انواع تست روغن ترانسفورماتور

آزمونهای مهم روغن ترانسفورماتور دارند عبارتند از :

1- ولتاژ شکست

2-آب محلول در روغن

3- اسیدیته

4-تانژانت دلتا

5-کشش سطحی

6- اندازه گیری مواد بازدارنده روغن

7- گوگرد خورنده

8-pcb

9- گازهای محلول در روغن

10- فورفورال

نکته مهم اینکه مطابق استاندارد IEC60422 انجام آزمونهای روغن بر روی کلیه ترانسفورماتورهای توزیع و قدرت، الزامی بوده و درصورت بروز حادثه بر اثر عدم انجام آزمونها، بهره بردار ترانسفورماتور از لحاظ قانونی مسوول می باشد. نوع آزمونها، فاصله زمانی انجام تستها، مقادیر قابل قبول نتایج تست بسته به توان و ولتاژ ترانسفورماتور متفاوت بوده که در ادامه تشریح خواهد شد.

1- ولتاژ شکست

آزمون ولتاژ شکست روغن یکی از مهمترین آزمونهای ترانسفورماتور می باشد چرا که کاهش استقامت عایقی به کمتر از مقادیر ذکر شده در جدول فوق می تواند موجب شکست عایقی ترانسفورماتور و خطا برروی ترانسفورماتور شود

کاهش ولتاژ شکست روغن یکی از مهمترین دلایل سوختن ترانسفورماتورهای توزیع شبکه است. متاسفانه به دلیل نقطه اشتعال و نقطه آتش پایین روغنٰ عایقی، خطای ترانسفورماتور می تواند همراه با آتش سوزی باشد.
مجددا تاکید می شود: از آنجا که مطابق استاندارد IEC و همچنین استانداردهای ملی ایران انجام آزمونهای روغن برروی کلیه ترانسفورماتورهای بیشتر از 25KVA الزامی استٰ، در صورت بروز هرگونه خطا و آتش سوزی برروی ترانسفورماتور، که ناشی از عدم انجام آزمون روغن باشد، مسئولیت آن از لحاظ قانونی برعهده بهره بردار ترانسفورماتور می باشد.
لذا انجام آزمون ولتاژ شکست (حداقل هر 5 سال یکبار برای ترانسفورماتورهای توزیع و هرساله برای ترانسفورماتورهای قدرت) به بهره برداران ترانسفورماتور توصیه می شود.

2- آب محلول در روغن

آب محلول در روغن بسته به میزان آب و دمای عایقی سیستم و وضعیت روغن می تواندمقادیر ذیل را تحت تاثیر قرار دهد:

1-ولتاژ شکست روغن

2-عایق کاغذی

3-روند پیری عایق مایع و کاغذی

از اینرو آب موجود در عایق مایع و کاغذی اثر زیادی بر وضعیت بهره برداری و عمر ترانسفورماتور دارد. وجود آب در عایق ترانسفورماتور به دلیل دو منبع مهم است .

1-جذب رطوبت از محیط

2-تخریب عایقی

3-اسدیته

اين آزمايش را مي توان آزمايش مقدار اسيد و يا مقدار خنثي ناميد. وجود اسيد در روغن نتيجه اكسيداسيون روغن در سرويس است. اسيدهاي چرب ارگانيك براي سيستم عايقي مضر بوده و مي تواند سبب خوردگي آهن هنگام وجود رطوبت در روغن شود. با افزايش مقدار اسيد نسبت فاسد شدن روغن نيز افزايش مي يابد. در حالت اسيدي توليد لجن ( رسوب ) نيز غيرقابل اجتناب است.

