ترانسفورماتور قدرت

روغن ترانسفورماتور: تست ، انواع و مشخصات روغن ترانس

روغن ترانسفورماتور: تست ، انواع و مشخصات روغن ترانس

روغن ترانسفورماتور

روغن ترانسفورماتور چیست؟

روغن ترانسفورماتور (همچنین به عنوان عایق روغن شناخته می شود) نوع خاصی از روغن است که دارای خواص عایق الکتریکی عالی و همچنین در دماهای بالا پایدار است. روغن ترانسفورماتور در ترانسفورماتورهای روغنی برای عایق کاری ، متوقف کردن قوس و تخلیه کرونا و از بین بردن گرمای ترانسفورماتور استفاده می شود (یعنی بعنوان خنک کننده عمل کند).

روغن ترانسفورماتور همچنین برای حفظ هسته و سیم پیچ ترانسفورماتور استفاده می شود – زیرا این مواد کاملاً درون روغن غوطه ور می شوند. یکی دیگر از ویژگی های مهم عایق روغن ، توانایی آن در جلوگیری از اکسیداسیون عایق کاغذی ساخته شده از سلولز است. روغن ترانسفورماتور به عنوان سدی بین اکسیژن جو و سلولز عمل و از تماس مستقیم و در نتیجه به حداقل رساندن اکسیداسیون جلوگیری می کند. سطح روغن ترانسفورماتور معمولاً با استفاده از MOG (سطح سنج روغن مغناطیسی) اندازه گیری می شود.

انواع روغن ترانسفورماتور

در ترانسفورماتورها دو نوع اصلی روغن ترانسفورماتور وجود دارد:

روغن ترانسفورماتور مبتنی بر پارافین

روغن ترانسفورماتور مبتنی بر نفتا

روغن نفتا نسبت به روغن پارافین راحت تر اکسیده می شود. اما محصول اکسیداسیون – یعنی لجن – در روغن نفتا قابل حل تر از لجن حاصل از روغن پارافین است. بنابراین لجن روغن نفتا در پایین ترانسفورماتور رسوب نمی شود. از این رو مانع گردش جریان همرفت روغن نمی شود ، به این معنی که سیستم خنک کننده ترانسفورماتور را مختل نمی کند.

اگرچه روغن پارافین از میزان اکسیداسیون پایین تری نسبت به روغن نفتا برخوردار است ، اما محصول اکسیداسیون (لجن) حل شونده نیست و در ته مخزن رسوب می شود. این لجن به عنوان سد در سیستم خنک کننده ترانسفورماتور عمل می کند.

مشکل دیگر روغن مستقر در پارافین که موم های حل شده در داخل آن می توانند به نقطه ریزش بالایی [۱]منجر شوند. اگرچه این مسئله در شرایط آب و هوای گرم (مانند هند) مسئله ای نیست.

با وجود مضراتی که در بالا به آن اشاره شد ، روغن مبتنی بر پارافین به دلیل در دسترس بودن زیاد هنوز هم در بسیاری از کشورها (مانند هند) مورد استفاده قرار می گیرد.

مشخصات روغن ترانسفورماتور

برخی خصوصیات خاص روغن باید برای تعیین قابلیت سرویس و قابلیت استفاده روغن در نظر گرفته شود.

ویژگی (یا پارامترهای) روغن ترانسفورماتور عبارتند از:

ویژگی الکتریکی: مقاومت دی الکتریک [۲]، مقاومت ویژه [۳]، ضریب تلفات دی الکتریک[۴].

ویژگی شیمیایی: محتوای آب [۵]، اسیدیته [۶]، محتوای لجن[۷].

ویژگی فیزیکی: کشش بین سطحی [۸]، ویسکوزیته [۹]، نقطه اشتعال [۱۰]، نقطه ریزش[۱۱].

ویژگی الکتریکی روغن ترانسفورماتور

مقاومت دی الکتریک روغن ترانسفورماتور

1

کیت تست برای اندازه گیری ولتاژ شکست [۱۲]روغن ترانسفورماتورمقاومت دی الکتریک روغن ترانسفورماتور همچنین به عنوان ولتاژ شکست BDV))  روغن ترانسفورماتور شناخته می شود. ولتاژ شکست با مشاهده اینکه  در چه ولتاژی شاخه های جرقه بین دو الکترود غوطه ور شده در روغن که با فاصله خاصی قرار گرفته اند ایجاد می شود به دست می آید.

