روغن ترانس (روغن ترانسفورماتور)

روغن ترانسفورماتور (روغن ترانس) چیست؟

روغن ترانس یا روغن ترانسفورماتور، روغنی است که در دمای بالا پایدار است و از ویژگی های عایق الکتریکی عالی برخوردار است. در ترانسفورماتورهای پر از روغن، برخی از انواع خازنهای ولتاژ بالا، لامپ های فلورسنت و برخی از انواع سوئیچ ها و قطع کننده های ولتاژ بالا استفاده می شود. روغن ترانسفورماتور همچنین برای حفظ هسته و سیم پیچ ترانسفورماتور استفاده می شود.

یکی دیگر از خصوصیات مهم روغن عایق توانایی جلوگیری از اکسیداسیون عایق کاغذ ساخت سلولز است. روغن ترانسفورماتور به عنوان مانعی بین اکسیژن اتمسفر و سلولز عمل می کند و از تماس مستقیم و جلوگیری از اکسیداسیون جلوگیری می کنند. روغن ترانسفورماتور اغلب بر پایه روغن معدنی است، اما محبوبیت فرمولاسیون های جایگزین با مهندسی یا محیط زیست بهتر در حال افزایش است.

نحوه عملکرد روغن ترانسفورماتور (روغن ترانس)

ترانسفورماتور دستگاهی است که توان را از یک مدار به مدار دیگری انتقال می دهد و می تواند جریان را کم یا زیاد کند. ترانسفورماتورها در محفظه فلزی و محکم و روغن عایق مخصوص (روغن ترانس برق) قرار می گیرند. روغن ترانس یکی از اجزای اصلی ترانسفورماتور برق می باشد. از یک قرن پیش در صنعت برق استفاده شده است و در دمای بین 250 تا 300 درجه به جوش می آید. روغن ترانس بعد از تصفیه شامل هیدروکربن های مایع و کاملا خالص می باشد. روغن های پارافینی به دلیل افزایش ویسکوزیته و افت انتقال حرارت جایگزین روغن های نفتاتیک شده اند. اگر ویسکوزیته روغن ترانس پایین باشد، نقطه اشتعال روغن پایین می آید و باعث می شود خاصیت خنک کنندگی بهتری داشته باشد که در این صورت نقطه ریزش روغن پایین می آید. روغن ترانس برق به روغن های دما بالا معروف هستند. این روغن ها دارای پایداری شیمیایی، دی الکتریک بالا و همچنین دارای قابلیت بالای حرارت می باشند.

برای افزایش دوام روغن ترانس برق تصفیه فیزیکی و شیمیایی روی روغن انجام می گیرد. در تصفیه فیزیکی روغن ترانس در یک مدار بسته قرار می گیرد و توسط یک پمپ مکیده و گرم می شود و در نهایت روغن از یک فیلتر عبور می کند و ذرات معلق جذب می شود.در تصفیه شیمیایی علاوه بر تصفیه فیزیکی از یک خاک رنگبر هم عبور می دهند. یکی از عوامل مهم در حافظت از ترانس های برق تعویض به موقع و صحیح روغن ترانسفورماتوراست. از شرایط نگهداری روغن های ترانس برق می توان به فضای سر بسته و تمیز، جلوگیری از ایجاد رطوبت، جلوگیری از هر گونه ضربه و نگهداری در جای خنک اشاره نمود.

وظایف اصلی روغن ترانسفورماتور به عنوان یک روغن صنعتی، عایق بندی و خنک سازی یک ترانس است. بنابراین باید دارای قدرت دی الکتریک بالا، هدایت حرارتی و پایداری شیمیایی باشد و باید این خصوصیات را در مدت طولانی در دمای بالا نگه دارد.

مشخصات روغن ترانسفورماتور معمولی عبارتند از:

• نقطه اشتعال 140 درجه سانتیگراد یا بیشتر
• نقطه ریختن 40- درجه سانتیگراد یا پایین تر
• ولتاژ شکست دی الکتریک 28 کیلوولت (RMS) یا بیشتر

