مقدمه

ترانسفورماتور دستگاهی است که توان را از یک مدار به مدار دیگر در همان فرکانس انتقال می دهد. ترانسفورماتور می تواند ولتاژ را کم یا زیاد  و جریان را نیز به طور متناظر زیاد و کم کند. برای غلبه بر تلفات، برق  ژنراتور از  یک ترانسفورماتور افزاینده که ولتاژ را افزایش می دهد عبور می کند. در سراسر سیستم توزیع، ولتاژ با استفاده از ترانسفورماتورهای کاهنده به ولتاژ مناسب برای کاربرد در صنایع و خانه ها تغییر می کند. ترانسفورماتور ها عموما در مخازن محکم و قابل انعطاف ورق فلزی با روغن عایق مخصوص قرار می گیرند که  به عنوان روغن ترانسفورماتور شناخته می شود. با توجه به آلودگی روغن ترانسفورماتور، خواص اصلی شیمیایی روغن ترانسفورماتور تغییر می کند و نمی توان آن را برای سال های زیادی مورد استفاده قرار داد. بنابراین نیاز است که روغن ترانسفورماتور به طور منظم خالص شود. برای خالص سازی روغن ترانسفورماتور دستگاه تصفیه روغن ترانسفورماتور استفاده می شود.

روغن ترانسفورماتور

روغن عایق  در ترانسفورماتور قدرت معمولا به عنوان روغن ترانسفورماتور شناخته می شود. روغن ترانسفورماتور به طور معمول توسط تقطیر تقسیم شده و پس از به عمل آوردن روغن  خام به دست می آید. به همین دلیل است که این روغن نیز به عنوان روغن معدنی شناخته شده است. روغن ترانسفورماتور روغن معدنی بسیار پالایش شده است که در دمای بالا پایدار است و خواص عایق الکتریکی عالی دارد. روغن ترانسفورماتور عمدتا برای دو هدف مورد استفاده قرار می گیرد، هدف اول اینکه مایع عایق در ترانسفورماتور قدرت الکتریکی است و دیگری گرمای ترانسفورماتور را از بین می برد، یعنی  به عنوان یک خنک کننده عمل می کند. علاوه بر این، این روغن دو هدف دیگر نیز دارد، به حفظ هسته و سیم پیچ کمک می کند، زیرا اینها در داخل روغن کاملا غوطه ور شده اند و هدف مهم دیگر این روغن جلوگیری از تماس مستقیم اکسیژن و کاغذهای عایق سیم پیچ که مستعد اکسید شدن هستند می باشد.

الف) پارامترهای الکتریکی روغن ترانسفورماتور

۱)ولتاژ شکست:

استحکام دی الکتریکی روغن ترانسفورماتور به عنوان ولتاژ شکست روغن ترانسفورماتور یا BDV روغن ترانسفورماتور شناخته شده است. ولتاژ شکست با مشاهده ولتاژی که جرقه زدگی بین دو الکترود غوطه ور شده در روغن که در فاصله ای از هم قرار دارند، اندازه گیری می شود. مقدار پایین BDV نشان دهنده وجود رطوبت و  مواد در روغن است. برای اندازه گیری BDV روغن ترانسفورماتور، کیت اندازه گیری قابل حمل BDV به طور کلی در دسترس است. روغن خشک و تمیز  نتایج BDV بهتر از روغن با رطوبت و سایر ناخالصی های هادی می دهد. حداقل ولتاژ شکست الکتریکی ترانسفورماتور یا مقاومت دی الکتریک روغن ترانسفورماتور که بتوان این روغن را با خیال راحت در ترانسفورماتور استفاده کرد،  ۳۰ کیلو ولت در نظر گرفته می شود.

۲) مقاومت ویژه:

مقاومت ویژه یک ویژگی مهم دیگر روغن ترانسفورماتور است. این اندازه، مقاومت DC بین دو طرف مخالف از یک میلی متر مکعب بلوک روغن است. واحد آن به عنوان اهم سانتی متر در دمای خاص گرفته شده است. با افزایش دما، مقاومت الکتریکی به سرعت کاهش می یابد. درست بعد از شارژ کردن یک ترانسفورماتور پس از خاموش بودن طولانی ترانسفورماتور، دمای روغن در دمای محیط و در طول بار کامل دمای بسیار بالا خواهد بود و ممکن است در شرایط بار بیش از ۹۰ درجه سانتیگراد باشد. بنابراین مقاومت الکتریکی عایق باید در دمای اتاق بالا باشد و همچنین باید در دمای بالا نیز مقدار خوبی داشته باشد. به همین دلیل مقاومت  روغن ترانسفورماتور باید در دمای ۲۷ درجه سانتیگراد و همچنین در دمای ۹۰ درجه سانتی گراد اندازه گیری شود. حداقل مقاومت استاندارد در روغن ترانسفورماتور در دمای ۹۰ درجه سانتیگراد ۱۰^۱۲×۳۵ اهم سانتی متر و در دمای ۲۷ درجه سانتیگراد ۱۰^۱۲×۱۵۰۰ اهم سانتی متر است.