مقدار کم BDV حاکی از وجود رطوبت و مواد رسانا در روغن است.

2

فاصله الکترودها در کیت تست برای اندازه گیری BDV روغن ترانسفورماتور

برای اندازه گیری BDV روغن ترانسفورماتور ، کیت اندازه گیری BDV قابل حمل به طور کلی در سایت موجود است. در این کیت ، روغن در ظرف نگهداری می شود که در آن یک جفت الکترود با فاصله ۲٫۵ میلی متر (در بعضی کیت ها ۴ میلی متر) بین آنها قرارداده می شود. اکنون ولتاژ اعمالی بین الکترودها به آرامی افزایش داده می شود. میزان افزایش ولتاژ در  KV / s2 کنترل می شود و تا ولتاژ ی که در آن بین الکترودها جرقه شروع می شود مشاهده شود. این بدان معناست که در آن ولتاژ مقاومت دی الکتریک روغن ترانسفورماتور بین الکترودها شکسته شده است.

این اندازه گیری ۳ تا ۶ بار در همان نمونه روغن انجام می شود و ما میانگین این نمونه ها را می گیریم. BDV یک آزمایش مهم و اساسی روغن ترانسفورماتور است ، زیرا شاخص اصلی سلامتی روغن است و می توان آن را به راحتی در محل انجام داد.

روغن خشک و تمیز نتایج BDV بهتر از روغن با رطوبت و سایر ناخالصی های رسانا می دهد. حداقل ولتاژ شکست روغن ترانسفورماتور یا مقاومت دی الکتریک روغن ترانسفورماتور که در آن با اطمینان می توان از این روغن در ترانسفورماتور استفاده کرد ، ۳۰ KV در نظر گرفته شده است.

 مقاومت خاص روغن ترانسفورماتور

این یکی دیگر از ویژگی های مهم روغن ترانسفورماتور است. مقاومت ویژه روغن اندازه گیری مقاومت DC بین دو طرف مخالف یک بلوک  ۳ سانتی متری روغن است. واحد آن در دمای مشخص اهم-سانتی متر (ohm-cm) است. با افزایش دما مقاومت روغن به سرعت کاهش می یابد.

درست پس از شارژ ترانسفورماتور پس از خاموش شدن طولانی ، دمای روغن در دمای محیط و در هنگام بارگذاری کامل ، دمای  بسیار بالا خواهد بود و ممکن است در شرایط اضافه بار تا ۹۰ درجه سانتیگراد بالا رود. بنابراین مقاومت عایق روغن باید در دمای اتاق زیاد باشد و همچنین در درجه حرارت بالا نیز باید از مقدارمناسبی برخوردار باشد.

به همین دلیل است که مقاومت ویژه روغن ترانسفورماتور باید در دمای ۲۷ درجه سانتیگراد و همچنین در ۹۷ درجه سانتیگراد اندازه گیری شود.

حداقل مقاومت ویژه استاندارد روغن ترانسفورماتور در دمای ۹۰ درجه سانتیگراد برابر با۳۵ × ۱۰۱۲ ohm–cm  اهم بر سانتی متر و در دمای ۲۷ درجه سانتیگراد برابر با ۱۵۰۰ × ۱۰۱۲ ohm–cm اهم بر سانتی متر است.

 ضریب تلفات دی الکتریک از Tan Delta  روغن ترانسفورماتور

ضریب تلفات دی الکتریک همچنین به عنوان عامل از دست دادن یا Tan Delta روغن ترانسفورماتور شناخته می شود. هنگامی که یک ماده عایق بین قسمت برقدار و قسمت زمین شده یک تجهیز الکتریکی قرار می گیرد ، جریان نشتی جاری می شود. از آنجا که یک ماده عایق از نظر ماهیت دی الکتریک است ، جریان از طریق عایق به صورت  ایده آل ۹۰ درجه نسبت به ولتاژ پیشفاز است. در اینجا ولتاژ به معنای ولتاژ لحظه ای بین قسمت برقدار و زمین تجهیزات است. اما در واقعیت ، هیچ ماده عایق کاملاً دی الکتریک نیست.