برای بهبود خنک سازی ترانسفورماتورهای قدرت بزرگ، مخزن پر از روغن ممکن است رادیاتورهای خارجی داشته باشد که روغن از طریق آنها با همرفت طبیعی گردش می کند. ترانسفورماتورهای قدرت با ظرفیت هزار کیلو ولت آمپر ممکن است دارای فن های خنک کننده، پمپ های روغن و حتی مبدل های حرارتی روغن به آب باشند. ترانسفورماتورهای برق تحت فرایندهای خشک کردن طولانی مدت، با استفاده از خود گرمایش الکتریکی، استفاده از خلا یا هر دو برای اطمینان از آزاد شدن ترانسفورماتور بدون بخار آب قبل از معرفی روغن عایق، انجام می شوند. این کمک می کند تا از تشکیل قوس و خرابی های بعدی ناشی از بار جلوگیری شود. ترانسفورماتورهای پر از روغن با یک محافظ (مخزن روغن) ممکن است دارای رله ردیاب گاز باشند. این دستگاه های ایمنی تجمع گاز داخل ترانسفورماتور را به دلیل تخلیه قوس، گرم شدن بیش از حد یا قوس الکتریکی داخلی تشخیص می دهند. در صورت جمع شدن آهسته گاز، یا افزایش فشار سریع، این دستگاه ها می توانند یک قطع کننده مدار محافظ را قطع کرده و برق را از ترانسفورماتور خارج کنند. ترانسفورماتورهای بدون محافظ معمولاً به رله های فشار ناگهانی مجهز هستند.

روغن های عایق در ترانسفورماتورها دو نوع اصلی دارد:

• روغن ترانسفورماتور مبتنی بر پارافین
• روغن ترانسفورماتور مبتنی بر نفت

اکسیداسیون روغن نفتی نسبت به روغن پارافین راحت تر است. اما محصول اکسیداسیون (یعنی لجن) در روغن نفتی از لجن موجود در روغن پارافین محلول تر است. بنابراین لجن روغن پایه نفتی در ته ترانسفورماتور رسوب نمی کند. از این رو مانع گردش همرفت روغن نمی شود، به این معنی است که برای سیستم خنک کننده ترانسفورماتور مزاحمتی ایجاد نمی کند. اگرچه میزان روغن اکسیداسیون پارافین نسبت به روغن نفتی کمتر است، اما محصول اکسیداسیون (لجن) نامحلول است و در ته مخزن رسوب می کند. این لجن به عنوان انسداد سیستم خنک کننده ترانسفورماتور عمل می کند. روغن پایه پارافین به دلیل در دسترس بودن زیاد، هنوز هم معمولاً در بسیاری از کشورها (مانند هند) مورد استفاده قرار می گیرد.

روغن معدنی ترانسفورماتور چیست؟

روغن های معدنی هنوز به طور گسترده ای در صنعت مورد استفاده قرار می گیرند. روغن معدنی به طور کلی به عنوان روغن ترانسفورماتور موثر است، اما دارای معایبی است که یکی از آنها نقطه اشتعال نسبتاً کم آن در مقابل برخی گزینه ها است. اگر روغن معدنی در ترانسفورماتورنشت کند، به طور بالقوه می تواند آتش سوزی ایجاد کند. در کدهای آتش نشانی معمولاً لازم است که ترانسفورماتورهای داخل ساختمان از مایعات قابل اشتعال کمتری استفاده کنند یا از ترانسفورماتورهای نوع خشک و بدون روغن استفاده کنند. روغن معدنی نیز یک آلاینده محیطی است و خاصیت عایق بندی آن حتی به مقدار کم آب به سرعت تخریب می شود. به همین دلیل ترانسفورماتورها به خوبی مجهز هستند تا آب را در خارج از روغن نگه دارند.

ویزگی های روغن ترانس برق

قبل از نام بردن خواص روغن ترانس برق باید به وظیفه این نوع روغن که یک سیال عایق و یک ماده انتقال دهنده حرارت است اشاره کرد.

• روغن ترانس برق دارای نقطه اشتعال بالا می باشد.
• یکی دیگر از خواص این روغن قابلیت انتقال حرارت بسیار خوب است.
• مقاومت بالا
• یکی از خواص بسیار مهم ویسکوزیته پایین است.
• در درجه حرارت بالا میزان تغییرات خواص کم است.
• روغن ترانس برق تمایل به اکسیداسیون و تشکیل لجن را دارد.

پارامترهای روغن ترانسفورماتور

• خصوصیات شیمیایی: میزان رسوبات آب، اسیدیته روغن، مقدار لجن، میزان آب موجود در روغن
• خصوصیات فیزیکی: ویسکوزیته (گرانروی)، نقطه اشتعال، کشش سطحی، نقطه ریزش
• خصوصیات الکتریکی: مقاومت دی الکتریک، مقاومت خاص یا ویژه، ضریب اتلاف دی الکتریک، نارسانایی الکتریکی

