روغن ترانسفورماتور: تست ، انواع و مشخصات

در این مقاله قصد داریم در مورد روغن ترانسفورماتور، انواع، عملکرد و نحوه تست آن صحبت کنیم.

فهرست مطالب

1- روغن‌ترانسفورماتور چیست؟

2- انواع روغن ترانسفورماتور

3- مشخصات روغن‌ترانسفورماتور و تست آن

1- روغن ترانسفورماتور چیست؟

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

این روغن همچنین برای حفظ هسته و سیم پیچ ترانسفورماتور استفاده می‌شود – زیرا این مواد کاملاً درون روغن غوطه ورمی‌شوند.

یکی دیگر از ویژگی های مهم عایق روغن، توانایی آن در جلوگیری از اکسیداسیون عایق کاغذی ساخته شده از سلولزاست. روغن‌ترانسفورماتور به عنوان سدی بین اکسیژن جو و سلولز عمل و از تماس مستقیم و در نتیجه به حداقل رساندن اکسیداسیون جلوگیری‌می‌کند. سطح روغن ترانسفورماتور معمولاً با استفاده از MOG (سطح سنج روغن مغناطیسی) اندازه گیری‌می‌شود.

2- انواع روغن ترانسفورماتور

 از انواع روغن‌ترانسفورماتور می توان به دو نوع زیر اشاره کرد:

• مبتنی بر پارافین
• مبتنی بر نفتا

روغن نفتا نسبت به روغن پارافین راحت تر اکسیده می‌شود. 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 نمی‌شود. از این رو مانع گردش جریان همرفت روغن نمی‌شود، به این معنی که سیستم خنک کننده ترانسفورماتور را مختل نمی‌کند.

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 می‌شود.

این لجن به عنوان سد در سیستم خنک کننده ترانسفورماتور عمل می‌کند.مشکل دیگر روغن مستقر در پارافین که موم های حل شده در داخل آن می توانند به نقطه ریزش بالایی 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 میگیرد.

3- مشخصات روغن‌ترانسفورماتور و تست آن

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

•  الکتریکی: مقاومت دی الکتریک ، مقاومت ویژه
• ، ضریب تلفات دی الکتریک.
•  شیمیایی: محتوای آب ، اسیدیته ، محتوای لجن.
•  فیزیکی: کشش بین سطحی ، ویسکوزیته ، نقطه اشتعال ، نقطه ریزش.

کیت تست برای اندازه گیری ولتاژ شکست روغن‌ترانسفورماتور، مقاومت دی الکتریک روغن ترانسفورماتور و همچنین به عنوان ولتاژ شکست (BDV)  روغن‌ترانسفورماتور شناخته‌می‌شود.

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 می‌شود، به دست می آید.مقدار کم BDV حاکی از وجود رطوبت و مواد رسانا در روغن‌است.

3-1- فاصله الکترودها در کیت تست برای اندازه گیری BDV روغن ترانسفورماتور

برای اندازه گیری BDV روغن‌ترانسفورماتور ، کیت اندازه گیری BDV قابل حمل به طور کلی در سایت موجوداست.

در این کیت ، روغن در ظرف نگهداری می‌شود که در آن یک جفت الکترود با فاصله 2.5 میلی متر (در بعضی کیت ها 4 میلی متر) بین آنها قرارداده می‌شود.اکنون ولتاژ اعمالی بین الکترودها به آرامی افزایش داده می‌شود.میزان افزایش ولتاژ در  KV / s2 کنترل می‌شود و تا ولتاژ ی که در آن بین الکترودها جرقه شروع می‌شود مشاهده‌شود.این بدان معناست که در آن ولتاژ مقاومت دی الکتریک روغن ترانسفورماتور بین الکترودها شکسته .این اندازه گیری 3 تا 6 بار در همان نمونه روغن انجام می‌شود و ما میانگین این نمونه ها را می گیریم.

BDV یک آزمایش مهم و اساسی روغن‌ترانسفورماتوراست ، زیرا شاخص اصلی سلامتی روغن‌است و می توان آن را به راحتی در محل انجام داد.روغن خشک و تمیز نتایج BDV بهتر از روغن با رطوبت و سایر ناخالصی‌های رسانا می‌دهد.حداقل ولتاژ شکست روغن‌ترانسفورماتور یا مقاومت دی الکتریک روغن ترانسفورماتور که در آن با اطمینان می توان از این روغن در ترانسفورماتور استفاده کرد ، 30 KV در نظر گرفته .