۳)تلفات دی الکتریک یا TAN Delta:

فاکتور تلفات دی الکتریک به عنوان فاکتور تلف  یا تانژانت دلتای روغن ترانسفورماتور شناخته شده است. هنگامی که یک ماده عایق بین قسمت اصلی و قسمت زمین یک تجهیزات الکتریکی قرار می گیرد، جریان نشتی جریان می یابد. به صورت طبیعی ماده عایق به عنوان دی الکتریک قرار می گیرد و جریان در عایق در حالت ایده آل ۹۰ درجه از ولتاژ جلوتر است. در اینجا ولتاژ به معنی ولتاژ لحظه ای بین قسمت اصلی و زمین تجهیزات است.

شکل۱ زاویه ی تلفات

اما در حقیقت هیچ ماده ی کاملا عایقی در طبیعت نیست. از این رو جریان در عایق  زاویه کمتر از ۹۰ درجه نسبت به ولتاژ دارد. تانژانت آن مقدار زاویه ای که کمتر از ۹۰ درجه است تلفات دی الکتریک یا تانژانت دلتای روغن ترانسفورماتور نامیده می شود. به طور واضح تر، جریان نشتی از طریق یک عایق دو عنصر دارد، یکی خازنی یا یک راکتیو و دیگری مقاومتی یا اکتیو است. بسیار واضح است که در شکل ۱ مقدار دلتا که به عنوان زاویه ی تلفات شناخته می شود کوچکتر است، به این معنا که مولفه ی مقاومتی جریان کوچکتر است که نشان دهنده ی مقاومت زیاد است. مقاومت عایق هر چقدر بیشتر باشد بهتر است. بنابراین بهتر است که تا جای ممکن زاویه ی تلفات کوچک باشد. بنابراین ما باید تلاش کنیم که زاویه تلفات را کوچک نگه داریم. اگر مقاومت روغن عایق کاهش یابد تانژانت دلتا افزایش می یاد و بالعکس. بنابراین به هر دو  آزمایش تانژانت دلتا و آزمایش مقاومت برای یک روغن ترانسفورماتو نیاز نداریم. به طور خلاصه  tanδ معیاری از نقص در دی الکتریک مانند روغن ترانسفورماتور را نشان می دهد.

آلودگی های روغن ترانسفورماتور

عایق  ترانسفورماتور قدرت، تحت شرایطی مانند حرارت، الکتریک، شیمیایی، مکانیکی، تنش های محیطی و غیره تخریب می شود. این تنش ها قابلیت دی الکتریک ترانسفورماتور را کاهش می دهد و احتمال خرابی را افزایش می دهد. علت اصلی آلودگی روغن، اختلالات الکتریکی و تجزیه حرارتی است. آلاینده هایی که به صورت معمول در روغن ترانسفورماتور یافت می شوند عبارت اند از: رطوبت، لجن، گازهای محلول و اسیدها.

الف) رطوبت

حضور حتی یک درصد بسیار کم از رطوبت در روغن، از دیدگاه عایقی بسیار مضر است، زیرا تا حد زیادی بر خواص دی الکتریک روغن و عایق های جامد ترانسفورماتور تأثیر می گذارد. هنگامی که ترانسفورماتور با روغن پر می شود، کاغذ رطوبت را از روغن (به علت ماهیت هیگروسکوپیک کاغذ) جذب می کند و بر روی ویژگی های عایق تاثیر می گذارد و در نتیجه باعث کاهش عمر آن می شود. حتی اضافه کردن ۸ قسمت از آب در ۱۰،۰۰۰،۰۰۰، کیفیت عایق روغن را کاهش می دهد تا به طور کلی به عنوان زیر استاندارد شناخته شود. آب می تواند از دو منبع منشا یابد:

• اتمسفر:
• از طریق نفوذ ژل سیلیکا ( سیلیکای خشک همیشه آبی رنگ است)
• از طریق نشتی به تجهیزات برق،مسدود کردن بد بدنه، عایق ترک خورده، پوشش لولای شل، دیافراگم انفجار پراکنده و غیره

• منبع داخلی:
• فساد کاغذ باعث تولید آب می شود.
• فساد روغن باعث تولید آب می شود.