خصوصیات شیمیایی روغن ترانسفورماتور

• محتوای آب در روغن ترانسفورماتور

میزان رطوبت یا آب در روغن ترانسفورماتور بسیار نامطلوب است زیرا بر خصوصیات دی الکتریک روغن تأثیر منفی می گذارد. محتوای آب موجود در روغن همچنین بر عایق کاغذی هسته و سیم پیچ ترانس تأثیر می گذارد. کاغذ حداکثر مقدار آب را از روغن جذب می کند که بر خاصیت عایق کاغذ تأثیر می گذارد و همچنین عمر آن را کاهش می دهد. اما در یک ترانسفورماتور بارگیری شده، روغن داغتر می شود، از این رو حلالیت آب در روغن افزایش می یابد. در نتیجه، این کاغذ آب آزاد می کند و محتوای آب در روغن ترانسفورماتور را افزایش می دهد. بنابراین دمای روغن در زمان گرفتن نمونه برای آزمایش بسیار مهم است. در طی اکسیداسیون، اسیدهایی در روغن تشکیل می شوند که اسیدها باعث حل شدن آب در روغن می شوند. اسید همراه با آب باعث تجزیه بیشتر روغن تشکیل اسید و آب بیشتر می شود. این میزان تخریب روغن افزایش می یابد. ما مقدار آب موجود در روغن را به عنوان ppm (قطعات در هر میلیون واحد) اندازه می گیریم. محتوای آب در روغن طبق توصیه IS-335 (1993) حداکثر تا 50 ppm مجاز است. اندازه گیری دقیق محتوای آب در چنین سطوح کم به ابزار بسیار پیچیده ای مانند کولیومتری کارل فیشر تیتراتور نیاز دارد.

• اسیدیته روغن ترانسفورماتور

روغن ترانسفورماتور اسیدی یک خاصیت مضر است. اگر روغن اسیدی شود، محتوای آب موجود در روغن بیشتر در روغن حل می شود. اسیدیته روغن خاصیت عایق بندی عایق کاغذ سیم پیچ را بدتر می کند. اسیدیته فرآیند اکسیداسیون در روغن را تسریع می کند. اسید همچنین شامل زنگ زدگی آهن در حضور رطوبت است. از آزمون اسیدیته روغن ترانسفورماتور می توان برای اندازه گیری ترکیبات اسیدی آلاینده ها استفاده کرد.

خصوصیات فیزیکی روغن ترانسفورماتور

• کشش سطحی روغن ترانسفورماتور

کشش سطحی بین سطح آب و روغن راهی برای اندازه گیری نیروی مولکولی جذاب بین آب و روغن است. کشش سطحی دقیقاً برای تعیین وجود آلاینده های قطبی و محصولات پوسیدگی روغن مفید است. روغن جدید خوب به طور کلی کشش سطحی بالایی از خود نشان می دهد. آلاینده های اکسیداسیون روغن باعث کاهش IFT می شوند.

• نقطه اشتعال روغن ترانسفورماتور

نقطه اشتعال روغن ترانسفورماتور دمایی است که روغن بخار کافی برای تولید مخلوط قابل اشتعال با هوا می دهد. این مخلوط باعث می شود که در شرایط استاندارد، شعله لحظه ایی ایجاد شود. از آنجا اهمیت دارد که احتمال خطر آتش سوزی در ترانس را مشخص می کند. بنابراین داشتن نقطه اشتعال بسیار زیاد روغن ترانسفورماتور مطلوب است. به طور کلی بیش از 140 درجه سانتیگراد است.

• نقطه ریزش روغن ترانسفورماتور

این حداقل دمایی است که روغن در شرایط تست استاندارد شروع به جریان می کند. نقطه ریزش روغن ترانسفورماتور خاصیت ارزشمندی است که عمدتا در مکانهایی است که آب و هوا یخ زده است، اهمیت دارد. اگر دمای روغن به زیر نقطه ریزش برسد، روغن ترانسفورماتور جریان همرفت را متوقف کرده و باعث خنک شدن در ترانسفورماتور می شود. روغن پایه پارافین در مقایسه با روغن پایه نفتی از مقدار نقطه ریزش بالاتری برخوردار است.

• ویسکوزیته روغن ترانسفورماتور

در چند کلمه، ویسکوزیته روغن ترانسفورماتور می توان گفت مقاومت در برابر جریان، در شرایط عادی است. مقاومت در برابر جریان روغن ترانسفورماتور به معنای انسداد گردش همرفت روغن در داخل ترانسفورماتور است. روغن خوب باید ویسکوزیته کمی داشته باشد تا مقاومت کمتری در برابر جریان معمولی روغن داشته باشد در نتیجه بر خنک سازی ترانسفورماتور تأثیری نداشته باشد. گرانروی کم روغن ترانسفورماتور ضروری است، اما به همان اندازه مهم است که ویسکوزیته روغن باید با کاهش دما تا حد ممکن افزایش یابد، چون در صورت کاهش دما، هر مایعی چسبناک تر می شود.

خصوصیات الکتریکی روغن ترانس

جلوگیری از جریان الکتریکی یکی از وظایف اصلی روغن تراسفورماتور است. مقاومت و ضریب دی الکتریک بالا باعث می شود که این وظیفه به خوبی اجرا شود.برای اینکه روغن در ولتاژ پاییندخاصیت عایق الکتریکی خود را از دست ندهد باید مقاومت الکتریکی بالایی داشته باشد.

