آشنایی با روغن های ترانسفورماتور

آشنایی با روغن های ترانسفورماتور مطابق استاندارد IEC60422

یکی از مهمترین، حساس ترین و گران قیمت ترین دستگاه های موجود در شبکه های توزیع نیرو، ترانسفورماتورها هستند. درجه اهمیت آن از اینجا مشخص می شود که این دستگاه در هر سه قسمت تولید، انتقال و توزیع کاربرد اساسی دارد، به جرات می توان گفت که ایجاد خطا در این دستگاه و خارج شدن از سیستم باعث می شود بقیه سیستم نیز از کار افتاده و قابلیت اطمینان را پایین می آورد. ترانسفورماتورهای توزیع با ظرفیت بالای تلفاتی مانند تلفات هسته و تلفات مس بر روی بار دارند که در نتیجه گرمای بیشتری تولید می کند. بدین منظور لازم است با تهیه مواد عایق مناسب حرارت را در محدوده درجه حرارت کاهش داد. روغن ترانسفورماتور به عنوان یک ماده عایق الکتریکی خوب عمل می کند و تلفات الکتریکی را کاهش می دهد. همچنین به عنوان عامل خنک کننده عمل می کند، بنابراین پایداری حرارتی را برای تمام قسمت های داخلی ترانسفورماتور به ارمغان می آورد. اهمیت روغن عایقی که وظایف مهم تأمین عایقی و خنک کنندگی ترانسفورماتور های قدرت را به عهده دارد، مشابه اهمیت خون در بدن انسان است . به لحاظ حساسیت حیاتی نقش ترانسفورماتور در تأمین برق، مراقبت دائمی از کیفیت روغن امری ضروری است. درصورتیکه تخریب روغن (بدلیل پیري یا آلودگی) از حد مشخصی تجاوز کند، حاشیه اطمینان عملکرد از بین رفته و خطر خطاي پیش از موعد افزایش می یابد. اگرچه کمی سازي ریسک بسیار مشکل است لیکن اولین گام در این راه، شناسایی اثرات احتمالی تخریب می باشد. استاندارد بین المللی IEC60422، راهنمایی لازم در خصوص نظارت و سرویس و نگهداري کیفیت روغن عایقی تجهیزات الکتریکی را ارائه می کند. این استاندارد دربرگیرنده روغن هایی است که مطابق استاندارد IEC60296 تولید شده اند و همچنین این روغن ها در ترانسفورماتور، کلید فشارقوي و سایر تجهیزات الکتریکی که نمونه برداري روغن از آن امکان پذیر بوده و در شرایط کاري نرمال قرار دارند، قابل اعمال است. عملکرد مطمئن روغن های ترانسفورماتور در یک سیستم عایقی بستگی به برخی ویژگی هاي اساسی دارد که می تواند کارکرد کلی تجهیزات الکتریکی را تحت تاثیر قرار دهد. 

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.
 روغن به منظور ایفاي وظایف مختلف خود از قبیل عایق، خنک کننده و خاموش کننده جرقه، باید مشخصات خاصی داشته باشد.
 از جمله:
- استقامت عایقی بالا براي توانایی تحمل تنشهاي الکتریکی در زمان بهره برداري 
- گرانروي پائین به منظور گردش مناسب و انتقال حرارت 
- مشخصات مناسب در دماي پائین به منظور عملکرد مناسب در پائین ترین درجه حرارت محل نصب
- پایداري در برابر اکسیداسیون به منظور حداکثر سازي طول عمر کاري


روغن در طول بهره برداري به دلیل شرایط کاري تخریب می گردد. در بسیاري از موارد روغن در تماس با هوا بوده و از اینرو در معرض اکسیداسیون قرار می گیرد. تخریب در دماي بالاتر سریع تر شده و همچنین فلزات، ترکیبات فلزي ارگانیک یا هردو مانند کاتالیزور در پروسه اکسیداسیون عمل می کنند. اکسیداسیون باعث تغییر در رنگ، تشکیل ترکیبات اسیدي و در مراحل پیشرفته موجب شکل گیري لجن می شود. در نهایت ویژگیهاي عایقی، یا در شرایط حاد ویژگی هاي حرارتی، تحت تاثیر قرار می گیرند. علاوه بر محصولات اکسیداسیون، بسیاري از آلودگی¬هاي ناخواسته مانند آب، ذرات جامد و ترکیبات قطبی محلول در روغن، در طول عمر کاري روغن در آن بوجود آمده که مشخصات الکتریکی آنرا تحت تاثیر قرار می دهند. این آلودگی ها و هر یک از محصولات تخریب موجب تغییر در یک یا چند مشخصه روغن، ذکر شده در جدول 1 ، می شوند.

تقسیم بندی آزمون ها به لحاظ نیاز و اهمیت ترانسفورماتور به 3 دسته کلی تقسیم بندی می شود:
- آزمونهاي روتین (گروه یک)
 حداقل آزمونهاي مورد نیاز براي پایش روغن که جهت اطمینان از ادامه بهره برداري مورد نیاز است.
 اگر نتایج حاصل از آزمونها از مقادیر پیشنهادي تجاوز نکند، معمولاً نیاز به انجام آزمونهاي بیشتر (تا موعد آزمونهاي بعدي) وجود ندارد مگر در شرایط خاص که انجام آزمونهاي تکمیلی لازم می باشد.
- آزمونهاي تکمیلی (گروه دو) 
آزمون هایی که براي کسب اطلاعات بیشتر درخصوص کیفیت روغن انجام شده و ممکن است براي ارزیابی روغن جهت ادامه بهره برداري مورد استفاده قرار گیرد.
- آزمونهاي ویژه (گروه سوم)
 آزمون هایی که اغلب براي تعیین مناسب بودن روغن براي استفاده در یک تجهیز خاص و گران قیمت انجام شده و به منظور اطمینان از سازگاري روغن با شرایط زیست محیطی یا عملیاتی اعمال می شود.