4- تانژانت دلتا

(ضریب تلفات عایقی (تانژانت دلتا) و مقاومت ویژه)
این شاخصها به وجود آلودگیهای قطبی محلول در روغن و فرآورده های ناشی از پیری بسیار حساس هستند. تغییرات بوجود آمده در میزان آلودگیهای روغن (حتی اگر مقدار آن بسیار پائین و درحد تشخیص دستگاه تست باشد) را می توان با اندازه گیری این پارامترها، پایش نمود. حدود مجاز این شاخصها، بسیار وابسته به نوع ترانسفورماتور است. مقدار بالای 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 نیازی به انجام هردو آزمون برروی روغن نبوده و بیشتر آزمون ضریب تلفات تلفات عایقی معمول است. مقاومت ویژه و ضریب تلفات عایقی بستگی زیادی به دما و رطوبت دارد. شکل ذیل تغییرات مقاومت ویژه با توجه به دما و رطوبت در روغن را نشان می دهد.

5-کشش سطحی

کشش سطحی شاخصی برای شناسائی آلودگیهای قطبی و فرآورده های تخریب است. این مشخصه در مراحل اولیه پیری نسبتاً سریع تغییر می کند لیکن این تغییرات در مراحل بعدی پیری آهسته می شود. نرخ کاهش کشش سطحی به شدت تحت تاثیر نوع روغن می باشد. کاهش سریع کشش سطحی می تواند نشانگر عدم سازگاری روغن با برخی مواد داخل ترانسفورماتور (رنگ، واشر) یا آلودگی اتفاقی در هنگام تزریق روغن باشد. درصورت اضافه بارگیری از ترانسفورماتورها تخریب مواد سریعتر شده که کشش سطحی معیاری برای شناسائی این تخریب می باشد.

6- اندازه گیری مواد بازدارنده روغن

روغنهای ترانسفورماتور تولید شده در دنیا به دو نوع حاوی مواد بازدارنده (Inhibited) و فاقد مواد بازدارنده (Uninhibited) تقسیم می شود. مواد بازدارنده (Inhibitor) در حقیقت موادی است که به منظور افزایش پایداری روغن در برابر اکسیداسیون در مرحله تولید به روغن ترانسفورماتور افزوده شده و با توجه به کیفیت بهتر روغنهای Inhibited در مقایسه با Uninhibited از این روغن در ترانسفورماتورهای مهم (نیروگاهی، کوره و برخی ترانسفورماتورهای صنایع) استفاده می شود. طبق ارزیابی بعمل آمده حدود ۵۰ درصد ترانسفورماتورهای مورد استفاده در سطح دنیا حاوی روغن Inhibited می باشد.
مطابق استاندارد IEC60422 ویرایش سال ۲۰۱۳، با کاهش مقدار این مواد به زیر ۶۰ درصد مقدار اولیه (که معمولاْ در فاصله زمانی ده تا پانزده سال پس از بهره برداری از ترانسفورماتور اتفاق می افتد)، اسیدیته روغن افزایش، کشش سطحی آن کاهش و روند تخریب و اکسیداسیون روغن با شتاب بیشتری نسبت به روغنهای فاقد مواد بازدارنده، اتفاق می افتد. لذا مطابق پیشنهاد این استاندارد لازم است روغنهای حاوی مواد بازدارنده هر یک تا دوسال یکبار مورد آزمون اندازه گیری مواد بازدارنده (Inhibitor Content) قرار گرفته و در صورت کاهش مقدار مواد بازدارنده به کمتر از ۶۰ درصد مقدار اولیه می بایست نسبت به سرریز ماده بازدارنده به روغن در اسرع وقت اقدام نمود. در صورت عدم سرریز به موقع مواد بازدارنده و افزایش مقدار اسیدیته به بیشتر از 0/08 و کاهش مقدار کشش سطحی به کمتر از ۲۸، دیگر افزودن ماده بازدارنده کافی نبوده و کل روغن ترانسفورماتور می بایست تعویض شود که این امر هزینه هنگفتی (در مقایسه با افزودن ماده بازدارنده) به بهره بردار ترانسفورماتور تحمیل خواهد نمود.

7-گوگردخورنده

_ میزان گوگرد در روغن بستگی به فرآیند پالایش، درجه پالایش و نوع نفت خام دارد. این ماده معمولاً بصورت ترکیبات آلی در روغن بوده لیکن بصورت عنصر گوگرد نیز یافت می شود. دلیل وجود ترکیبات واکنش پذیر که در دمای بهره برداری ترانسفورماتور موجب خوردگی می شوند، پالایش ضعیف یا آلوده شدن روغن می باشد. مولکولهای روغن حاوی گوگرد ممکن است در دماهای نسبتاً بالا تجزیه شده، با سطح فلزی واکنش داده و تشکیل سولفیدهای فلزی بدهد. این واکنشها می تواند در تجهیزات قطع و وصل کننده اتفاق افتاده و بر رسانایی کنتاکتها تاثیر بگذارد.

_ برخی از مولکولهای حاوی گوگرد موجب تشکیل سولفید مس (CU2S) شده که این ماده در عایق کاغذی تجهیز الکتریکی رسوب می کند.این پدیده موجب تضعیف کیفیت الکتریکی عایق شده و تا کنون چندین مورد حادثه را برروی ترانسفورماتورها سبب شده است.
_ رسوب CU2S معمولاً در تجهیزات الکتریکی با عایق کاغذی که ترکیبات سولفور خورنده در روغن آن وجود داشته یا مس بدون لاک یا محافظت نشده در آن استفاده شده یا دمای بهره برداری و/یا درجه حرارت محیط بالا بوده و میزان اکسیژن در کاغذ کم باشد، بوجود می آید. یک گروه از مواد موجود در روغن که باعث ایجاد این مسئله می شوند، دی سولفیدها مانند دی سولفید دی بنزیل می باشند.

8-pcb

پلی کلریدهای بی فنیل (PCBs) خانواده ای از هیدروکربنهای آروماتیک کلردار مصنوعی هستند که مشخصات حرارتی و الکتریکی مناسبی دارند. این مشخصات خوب بهمراه پایداری شیمیائی عالی، کاربردهای تجاری بسیاری برای این مواد بهمراه داشته است (مانند روغن آسکارل)
هرچند پایداری شیمیائی و تجزیه ناپذیری این مواد، نگرانی های زیادی را در خصوص آلودگی محیط زیست و سلامت انسان بدنبال داشته است. این نگرانی در خصوص اثرات زیست محیطی PCBs استفاده از آنرا از اوایل دهه 70 میلادی بشدت محدود نمود و از سال 1986 طبق یک توافقنامه بین المللی استفاده از این مواد در ترانسفورماتور ممنوع شد. متاسفانه استفاده مشترک از تجهیزات سرویس و نگهداری این روغن با روغنهای عایقی معدنی، موجب آلودگی گسترده روغنهای معدنی در ترانسفورماتورهای فعلی شده است.
مقدار PCB موجود در روغن ترانسفورماتور باید اندازه گیری شده تا از عدم آلودگی روغن به PCB اطمینان حاصل نمود. همچنین زمانی که خطر آلودگی وجود دارد (مانند تصفیه روغن، تعمیر ترانسفورماتور و ...) می بایست روغن را مورد آزمون قرار داده و درصورت وجود PCB بیش از حدود تعیین شده (50ppm) می بایست اقدامات ضروری جهت رفع آلودگی انجام گیرد.

9- گاز های محلول در روغن

(گازکروماتوگرافی یا آنالیز گازهای محلول در روغن ترانسفورماتور)