• مقاومت دی الکتریک

از مقاومت دی الکتریک روغن ترانس برق می توان ولتاژشکست روغن را نام برد. که این ولتاژ ولتاژی است که سبب تخلیه الکتریکی بین دو الکترود که در روغن غوطه ور هستند که فاصله بین الکترودها به اندازه استاندار می باشد. یکی از مهممترین تست های روغن تراسفورماتور تست ولتاژشکست می باشد.

• مقاومت ویژه

یکی دیگر از ویژگی های روغن ترانسفورماتور مقاومت خاص روغن ترانس می باشد.مقاومت ویژه اندازه گیری مقاومت DC بین دو طرف مخالف یک بلوک 3 سانتی متری روغن است که واحد آن اهم – سانتی متر می باشد.اگر دما زیاد باشد مقاومت روغن کم می شود .مقاومت عایق روغن باید در دمای اتاق زیاد و در درجه حرارت بالا باید از مقدار مناسبی برخوردار باشد . به همین دلیل مقاومت ویژه روغن ترانس باید در دمای 27 درجه و همچنین دمای 97 درجه سانتی گراد اندازه گیری شود.

• فاکتور تلفات دی الکتریک

فاکتور تلفات دی الکتریک را تانژانت دلتا ترانسفورماتور تعریف می کنند. که یکی از تست های آن، تعیین تانژانت دلتا ترانس می باشد و می توان گفت که یکی از شاخص های اندازه گیری ضریب قدرت عایقی سیم پیچ می باشد. اگر بخواهیم از اهداف تست تانژانت دلتا بگوییم تایید رفتار روغن ترانس پس از اشباع می باشد.

تست و آنالیز روغن ترانسفورماتور

روغن ترانسفورماتور برای اطمینان از اینکه مطابق با استانداردهای امروزی است، باید آزمایش شود. استانداردها و رویه های آزمایش با استانداردهای مختلف بین المللی تعریف می شوند و بیشتر آنها توسط ASTM تنظیم می شوند. آزمایش روغن شامل اندازه گیری ولتاژ خرابی و سایر خصوصیات شیمیایی و فیزیکی روغن، یا از طریق تجهیزات تست قابل حمل یا در آزمایشگاه است. از طریق آزمایش مناسب، طول عمر ترانس افزایش می یابد و نیاز به پرداخت هزینه جایگزینی کاهش می یابد.

آزمون های مهم در روغن ترانسفورماتور

• اسیدیته
• تانژانت دلتا
• گوگرد خورنده
• فورفورال
• گاز های محلول در روغن
• ولتاژ شکست
• اندازه گیری مواد بازدارنده روغن
• کشش سطحی

اکنون برخی از موارد بالا را به اختصار توضیح می دهیم:

تانژانت دلتا: یک نوع تست برای اندازه گیری ضریب اتلاف دی الکتریک که دارای چرخه کاملا خودکار است.

گوگرد خورنده: گوگرد موجود در روغن بايد در مراحل پالايش به کمتذین مقدار برسد. از آنجاييکه کاهش مقدار گوگرد به تکنولوژی بالایی نیاز دارد و به سختی امکان پذير است، همواره مقاديری از گوگرد در روغن باقی می ماند. وجود گوگرد بيشتر از حد استاندارد در روغن باعث خسارتهای زيادی می شود. با انجام تست در آزمايشگاه می توان مقدار گوگرد (سولفور) را کنترل کرد.که این آزمایش بر اساس استاندارد ASTM D4294 صورت می گیرد.

فورفورال: تست فورفورال یا تست طول عمر که به معنای اندازه گیری فوران در روغن ترانس می باشد و به عنوان موثرترین روش برای تخمین عمر عایق های ترانسفورماتور است که این تست به منظور عیب یابی وارزیابی وضعیت ترانسفورماتور انجام می شود.

استاندارد روغن ترانسفورماتور

1. استاندارد روغن عایق معدنی مورد استفاده در دستگاه های الکتریکی (ASTM D3487)
2. مقدار اسید (ASTM D66)
3. ولتاژ خرابی دی الکتریک (ASTM D877)
4. ضریب توان مایع (ASTM D924-08)
5. کشش سطحی (ASTM D971)
6. مقاومت ویژه (ASTM D1169)
7. گوگرد خورنده (ASTM D1275)
8. معاینه بصری (ASTM D1524)

مقدار روغن ترانسفورماتور

مقدار روغن ترانسفورماتور مصرفی در ترانس ها، بسته به توان ترانس از جدول زیر به دست می آید.

کاربرد روغن ترانس

• برای خنک کاری انواع ترانسفورماتورهای برق، سوئیچ ها، خازن های ولتاژ بالا
• عایق الکتریکی