Tan Delta تانژانت دلتا روغن ترانسفورماتور

2

از این رو جریان ایجاد شده در عایق با زاویه ی به مقدار کمی کوچکتر از ۹۰ درجه از ولتاژ جلوتر است(پیشفاز). تانژانت زاویه ای که از جریان با آن ۹۰  درجه می شود به عنوان ضریب افت یا تلفات دی الکتریک یا به سادگی تانژانت دلتا روغن ترانسفورماتور گفته می شود.(جریان زاویه ای کمتر از ۹۰ دارد. مثلا ۸۸ درجه ، ضریب تلافت دی الکتریک با زاویه ۲ درجه محاسبه می شود) به طور واضح تر ، جریان نشتی از طریق عایق دارای دو جزء یکی خازنی یا راکتیو و دیگری مقاومتی یا اکتیو است. باز هم از نمودار فوق مشخص است ، مقدار δ  که به عنوان زاویه تلفات نیز شناخته می شود.

اگر زاویه تلفات اندک باشد ، سپس مقاومت جریان IR اندک است که نشان دهنده خاصیت مقاومت بالای مواد عایق است. عایق با مقاومت بالا عایق خوبی است. از این رو مطلوب است که زاویه تلفات تا حد امکان کوچک باشد. بنابراین باید سعی کنیم مقدار tanδ را تا حد ممکن کوچک نگه داریم. مقدار بالای این tanδ نشانه حضور آلاینده ها در روغن ترانسفورماتور است.

از این رو رابطه روشنی بین مقاومت tanδ و مقاومت عایقی روغن وجود دارد. اگر مقاومت عایقی روغن کاهش یابد ، مقدار tanδ افزایش می یابد و بالعکس. بنابراین ، هر دو تست مقاومت و تست tanδ روغن ترانسفورماتور به طور کلی برای همان عایق روغن مورد نیاز نیست.

در یک جمله می توان گفت که tanδ معیاری از عیوب دی الکتریک مواد عایق مانند روغن است.

خواص شیمیایی روغن ترانسفورماتور

محتوای آب در روغن ترانسفورماتور

وجود رطوبت و یا آب در روغن ترانسفورماتور بسیار نامطلوب است زیرا این ماده بر خواص دی الکتریک روغن تأثیر منفی می گذارد. محتوای آب موجود در روغن همچنین در عایق بندی کاغذ هسته و سیم پیچ ترانسفورماتور تأثیر می گذارد. کاغذ بسیارنم گیر است. کاغذ حداکثر مقدار رطوبت روغن ترانسفورماتور را جذب می کند و این شدیدا خاصیت عایقی کاغذ را کاهش می دهد و باعث کاهش عمر آن می شود. در ترانسفورماتور باردار ، روغن داغ تر می شود ، از این رو حلالیت آب در روغن افزایش می یابد.

در نتیجه ، کاغذ آب را آزاد کرده و محتوای آب در روغن ترانسفورماتور افزایش می دهد. بنابراین دمای روغن در زمان گرفتن نمونه برای آزمایش بسیار مهم است. در طی اکسیداسیون ، اسیدها در روغن تشکیل می شوند و اسیدها باعث حل شدن آب در روغن می شوند. اسید ترکیب شده با آب بیشتر باعث تجزیه شدن ساختار روغن می شود . این باعث افزایش تخریب روغن می شود. ما مقدار آب موجود در روغن را به عنوان ppm (تعداد در واحد میلیون[۱۳]) اندازه می گیریم.بر اساس IS–۳۳۵(۱۹۹۳) توصیه می شود که مقدار آب در روغن همانطور که توسط  تا  ppm 50 مجاز است. اندازه گیری دقیق محتوای آب در چنین سطوح پایین نیاز به ابزار بسیار پیشرفته ای مانند Coulometric Karl Fisher Titrator دارد.