 3-2- مقاومت خاص روغن ترانسفورماتور

این یکی دیگر از ویژگی های مهم روغن ترانسفورماتور‌است. مقاومت ویژه روغن اندازه گیری مقاومت DC بین دو طرف مخالف یک بلوک  ۳ سانتی متری روغن‌است.

واحد آن در دمای مشخص اهم-سانتی متر (ohm-cm) است. با افزایش دما مقاومت روغن به سرعت کاهش‌می‌یابد.

درست پس از شارژ ترانسفورماتور پس از خاموش شدن طولانی ، دمای روغن در دمای محیط و در هنگام بارگذاری کام ، دمای  بسیار بالا خواهد بود و ممکن است در شرایط اضافه بار تا 90 درجه سانتیگراد بالا رود. بنابراین مقاومت عایق روغن باید در دمای اتاق زیاد باشد و همچنین در درجه حرارت بالا نیز باید از مقدارمناسبی برخوردارباشد.

به همین دلیل است که مقاومت ویژه روغن ترانسفورماتور باید در دمای 27 درجه سانتیگراد و همچنین در 97 درجه سانتیگراد اندازه گیری‌شود.حداقل مقاومت ویژه استاندارد روغن ترانسفورماتور در دمای 90 درجه سانتیگراد برابر با35 × 1012 ohm–cm  اهم بر سانتی متر و در دمای 27 درجه سانتیگراد برابر با 1500 × 1012 ohm–cm اهم بر سانتی متراست.

 3-3- 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 شناخته‌می‌شود.

هنگامی که یک ماده عایق بین قسمت برقدار و قسمت زمین شده یک تجهیز الکتریکی قرار می گیرد، جریان نشتی جاری‌می‌شود.

از آنجا که یک ماده عایق از نظر ماهیت دی الکتریک‌است، جریان از طریق عایق به صورت  ایده آل 90 درجه نسبت به ولتاژ پیشفاز‌است.

در اینجا ولتاژ به معنای ولتاژ لحظه ای بین قسمت برقدار و زمین تجهیزات‌است. اما در واقعیت ، هیچ ماده عایق کاملاً دی الکتریک‌نیست.

3-4- تانژانت دلتا (Tan Delta) روغن ترانسفورماتور

از این رو جریان ایجاد شده در عایق با زاویه ی به مقدار کمی کوچکتر از ۹۰ درجه از ولتاژ جلوتراست(پیشفاز).

تانژانت زاویه ای که از جریان با آن ۹۰  درجه‌می‌شود به عنوان ضریب افت یا تلفات دی الکتریک یا به سادگی تانژانت دلتا روغن ترانسفورماتور گفته‌می‌شود.

(جریان زاویه ای کمتر از ۹۰ دارد. مثلا 88 درجه ، ضریب تلافت دی الکتریک با زاویه 2 درجه محاسبه‌می‌شود) به طور واضح تر ، جریان نشتی از طریق عایق دارای دو جزء یکی خازنی یا راکتیو و دیگری مقاومتی یا اکتیو‌است.

باز هم از نمودار فوق مشخص است، مقدار δ  که به عنوان زاویه تلفات نیز شناخته‌می‌شود.

اگر زاویه تلفات اندک باشد، سپس مقاومت جریان IR اندک است که نشان دهنده خاصیت مقاومت بالای مواد عایق‌است.

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 ترانسفورماتور‌است. از این رو رابطه روشنی بین مقاومت tanδ و مقاومت عایقی روغن وجود دارد. اگر مقاومت عایقی روغن کاهش یابد ، مقدار tanδ افزایش می‌یابد 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 روغن‌است.

3-5- خواص شیمیایی روغن ترانسفورماتور

1- محتوای آب در روغن ترانسفورماتور

وجود رطوبت و یا آب در روغن ترانسفورماتور بسیار نامطلوب‌است زیرا این ماده بر خواص دی الکتریک روغن تأثیر منفی می‌گذارد. محتوای آب موجود در روغن همچنین در عایق بندی کاغذ هسته و سیم پیچ ترانسفورماتور تأثیر می‌گذارد.

کاغذ بسیارنم گیر است. کاغذ حداکثر مقدار رطوبت روغن ترانسفورماتور را جذب می‌کند و این شدیدا خاصیت عایقی کاغذ را کاهش می‌دهد و باعث کاهش عمر آن‌می‌شود.