جدول 1) آزمون های لازم جهت بررسی و پایش وضعیت عملکرد روغن

ولتاژ شکست
 ولتاژ شکست درحقیقت اندازه گیري استقامت روغن در برابر تنش هاي الکتریکی و به منظور بهره برداري مطمئن از تجهیز الکتریکی واجد اهمیت فراوانی است. این پارامتر بسیار وابسته به دماي روغن هنگام نمونه برداري می باشد. روغن خشک و تمیز ولتاژ شکست بالائی دارد. آب نامحلول و بویژه ذرات معلق در ترکیب با سطوح بالاي آب محلول، به مناطق با میدان الکتریکی شدیدتر رانده شده و ولتاژ شکست را بشدت کاهش می دهند. از این رو اندازه گیري ولتاژ شکست، بیشتر از هرچیز نشاندهنده حضور آلودگی هایی مانند آب یا ذرات معلق می باشد. ولتاژ شکست پائین می تواند نشانگر وجود یک یا همه این عوامل باشد. هرچند ولتاژ شکست بالا لزوماً به معناي عدم وجود این آلودگی ها نیست.

آب محلول در روغن
آب محلول در روغن بسته به میزان آب و دماي سیستم عایقی و وضعیت روغن می تواند مقادیر ذیل را تحت تاثیر قراردهد:  
• ولتاژ شکست روغن
• عایق کاغذي
• روند پیري عایق مایع و کاغذي
 از این رو آب موجود در عایق مایع و کاغذي اثر زیادي بر وضعیت بهره برداري و عمر ترانسفورماتور دارد. وجود آب در عایق ترانسفورماتور بدلیل دو منبع مهم است: 
جذب رطوبت از محیط و  تخریب عایقی آب از طریق روغن وارد تجهیزات الکتریکی روغنی می گردد. آب موجود در روغن بصورت محلول بوده و ممکن است بصورت هیدرات هاي جذب شده توسط محصولات دو قطبی (آب پیوندي) نیز وجود داشته باشد.

اسیدیته 
اسیدیته روغن میزان اجزاء و آلودگی هاي اسیدي روغن را نشان می دهد . اسیدیته روغن ناشی از تشکیل محصولات اکسیداسیون است. اسیدها و سایر محصولات اکسیداسیون به همراه آب و سایر آلودگی هاي جامد، مشخصات عایقی و سایر پارامترهاي روغن را تحت تاثیر قرار می دهد. اسیدها برتخریب مواد سلولزي تاثیرگذار بوده و دلیل اصلی خوردگی سطوح فلزي ترانسفورماتور می باشند. نرخ رشد اسیدیته در روغن نشانگر خوبی از نرخ رشد پیري است. مقدار اسیدیته معیار خوبی براي شناسائی لزوم تعویض یا تصفیه شیمیائی روغن می باشد .

ضریب تلفات عایقی و مقاومت ویژه
 این مشخصات به وجود آلودگی هاي قطبی محلول در روغن و فرآورده هاي ناشی از پیري بسیار حساس هستند. تغییرات بوجود آمده در میزان این آلودگی ها را می توان با اندازه گیري این شاخص ها، پایش نمود.  حدود مجاز این شاخص ها، بسیار وابسته به نوع ترانسفورماتور است. هرچند مقدار بالاي ضریب تلفات عایقی یا مقدار پائین مقاومت ویژه، تلفات عایقی و/یا مقاومت عایقی ترانسفورماتور را به شدت تحت تاثیر قرار می دهد. رابطه معکوسی بین ضریب تلفات عایقی و مقاومت ویژه وجود دارد: با کاهش مقاومت، ضریب تلفات عایقی افزایش می یابد. معمولاً نیازي به انجام هردو آزمون برروي روغن نبوده و بیشتر آزمون تلفات عایقی معمول است. مقاومت ویژه و ضریب تلفات عایقی بستگی به دما و رطوبت دارد. شکل دو تغییرات مقاومت ویژه با توجه به دما و رطوبت در روغن فاقد آلودگیهاي جامد را نشان می دهد.


پایداري در برابر اکسیداسیون
استقامت روغن های ترانسفورماتور در مقابل اکسیداسیون تحت تنش هاي حرارتی و در حضور اکسیژن و کاتالیزور مس را پایداري در برابر اکسیداسیون می نامند. این آزمون نشان دهنده عمر مورد انتظار روغن در شرایط بهره برداري در تجهیزات الکتریکی می باشد. این پارامتر تعیین کننده مقاومت در برابر تشکیل ترکیبات اسیدي، لجن و ترکیباتی که ضریب تلفات عایقی را در شرایط خاصی تحت تاثیر قرار می دهند، می باشد. براي روغنهایی که مطابق IEC60296 تولید شده اند، این شرایط در استاندارد IEC61125 و حدود پذیرش در استاندارد IEC60296 ذکر شده است.  این مشخصه بیشتر بستگی به پروسه پالایش دارد. روغن معدنی پالایش شده ترکیبات طبیعی متنوعی دارد که بعنوان بازدارنده اکسیداسیون عمل می کنند. این مواد با عنوان آنتی اکسیدانهاي طبیعی شناخته می شوند. روغن هایی که تنها حاوي آنتی اکسیدان هاي طبیعی هستند را روغنهاي بدون بازدارنده می نامند.