اسیدیته روغن ترانسفورماتور

اسیدی بودن روغن ترانسفورماتور یک خاصیت مضر است. اگر روغن اسیدی شود ، محتوای آب موجود در روغن در روغن حل تر می شود. اسیدیته روغن خاصیت عایقی کاغذ سیم پیچ را خراب می کند. اسیدیته روند اکسیداسیون موجود در روغن را تسریع می کند. اسید همچنین در صورت وجود رطوبت ، زنگ زدگی آهن را نیز ایجاد می کند.از آزمایش اسیدیته روغن ترانسفورماتور می توان برای اندازه گیری ترکیبات اسیدی آلاینده ها استفاده کرد. ما اسیدیته روغن را در میلی گرم KOH مورد نیاز برای خنثی کردن اسید موجود در یک گرم روغن بیان می کنیم. این همچنین به عنوان مقدار خنثی سازی شناخته می شود.

خصوصیات فیزیکی روغن ترانسفورماتور

کشش بین سطحی روغن ترانسفورماتور

کشش بین سطحی بین آب و روغن راهی برای اندازه گیری نیروی مولکولی بین آب و روغن است. بر حسب Dyne/cm or milli-Newton/meter. کشش بین سطحی دقیقاً برای تعیین حضور آلاینده های قطبی و فرساینده های روغن مفید است. روغن خوب معمولاً دارای کشش بین سطحی بالایی دارد. آلاینده های اکسیداسیون روغن، IFT را کاهش می دهد.

نقطه اشتعال روغن ترانسفورماتور

نقطه Flash روغن ترانسفورماتور دمایی است که در آن روغن بخارهای کافی برای تولید مخلوط قابل اشتعال با هوا ایجاد می کند. این مخلوط فلاش لحظه ای را در کاربرد شعله تحت شرایط استاندارد ایجاد می کند. Flashpoint از این جهت اهمیت دارد که احتمال خطر آتش سوزی در ترانسفورماتور را مشخص می کند. بنابراین مطلوب است که یک نقطه فلاش بسیار زیاد روغن ترانسفورماتور وجود داشته باشد. به طور کلی بیش از ۱۴۰درجه(>100)است.

نقطه ریزش روغن ترانسفورماتور (نقطه ریزش یک مایع دمایی است که در آن مایع خاصیت جریان یافتنش را از دست می دهد ) این حداقل دمائی است که روغن در شرایط آزمایش استاندارد شروع به گردش می کند. نقطه ریزش [۱۴]روغن ترانسفورماتور یک ویژگی با ارزش است که عمدتا در مناطقی که آب و هوا یخی است می باشد. اگر دمای روغن زیر نقطه ریزش قرار گیرد ، روغن ترانسفورماتور جریان متقابل را متوقف می کند و سرمازدگی را در ترانسفورماتور ایجاد می کند. روغن مبتنی بر پارافین نسبت به روغن مبتنی بر نفتالا دارای مقدار بیشتری از نقطه ریزش است ، اما در کشوری مانند هند به دلیل شرایط آب و هوایی گرم ، تاثیری در استفاده از روغن پارافین ندارد. پوسته پوسته شدن روغن ترانسفورماتور عمدتا به میزان موم موجود در روغن بستگی دارد. از آنجایی که روغن مبتنی بر پارافین دارای موم بیشتری است ، نقطه ریزش بالاتری نیز دارد.

 ویسکوزیته روغن ترانسفورماتور

در چند کلمه ، می توان گفت ویسکوزیته روغن ترانسفورماتور، مقاومت در برابر جریان یافتن آن ، در شرایط عادی است. مقاومت در برابر جریان یافتن روغن ترانسفورماتور به معنای انسداد در گردش جریان همرفتی روغن درون ترانسفورماتور است. روغن خوب باید دارای ویسکوزیته کم باشد به طوری که مقاومت کمتری در برابر جریان یافتن و گردش معمول روغن ایجاد می کند و در نتیجه بر خنک کنندگی ترانسفورماتور تأثیر نمی گذارد. ویسکوزیته پایین روغن ترانسفورماتور ضروری است ، اما به همان اندازه مهم است که با کاهش دما ویسکوزیته روغن تا حد ممکن افزایش یابد. اگر درجه حرارت کاهش یابد ، هر مایعی چسبناک تر می شود.