در ترانسفورماتور باردار، روغن داغ ترمی‌شود، از این رو حلالیت آب در روغن افزایش می‌یابد.در نتیجه، کاغذ آب را آزاد کرده و محتوای آب در روغن ترانسفورماتور افزایش می‌دهد. بنابراین دمای روغن در زمان گرفتن نمونه برای آزمایش بسیار مهم‌است. در طی اکسیداسیون، اسیدها در روغن تشکیل‌می‌شوند و اسیدها باعث حل شدن آب در روغن می‌شوند.

اسید ترکیب شده با آب بیشتر باعث تجزیه شدن ساختار روغن‌می‌شود.

این باعث افزایش تخریب روغن‌می‌شود. ما مقدار آب موجود در روغن را به عنوان ppm (تعداد در واحد میلیون) اندازه می‌گیریم. بر اساس IS–335(1993) توصیه‌می‌شود که مقدار آب در روغن همانطور که توسط  تا  ppm 50 مجازاست.

اندازه گیری دقیق محتوای آب در چنین سطوح پایین نیاز به ابزار بسیار پیشرفته ای مانند Coulometric Karl Fisher Titrator دارد.

2- اسیدیته روغن ترانسفورماتور

اسیدی بودن روغن ترانسفورماتور یک خاصیت مضراست.

اگر روغن اسیدی شود، محتوای آب موجود در روغن در روغن حل ترمی‌شود.اسیدیته روغن خاصیت عایقی کاغذ سیم پیچ را خراب‌می‌کند. اسیدیته روند اکسیداسیون موجود در روغن را تسریع می‌کند.اسید همچنین در صورت وجود رطوبت، زنگ زدگی آهن را نیز ایجادمی‌کند.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 می‌کنیم. این همچنین به عنوان مقدار خنثی سازی شناخته‌می‌شود.

3-6- خصوصیات فیزیکی روغن ترانسفورماتور

1- کشش بین سطحی روغن ترانسفورماتور

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

2- نقطه اشتعال روغن ترانسفورماتور

نقطه Flash روغن ترانسفورماتور دمایی‌است که در آن روغن بخارهای کافی برای تولید مخلوط قابل اشتعال با هوا ایجاد می‌کند.این مخلوط فلاش لحظه ای را در کاربرد شعله تحت شرایط استاندارد ایجادمی‌کند.

Flashpoint از این جهت اهمیت دارد که احتمال خطر آتش سوزی در ترانسفورماتور را مشخص‌می‌کند.

بنابراین مطلوب‌است که یک نقطه فلاش بسیار زیاد روغن ترانسفورماتور وجود داشته باشد.به طور کلی بیش از 140درجه(>100)است.نقطه ریزش روغن ترانسفورماتور (نقطه ریزش یک مایع دمایی‌ست که در آن مایع خاصیت جریان یافتنش را از دست‌می‌دهد ) این حداقل دمائی‌است که روغن در شرایط آزمایش استاندارد شروع به گردش می‌کند.نقطه ریزش روغن ترانسفورماتور یک ویژگی با ارزش‌است که عمدتا در مناطقی که آب و هوا یخی‌است می‌باشد. اگر دمای روغن زیر نقطه ریزش قرار گیرد ، روغن ترانسفورماتور جریان متقابل را متوقف‌می‌کند و سرمازدگی را در ترانسفورماتور ایجادمی‌کند. روغن مبتنی بر پارافین نسبت به روغن مبتنی بر نفتالا دارای مقدار بیشتری از نقطه ریزش‌است، اما در کشوری مانند هند به دلیل شرایط آب و هوایی گرم، تاثیری در استفاده از روغن پارافین ندارد.

پوسته پوسته شدن روغن‌ترانسفورماتور عمدتا به میزان موم موجود در روغن بستگی دارد. از آنجایی که روغن مبتنی بر پارافین دارای موم بیشتری‌است ، نقطه ریزش بالاتری نیزدارد.

3- ویسکوزیته روغن ترانسفورماتور

در چند کلمه، میتوان گفت ویسکوزیته روغن ترانسفورماتور، مقاومت در برابر جریان یافتن آن، در شرایط عادی‌است.

مقاومت در برابر جریان یافتن روغن ترانسفورماتور به معنای انسداد در گردش جریان همرفتی روغن درون ترانسفورماتور‌است.

روغن خوب باید دارای ویسکوزیته کم باشد به طوری که مقاومت کمتری در برابر جریان یافتن و گردش معمول روغن ایجادمی‌کند و در نتیجه بر خنک کنندگی ترانسفورماتور تأثیرنمی‌گذارد.

