مطالعه دستگاه فیلتراسیون روغن ترانسفورمر

تصفیه روغن ترانسفورماتور
آبان ۸, ۱۳۹۷
تکنولوژی بوشینگ RIS
آبان ۲۲, ۱۳۹۷

مطالعه دستگاه فیلتراسیون روغن ترانسفورمر

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

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

  1. مقدمه

تراسنفورمر 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 ترانسفورمر 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 ترانسفورمرها 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 ترانسفورمر ، لازم است تا فعالیت های مختلفی به منظور نگهداری انجام شود. پالایش روغن ترانسفورمر یکی از این فعالیت های مربوط به نگهداری است، چرا که عمر یک ترانسفورمر بستگی زیادی به روغن عایق کاری آن ، یعنی روغن ترانسفورمر دارد. از دستگاه فیلتراسیون روغن ترانسفورمر با میزان خلاء بالا برای پالایش روغن ترانسفورمر 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 ترانسفورمر و چگونگی کارکرد آن در پالایش روغن آلوده ترانسفورمر مطالعه خواهیم کرد.

  1. روغن عایق کاری

در ابتدا دو نوع ماده عایق کاری اصلی در ترانسفورمر 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 بندهای گازی است ، این درحالی است که قابلیت آنها در انطباق با شکل های پیچیده هندسی و وسایل خود ترمیم بالاست که در زمان استفاده کاربردی تر از عایق بندهای جامد می باشند. روغن ترانسفورمر یک روغن معدنی کاملا تصفیه شده ای است که در دماهای بالا پایدار بوده و دارای خواص بسیار خوب در عایق بندی 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 ترانسفورمر بخشی از عایق کاری الکتریکی بین قطعات داخلی ترانسفورمر را فراهم می کند. همچنین این روغن به خنک شدن ترانسفورمر کمک می کند، یعنی به عنوان خنک ساز عمل می کند.

از دلایل آلوده شدن روغن ترانسفورمر می توان به قطعی برق و تجزیه حرارتی اشاره کرد.حضور  آلاینده های مختلفی مثل رطوبت، لجن، گازهای نامحلول و غیره در ترانسفورمر، مقاومت شکست (تجزیه) روغن ترانسفورمر 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 ترانسفورمر می شود. 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 ترانسفورمر بوسیله دستگاه فیلتراسیون روغن تراسنفورمر با میزان خلاء بالا تمامی این آلاینده ها را از روغن ترانسفورمر 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 ترانسفورمر بهتر باشد، عمر ترانسفورمر طولانی تر شده و خرابی ترانسفورمر کمتر رخ می دهد که منتج به بازدهی خوب در سرمایه گذاری روی ترانسفورمر و همچنین منبع برق قطعی ناپذیر می شود.

  1. دستگاه فیلتراسیون روغن ترانسفورمر با میزان خلاء بالا

روغن ترانسفورمر 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 ترانسفورمر برسد.

دستگاه فیلتراسیون روغن ترانسفورمر با میزان خلاء بالا، روغن ترانسفورمر 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 ترانسفورمر با میزان خلاء بالا را نشان می دهد. دستگاههای فیلتراسیون روغن ترانسفورمر در نسبت های مختلف، از ۱۰۰ LPH  ( لیتر در ساعت) تا ۱۶۰۰۰ LPH در بازار موجود است. دستگاه فیلتراسیون هم می تواند نوع ثابت باشد و هم متحرک. 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 و صلابت 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 ترانسفورمر با میزان خلاء بالا از قطعات زیر تشکیل شده است:

  • پمپ ورودی

پمپ ورودی، روغن آلوده را از ترانسفورمر 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 طوریکه 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 ( مقرر 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 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 دسک 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، هوادهی تعبیه شده تا در حین زهکشی ، لوله را هوادهی کند. فیلتر نوع کارتریجی امکان رسیدن به مقدار دلخواه ذرات با اندازه میکرون را فراهم می سازد.

  • ستون واکنش یونی

در دستگاه فیلتراسیون روغن ترانسفورمر 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 ترانسفورمر 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 ترانسفورمر می باشد. در محفظه گاززدایی و پسابش، گازهای نامحلول و رطوبت از روغن ترانسفورمر حذف می شوند. این محفظه دارای ساختار جوش داده شده با فولاد خفیف 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 ترانسفورمر 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 ترانسفورمر 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 ترانسفورمر 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 ترانسفورمر می گذرد، پالایش می شود. شکل ۳ روغن ترانسفورمر را قبل و پس از فیلتراسیون در دستگاه فیلتراسیون روغن ترانسفورمر 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 ترانسفورمر 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 ترانسفورمر با میزان خلاء بالا و چگونگی پاک شدن آلاینده هایی مثل رطوبت، گازهای نامحلول، لجن و غیره از روغن ترانسفورمر توسط قطعات این دستگاه را بررسی می کند. پالایش و تصفیه مرتب روغن ترانسفورمر 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

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *