله وجود دارد.

• فیلتر پرس

فیلتر پرس باید متشکل از فیلترهایی باشد که بین دستک های فلزی نگهداری می شوند. این فیلتر مناسب برای پاک کردن ذرات بزرگتر از ۵۰ میکرون می باشد. همچنین این فیلتر برای پاک کردن لجن موجود در روغن مورد استفاده نیز کاربرد دارد.

• فیلتر کارتریجی( فشنگی)

فیلتر کارتریجی نوع هیگروسکوپیک- دورانداز با نسبت یک میکرون نیز تعبیه شده است. المنت های این کارتریج دارای ظرفیت جلوگیری از ذرات بزرگ است. تعویض المنت های کارتریج بسیار آسان بوده و می توان بدون ابزار خاصی این کار را انجام داد. برای بیان فشار ورودی، روی لوله فیلتر یک گیج مرکب( فشار/ خلاء) نصب شده تا شرایط المنت های کارتریج را مشخص کند. روی لوله فیلتر، هوا دهی تعبیه شده تا در حین زهکشی ، لوله را هوا دهی کند. فیلتر نوع کارتریجی امکان رسیدن به مقدار دلخواه ذرات با اندازه میکرون را فراهم می سازد.

• ستون واکنش یونی

در دستگاه فیلتراسیون روغن ترانسفورماتور با میزان خلاء بالا یک ستون واکنش یونی فراهم شده تا میزان اسیدیته در روغن را کاهش دهد. این یک قطعه اختیاری در دستگاه فیلتراسیون روغن ترانسفورماتور با میزان خلاء بالا بوده که در صورت تقاضای مشتری قرار داده می شود.

• محفظه پسابش و گاززدایی

سومین مرحله در دستگاه فیلتراسیون روغن ، پسابش و گاززدایی روغن ترانسفورماتور می باشد. در محفظه گاززدایی و پسابش، گازهای نامحلول و رطوبت از روغن ترانسفورماتور حذف می شوند. این محفظه دارای ساختار جوش داده شده با فولاد است. این محفظه قادر به تحمل خلائی است که در معرض آن قرار داده می شود. رینگ های پهن کارآمد Raschig در محفظه گاززدایی و پسابش قرار داده می شوند. رینگ های Raschig قطعات لوله ای شکل هستند که تقریبا طول و قطر آنها یکی است. معمولا در دستگاه فیلتراسیون روغن ترانسفورماتور با میزان خلاء بالا از رینگ های Raschig مسی یا آلومینیمی استفاده می شود. سطح مقطع رینگ های Raschig به اندازه ای است که فیلم نازکی از روغن را شکل داده تا حذف گازهای نامحلول و رطوبت را در نرخ جریان نسبی روغن فراهم کند. یک شیشه شفاف همراه با لامپ روشنایی برای مشاهده جریان روغن در محفظه گاززدایی و پسابش تعبیه شده است. یک سوئیچ (کلید) شناور روی محفظه گاززدایی و پسابش قرار دارد تا از افزایش بیش از حد سطح روغن جلوگیری کند که برق آن با پمپ ورودی همبند شده است. دیگر سوئیچ شناور برای کنترل سطح پایین روغن در محفظه گاززدایی و پسابش تعبیه شده که برق آن با پمپ تخلیه همبند شده است. این دو یا سه سطح با مهره زانویی از هم جدا شده اند. یک شیر هوا برای رد و بدل شدن هوا در محفظه گاززدایی و پسابش قرار داده شده است.

شکل۲٫ نمودار مدار دستگاه فیلتراسیون روغن ترانسفورمر با میزان خلاء زیاد

• سیستم پمپ خلاء

پمپ های خلاء برای تخلیه محفظه گاززدایی و پسابش قرار داده شده اند. این پمپ ها وارداتی هستند.

• پمپ تخلیه

یک پمپ تخلیه در دستگاه فیلتراسیون روغن ترانسفورماتور با میزان خلاء بالا برای مکش روغن موجود در محفظه گاززدایی و پسابش که در زیر خلاء مانده است قرار داده شده است. این پمپ ها از نظر نرخ نشتی خلاء و فشار کاملا تست شده اند. بین سوئیچ شناور سطح پایین ( تعبیه شده در محفظه گاززدایی و پسابش) و پمپ تخلیه یک چیدمان همبند قرار گرفته تا از خشک کار کردن پمپ تخلیه جلوگیری کند.

• شلنگ های روغن

دو شیلنگ پلاستیکی نیتریلی همراه با اتصال انتهایی فلنج شده در هر دو طرف تعبیه شده که یکی برای ورود روغن و دیگری برای خروج روغن است. آنها قادر به انتقال روغن ترانسفورماتور در دمای ۱۰۰ درجه سلسیوس ( ماکزیمم) و شرایط خلاء هستند.

شکل۳: روغن ترانسفورمر قبل و بعد از فیلتراسیون

پس از اینکه روغن تراسنفورمر سه تا پنج بار از دستگاه فیلتراسیون روغن ترانسفورماتور می گذرد، پالایش می شود. شکل ۳ روغن ترانسفورماتور را قبل و پس از فیلتراسیون در دستگاه فیلتراسیون روغن ترانسفورماتور را نشان می دهد. روغن قهوه ای رنگ روغن فیلتر نشده است، در حالی که روغن زرد کم رنگ روغن فیلتر شده ( یا پالایش شده) است. شکل ۲ نمودار مدار دستگاه فیلتراسیون روغن ترانسفورماتور را نشان می دهد. خواص دی الکتریک روغن ممکن است بسته به میزان گاز، رطوبت، ذرات معلق و آلاینده ها تغییر کند. حتی زمانی که روغن تازه در انبار است، گاز و رطوبت را جذب می کند. بنابراین بعضی مواقع لازم است تا روغن قبل از استفاده تصفیه شود. همچنین به دلیل جذب رطوبت و گاز که در حین کار در شرایط آب و هوایی مختلف رخ می دهد، لازم است تا در حین استفاده روغن به صورت دوره ای
رطوبت زدایی و گاززدایی شود.

1. نتیجه گیری

این مقاله دستگاه فیلتراسیون روغن ترانسفورماتور با میزان خلاء بالا و چگونگی پاک شدن آلاینده هایی مثل رطوبت، گازهای نامحلول، لجن و غیره از روغن ترانسفورماتور توسط قطعات این دستگاه را بررسی می کند. پالایش و تصفیه مرتب روغن ترانسفورماتور کیفیت بالای آن را حفظ کرده و نتایج مطلوب و طولانی مدتی را تضمین می کند.

منبع:

SSRG International Journal of Electrical and Electronics Engineering (SSRG-IJEEE) – volume 4 Issue 3 – March 2017