مقدار رطوبت در روغن ترانسفورماتور، یک پارامتر کوتاه کننده ی عمر است و اثر بدی بر روی سیستم عایق دارد:

• می تواند ظرفیت شکست سیستم عایق را تضعیف کند.
• باعث گرم شدن محلی می شود.
• قابلیت اضافه بار ترانسفورماتور را در شرایط اضطراری کاهش می دهد.
• روند فرسایش عایق را تسریع می کند.
• قدرت الکتریکی و مکانیکی را کاهش می دهد
• تخلیه های الکتریکی یا جزئی در یک ناحیه ولتاژ بالا ممکن است به علت اختلال در تعادل رطوبت ناحیه باشد.
• هدایت الکتریکی، tan δ و غیره را افزایش می دهد.

ب) اسیدیته

درست مانند روغنهای صنعتی، روغن ترانسفورمر تحت تأثیر دمای بیش از حد و اکسیژن، به ویژه در حضور ذرات فلزی کوچک که به عنوان کاتالیزور عمل می کنند،اکسید می شوند که در نتیجه با تشکیل عامل های کربوکسیلیک باعث افزایش عدد اسیدیته می شود. در بدترین حالت، کانال های نفت مسدود می شوند و ترانسفورماتور به خوبی خنک نمی شود، که موجب تشدید شکست روغن  می شود. علاوه بر این، افزایش اسیدیته اثر منفی بر روی کاغذ سلولز دارد.

همچنین فساد روغن بارهایی مانند اسید و هیدروپراکسید تولید می کند که خواص عایقی روغن را کاهش می دهد. افزایش شماره ی اسید ها اغلب همراه با کاهش قدرت دی الکتریک و افزایش رطوبت است.

اسیدیته روغن در ترانسفورماتور هرگز نباید بیش از ۰٫۲۵ میلی گرم KOH / g روغن باشد. این مقدار شماره اسید  بحرانی است ،در صورتی که از این سطح بالاتر  برود، سرعت و شدت زوال افزایش می یابد.

ج) محتوای لجن

یکی دیگر از چیزهایی که در روغن ترانسفورماتور اجتناب می کند لجن است که به سادگی از تجزیه روغن به خاطر استفاده طولانی مدت است. لجن به طور عمده با قرار گرفتن در معرض اکسیژن در اثر حرارت تشکیل می شود و موجب تشکیل رسوبات بزرگ و مواد تیره و سنگین می شود که در نهایت کانال های خنک کننده در ترانسفورماتور را مسدود می کند. لجن به سلولز سیم پیچ ترانسفورماتور حمله می کند  و موجب خراب شدن آن می شود. اینها باعث بالا رفتن درجه حرارت سیم پیچ ترانسفورماتور می شود. پیش سازهای اولیه لجن عبارتند از پراکسید، اسیدهای ارگانیک، الکل، آلدئیدها، کتون ها، لاک ها و سایر ترکیبات معطر، به ویژه آنهایی که دارای گروه های عملکردی قطبی هستند. همانگونه که این مواد به قطعات دیگری از ترانسفورماتور مانند کاغذ، آهن و مس حمله می کنند، آنها از طریق محصولات میانی در روغن تشکیل می شوند و سپس پلیمریزاسیون می شوند تا یک ماده جامد را تشکیل دهند که لجن نامیده می شود. این مرحله پایانی روند تخریب است. لجن در سرد ترین و داغترین قسمت های ترانسفورماتور، رسوب می کند.

د) گازهای محلول

سیم پیچهای الکتریکی در یک ترانسفورماتورهای قدرت شامل عایق کاغذی است  که در روغن عایق  قرار داده شده است. از این رو روغن عایق و کاغذ ترانسفورماتور منابع ضروری برای شناسایی عیب های اولیه، عیب های با توسعه سریع، روند عایق سازی و به طور کلی وضعیت سلامتی ترانسفورماتور را نشان می دهد. به موجب این عیب ها و به علت تنش های الکتریکی و حرارتی، تجزیه روغن و کاغذ رخ می دهد. در نتیجه این تجزیه، برخی گازها آزاد می‌شوند. این گازها قابلیت تخلیه گرما و قدرت دی الکتریک روغن ترانسفورماتور را کاهش می دهند. گازهایی که به علت تجزیه نفت تولید می شوند عبارتند از: هیدروژن (H2)، متان (CH4)، استیلن (C2H2)، اتیلن (C2H4) و اتان (C2H6). از سوی دیگر، تجزیه کاغذ باعث تولید مونوکسید کربن (CO) و دی اکسید کربن (CO2) می شود. گازهای ذکر شده در بالا گازهای کلیدی در نظر گرفته می شوند و عموما قابل احتراق هستند (توجه داشته باشید که CO2 گاز قابل احتراق نیست). مجموع تمام گازهای قابل احتراق ممکن است نشان دهنده وجود هر یک از آنها یا ترکیبی از خطاهای حرارتی، الکتریکی و یا کرونا باشد.

