روغن ترانسفورماتور یا روغن عایق، روغنی است که در دمای بالا پایدار است و از ویژگی های عایق الکتریکی عالی برخورداراست. 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. زیرا این مواد کاملاً درون روغن غوطه ور هستند. 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.
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 نفتی
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.
خصوصیات روغن ترانسفورماتور
خصوصیات الکتریکی شامل مقاومت دی الکتریک، مقاومت خاص، ضریب اتلاف دی الکتریک
خصوصیات شیمیایی شامل محتوای آب، اسیدیته، مقدار لجن
خصوصیات فیزیکی شامل کشش سطحی، گرانروی، نقطه اشتعال، نقطه ریزش
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.
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.
استاندارد روغن ترانسفورماتور
- استاندارد روغن عایق معدنی مورد استفاده در دستگاه های الکتریکی ASTM D3487
- مقدار اسید ASTM D66
- ولتاژ خرابی دی الکتریک ASTM D877
- ضریب توان مایع ASTM D924-08
- کشش سطحی ASTM D971
- مقاومت ویژه ASTM D1169
- گوگرد خورنده ASTM D1275
- معاینه بصری ASTM D1524
عملکرد روغن ترانسفورماتور
وظایف اصلی روغن ترانسفورماتور 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.