تست روغن ترانسفورماتور

روغن ترانسفورماتور برای اطمینان از عملکرد آن با استانداردهای امروز باید آزمایش شود. استانداردها و رویه های تست توسط استانداردهای مختلف بین المللی تعریف شده است و بیشتر آنها توسط ASTM تنظیم شده است.

آزمایش روغن شامل اندازه گیری ولتاژ شکست و سایر خصوصیات شیمیایی و فیزیکی روغن ، از طریق تجهیزات تست قابل حمل و یا در آزمایشگاه است. با آزمایش مناسب ، طول عمر ترانسفورماتور افزایش یافته و نیاز به هزینه تعویض را کاهش می دهد.

چه عواملی آزمایش شده اند

در اینجا رایج ترین مواردی که باید هنگام انجام آزمایش روغن ترانسفورماتور به دنبال آن باشید:

مشخصات استاندارد عایق روغن معدنی مورد استفاده در دستگاه های برقی ASTM D3487شماره اسید ASTM D664

ولتاژ شکست دی الکتریک ASTM D877

ضریب توان مایع ASTM D924-08

کشش بین سطحی ASTM D971

مقاومت ویژه ASTM D1169

گوگرد خورنده ASTM D1275

معاینه چشمی ASTM D1524

توجه: ASTM مخفف انجمن آزمایش و مواد آمریکاست.

این آزمایشات به تعیین عدم تمیز بودن روغن کمک می کند و یک پایه از ویژگی را ایجاد می کند که باید بطور دوره ای آزمایش شوند. اگرچه تعداد زیادی تست وجود دارد ، اما گران هستند. بنابراین بهتر است از آنها به عنوان یک ویژگی عیب شناسی جهت پیدا کردن عیب های ترانس در زمان انجام تست های پایه استفاده.دفعات انجام تست های توصیه شده به قدرت و ولتاژ بستگی دارد. اگر نتایج حاصل از تست برخی از پارامتر ها را قرمز و خطرناک نشان دهد ، دفعات انجام تست (فرکانس انجام تست) آن افزایش می یابد. حتی اگر هزینه آزمایش زیاد باشد ، هزینه را باید با هزینه تعویض ترانسفورماتور و قطعی  مرتبط با از دست دادن ترانسفورماتور مقایسه کرد.

درک تفاوت بین میزان گاز بیش از حد و عادی مهم است. مقدار گاز حل شده در روغن ترانسفورماتور را می توان با استفاده از آزمایش تجزیه و تحلیل گاز حل شدهDGA یافت. میزان گاز بر اساس بارگیری ، عایق کاری و طراحی ترانسفورماتور متفاوت خواهد بود.

 مشکلات معمول هنگام تست

جدول زیر متداول ترین مواردی که هنگام آزمایش روغن ترانسفورماتور می تواند رخ دهد نشان می دهد:

خطا گاز کلیدی نتایج
تخلیه کرونا هیدروژن تخلیه انرژی کم باعث ایجاد متان و هیدروژن و مقادیر کمتری از اتیلن و اتان می شود.
قوس استیلن مقادیر زیادی هیدروژن یا استیلن یا مقادیر جزئی اتیلن و متان تولید می شود.
گرمای زیاد سلولز کربن مونوکسید اگر سلولز بیش از حد گرم شود ، آنگاه منوكسید كربن تولید می كند
گرمای زیاد روغن متان و اتیلن روغن بیش از حد گرم باعث تولید متان و اتیلن (۳۰۰ درجه فارنهایت) یا متان و هیدروژن (۱۱۱۲ درجه فارنهایت) می شود. اگر واحد تماس های الکتریکی یا مشکل شدید باشد ممکن است اثری از استیلن ایجاد شود. 