ویسکوزیته پایین روغن‌ترانسفورماتور ضروری‌است، اما به همان اندازه مهم‌است که با کاهش دما ویسکوزیته روغن تا حد ممکن افزایش‌یابد. اگر درجه حرارت کاهش یابد ، هر مایعی چسبناک ترمی‌شود.

3-7- تست روغن ترانسفورماتور

روغن‌ترانسفورماتور برای اطمینان از عملکرد آن با استانداردهای امروز باید آزمایش‌شود. استانداردها و رویه‌های تست توسط استانداردهای مختلف بین المللی تعریف و بیشتر آنها توسط ASTM تنظیم .

آزمایش روغن شامل اندازه گیری ولتاژ شکست و سایر خصوصیات شیمیایی و فیزیکی روغن، از طریق تجهیزات تست قابل حمل و یا در آزمایشگاه‌است. با آزمایش مناسب ، طول عمر ترانسفورماتور افزایش یافته و نیاز به هزینه تعویض را کاهش‌می‌دهد. رایج ترین مواردی که باید هنگام انجام آزمایش روغن‌ترانسفورماتور به دنبال آن باشید، عبارتند از:

• 1- مشخصات استاندارد عایق روغن معدنی مورد استفاده در دستگاه های برقی ASTM D3487شماره اسید ASTM D664
• 2- ولتاژ شکست دی الکتریک ASTM D877
• 3- ضریب توان مایع ASTM D924-08
• 4- کشش بین سطحی ASTM D971
• 5- مقاومت ویژه ASTM D1169
• 6- گوگرد خورنده ASTM D1275
• 7- معاینه چشمی ASTM D1524

توجه: ASTM مخفف انجمن آزمایش و مواد آمریکاست.

این آزمایشات به تعیین عدم تمیز بودن روغن کمک می‌کند و یک پایه از ویژگی را ایجاد می‌کند که باید بطور دوره ای آزمایش شوند.

اگرچه تعداد زیادی تست وجود دارد ، اما گران هستند.

بنابراین، بهتراست از آنها به عنوان یک ویژگی عیب شناسی جهت پیدا کردن عیب های ترانس در زمان انجام تست‌های پایه .

دفعات انجام تست های توصیه شده به قدرت و ولتاژ بستگی‌دارد.

اگر نتایج حاصل از تست برخی از پارامتر ها را قرمز و خطرناک نشان دهد، دفعات انجام تست (فرکانس انجام تست) آن افزایش می‌یابد.

حتی اگر هزینه آزمایش زیادباشد، هزینه را باید با هزینه تعویض ترانسفورماتور و قطعی مرتبط با از دست دادن ترانسفورماتور مقایسه‌کرد.

درک تفاوت بین میزان گاز بیش از حد و عادی مهم‌است.

مقدار گاز حل‌شده در این روغن را می توان با استفاده از آزمایش تجزیه و تحلیل گاز حل شدهDGAیافت.

میزان گاز بر اساس بارگیری، عایق کاری و طراحی ترانسفورماتور متفاوت خواهدبود.

 مشکلات معمول هنگام تست

جدول زیر متداول ترین مواردی که هنگام آزمایش روغن‌ترانسفورماتور می تواند رخ دهد نشان‌می‌دهد:

 چرا آزمایش روغن‌ترانسفورماتور مهم‌است:

1- خصوصیات الکتریکی اساسی آن را تعیین‌می‌کند·

2-  مشخص می‌کند که روغن برای استفاده در آینده مناسب‌است یا خیر·

3- تشخیص اینکه آیا احیا یا فیلتراسیون مورد نیازاست یا خیر·

4- هزینه های روغن را کاهش داده و عمر قطعات را افزایش می‌دهداز از دست رفتن ترانس جلوگیری کرده و ایمنی را به حداکثر می رساندبه خاطر داشته باشید این روغن می توانند تا 30 سال دوام بیاورند.

بنابراین انجام مراحل آزمایش مناسب اکنون در دراز مدت هزاران دلار صرفه جویی خواهد کرد.

مقالات مرتبط :

تست مقاومت سیم پیچ ترانسفورماتور

آنالیز گاز تجزیه شده (DGA) و فوران روغن 

نمونه گیری روغن از تجهیزات الکتریکی غوطه ور در روغن

تست اسیدیته روغن عایق ترانسفورماتور

لینک زبان اصلی مقاله :

Transformer Oil: Testing, Types & Properties