با توجه به تمامی اثرات نامطلوب آلاینده های موجود در روغن ترانسفورماتور، روشن است که روغن ترانسفورماتور باید کاملا از اسید، لجن، گازهای حل شده و به ویژه رطوبت آزاد باشد تا از خرابی فاجعه بار ترانسفورماتور که منجر به خرابی سیستم قدرت می شود جلوگیری شود.

تصفیه روغن ترانسفورماتور

تصفیه روغن ترانسفورماتور فرآیند حذف لجن، رطوبت محلول، اسیدیته و گازهای محلول از روغن است. رتبه بندی های فعلی و آینده ترانسفورماتور نیاز به روغن های با کیفیت بالا و خلوص بالا دارد. برای نگهداری موثر ترانسفورماتور قدرت، حفظ خواص دی الکتریک عایق، چه جامد و چه مایع  مهمترین امر است. هر چه عایق ترانسفورماتور بهتر باشد، طول عمر ترانسفورماتور بیشتر و خرابی ترانسفورماتور کمتر می باشد. هر چقدر خرابی ترانسفورماتور کمتر باشد تغذیه ی توان بی وقفه تر خواهد بود. یک سیستم تصفیه روغن خوب می تواند روغن فیلتر شده با پارامترهای مطابق مشخصات استاندارد را ارائه دهد. برای تمیز کردن روغن ترانسفورماتور، از دستگاه تصفیه روغن ترانسفورماتور استفاده می شود. احیای روغن ترانسفورماتور توسط دستگاه تصفیه روغن به پارامترهای استاندارد روغن بر اساس کیفیت روغن های کارنکرده و در شروع فرایند است. مواقعی که روغن کارنکرده با پارامترهای استاندارد روغن مطابقت نداشته باشد، تلاش برای فیلتر کردن روغن ترانسفورماتور  بیهوده است. در این مورد باید روش متناوب بازسازی روغن ترانسفورماتور مورد استفاده قرار گیرد.

دستگاه تصفیه روغن ترانسفورماتور:

دستگاه تصفیه روغن ترانسفورماتور شامل پمپ ورودی، فیلترها، هیتر ها، ستون واکنش یونی، محفظه گاز زدایی و تخلیه، پمپ تخلیه، پمپ های خلاء و غیره هستند. پمپ ورودی روغن آلوده را از ترانسفورماتور به دستگاه تصفیه روغن پمپ می کند. هیتر ها روغن را ۶۰ تا ۷۰ درجه سانتیگراد را گرم می کند. روغن برای سریع کردن فرایند تصفیه گرم می شود. ستون واکنش یونی برای کاهش اسیدیته  روغن ارائه شده است. فیلترهایی برای حذف ذرات معلق و لجن در روغن فراهم شده اند. محفظه گاز زدایی و رطوبت زدایی برای حذف گازهای حل شده و رطوبت از روغن تعبیه شده است. پمپ های خلاء برای تخلیه محفظه گاز زدایی و آب زدایی فراهم شده است. پس از سه تا پنج بار عبور از دستگاه تصفیه روغن ترانسفورماتور، روغن ترانسفورماتور آلوده تصفیه می شود.

شکل۳) دیاگرام مداری دستگاه تصفیه روغن ترانسفورماتور

نتیجه گیری

خلاصه- ترانسفورماتور ها یکی از اصلی ترین قسمت های صنعت برق محسوب می شوند که نیاز است عملکرد آن ها حفظ شوند تا انتقال توان بی وفقه تضمین شود و بازده سرمایه گذاری داشته باشد. عمر ترانسفورماتور عمدتا به کیفیت روغن عایق یعنی روغن ترانسفورماتور بستگی دارد. روغن ترانسفورماتور به عنوان یک ماده ی دی الکتریک و یک ماده خنک کننده، برای عملکرد مناسب روغن ترانسفورماتور باید به طور منظم خالص شود. در این مقاله ما در مورد آلودگی های روغن ترانسفورماتور، چرا روغن ترانسفورماتور نیاز به خالص سازی دارد و چه تجهیزاتی برای خالص سازی نیاز هست بحث خواهیم کرد. در این مقاله ما درباره روغن ترانسفورماتور، آلودگی های موجود در روغن ترانسفورماتور و اینکه چرا روغن ترانسفورماتور باید تصفیه شود و چگونه دستگاه تصفیه روغن ترانسفورماتور روغن ترانسفورماتور را تمیز می کند بحث کردیم.

منبع:

International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET)
Volume: 04 Issue: 04 | Apr -2017