 چرا آزمایش روغن ترانسفورماتور مهم استآزمایش روغن ترانسفورماتور:

  • خصوصیات الکتریکی اساسی روغن ترانسفورماتور را تعیین می کند·
  •  مشخص می کند که روغن برای استفاده در آینده مناسب است یا خیر·
  • تشخیص اینکه آیا احیا یا فیلتراسیون مورد نیاز است یا خیر·
  •  هزینه های روغن را کاهش داده و عمر قطعات را افزایش می دهداز از دست رفتن ترانس جلوگیری کرده و ایمنی را به حداکثر می رساندبه خاطر داشته باشید روغن های ترانسفورماتور می توانند تا ۳۰ سال دوام بیاورند. بنابراین انجام مراحل آزمایش مناسب اکنون در دراز مدت هزاران دلار صرفه جویی خواهد کرد.

[۱] high pour point

[۲] Dielectric strength

[۳] specific resistance

[۴] dielectric dissipation factor

[۵] Water content

[۶] acidity

[۷] sludge content

[۸] Interfacial tension

[۹] viscosity

[۱۰] flash point

[۱۱] pour point

[۱۲] breakdown voltage

[۱۳] parts per million unit

[۱۴] Pour Point

مقالات مرتبط :

تست مقاومت سیم پیچ ترانسفورماتور

آنالیز گاز تجزیه شده (DGA) و فوران روغن ترانسفورماتور:

نمونه گیری روغن از تجهیزات الکتریکی غوطه ور در روغن

تست اسیدیته روغن عایق ترانسفورماتور

لینک زبان اصلی مقاله :

Transformer Oil: Testing, Types & Properties

محسن ترابی

مهندس برق قدرت، فوق لیسانس برق قدرت از دانشگاه سراسری یزد، موسس ماه صنعت، متخصص در ژنراتور، دیزل، طراحی و ساخت موتورهای الکتریکی، سنکرون و سیستم های حفاظت الکتریکی به خصوص حفاظت ژنراتور. دارای گواهی ثبت اختراع ساخت موتور PMSM‌ معکوس گرد. هدف از ایجاد این وبسایت و مقالات آن آموزش در راستای توسعه ی صنعت برق کشور عزیزمان ایران می باشد و سعی می کنم مقالات کاربردی در راستای این هدف در وبسایت انتشار بدهم

نوشته های مشابه

‫2 نظرها

  1. سلام
    در ایران همیشه صحبت از کنترل دمای بالای روغن درترانس بوده و برای آن به دلائل فنی محدوده قائل شده ایم .آیا برای حد پایین نیز محدودیت داریم مثلا اگر حد الارم دمای بالا ۶۰ درجه سانتی گراد و تریپ ۷۰درجه سانتگراد تعریف شود. میتوان استدلال نمود که آلارم حد پایین دمای روغن ۵۰ درجه سانتیگراد و تریپ آن ۴۰ درجه سانتیگرادباشد.گو اینکه بعلت کاهش دما در این حالت ویسکوزیته روغن بالا رفته وانتقال حرارت سیم پیچ به روغن روند خوبی نخواهد داشت و شاهد افزایش دمای سیم پیچ خواهیم بود اگر چه بدنه ترانس خنک وحاکذا سایر دماهای ورود و خروج روغن واب درشرایط نرمال . آیا پیش بینی هیتر یا قطع سیستم خنک کاری ترانس بطور موقت جهت کاهش مصرف انرژی جایز است؟
    ( طبیعی است که نگاه فنی به ترانس در مناطقی مانند سیبری وهند متفاوت است. )

    ممنون از پاسخ جنابعالی

    1. سلام
      ترانس هر چه خنک تر باشد تلفات مسی آن کاهش می یابد. با افزایش دما مقاومت سیم پیچ ها افزایش پیدا می کنه و در نتیحه تلفات سیم پیچ افزایش پیدا می کنه.
      نه من جایی ندیدم که روی ترانسفورماتور هیتر نصب بشه. البته مثلا در ژنراتور چون سیم پیچ ها ارتباط مستقیم با هوا دارند برای جلوگیری از ایجاد شبنم روی آنها هیتر نصب می شود مخصوصا جاهایی که رطوبت بسیار بالا هستش

دیدگاهتان را بنویسید

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

دکمه بازگشت به بالا
بستن
بستن