الف : تجزیه روغن
روغن عایقی معدنی از ترکیب مولکولهای مختلف هیدروکربن حاوی گروههای شیمیائی CH3 ، CH2 و CH که با پیوند مولکولی کربن-کربن در کنار یکدیگر قرارگرفته اند، بوجود آمده است. برخی از پیوندهای C-H و C-C ممکن است بدلیل خطاهای الکتریکی و حرارتی گسسته شوند. در پی این گسست ترکیبات ناپایداری به صورت رادیکال یا یون مانند H• ، CH3• ، CH2• ، CH• یا C• (بهمراه سایر ترکیبات پیچیده تر) بوجود آمده که درطی واکنشهای پیچیده بسرعت با یکدیگر ترکیب شده و مولکولهای گازی مانند هیدروژن (H-H)، متان (CH3-H)، اتان (CH3-CH3)، اتیلن (CH2=CH2) یا استیلن (CH≡CH) تشکیل می دهند. گازهای هیدروکربن C3 و C4 بهمراه ذرات جامد کربن و پلمیرهای هیدروکربن (x واکس) سایر ترکیبات محتمل می باشند. گازهای بوجود آمده در روغن حل شده یا در صورتی که در مقادیر زیاد تولید شوند بصورت گاز آزاد در می آیند. این گازها را می توان مطابق استاندارد IEC60567 اندازه گیری نمود.
خطاهای با انرژی کم مانند تخلیه جزئی از نوع پلاسمای سرد (تخلیه کرونا)، موجب گسست ضعیف ترین پیوندها C-H می شوند. این گسست از طریق واکنشهای یونیزاسیون و تولید هیدروژن بعنوان گاز اصلی اتفاق می افتد. برای شکستن پیوندهای C-C انرژی و/یا دمای بالاتری مورد نیاز است. در این حالت ترکیباتی با پیوند تک گانه کربن، پیوند دوگانه کربن ، یا پیوند سه گانه کربن بهمراه فرآیندهای مشابه شکست روغن در صنعت پتروشیمی بوجود می آید.
در نتیجه اتیلن در در دماهای تقریباً بالای 500 درجه سانتیگراد بیشتر از اتان و متان تولید می شود (هرچند اتان در دماهای پائینتر نیز به مقدار کمتر تولید می شود). به منظور تولید استیلن درجه حرارت باید حداقل بین 800 تا 1200 درجه سانتیگراد بوده و دما مرتباً به مقادیر پائینتر افت کند تا این گاز بصورت پایدار تشکیل شود. از اینرو استیلن بیشتر در حالت جرقه که دمای کانالهای یونیزه هادی به چند هزار درجه سانتیگراد رسیده و سطح تماس آن با روغن اطراف پائینتر از 400 درجه سانتیگراد بوده (بیشتر از این دما روغن تبخیر می شود) و یک لایه بخار روغن/گاز در بین این دو سطح قرار دارد، تشکیل می شود. استیلن همچنین ممکن است در دماهای پائین (کمتر از 800 درجه سانتیگراد) نیز بوجود آید هرچند مقدار آن بسیار کم است. ذرات کربن در درجه حرارت بین 500 تا 800 درجه تشکیل شده و پس از ایجاد جرقه یا در اطراف نقاط بسیار داغ در روغن بوجود می آید.
روغن در صورت اکسید شدن مقادیر کمی مونواکسید و دی اکسید کربن تولید می نماید که در طول زمان مقدار آنها قابل توجه می شود.

ب: تخریب عایق سلولزی
زنجیره های پلیمری عایق سلولزی جامد (کاغذ، تخته فشرده و تیرکها چوبی) مقادیر زیادی حلقه های آنهیدروگلوکز و پیوندهای ضعیف مولکولی C-O و پیوندهای گلیکو اسید دارند که از پیوندهای هیدروکربنی روغن ناپایدارتر بوده و در دماهای پائین تجزیه می شوند. بیشتر گسست زنجیره های پلیمر در درجه حرارتهای بالاتر از 105 درجه سانتیگراد اتفاق افتاده درحالیکه در دماهای بالاتر از 300 درجه سانتیگراد تجزیه کامل و کربونیزاسیون اتفاق می افتد. با گسست زنجیره های پلیمری، مونواکسید کربن، دی اکسید کربن و آب، به مقدار بیشتری در مقایسه با اکسیداسیون روغن در همان دما، بوجود آمده و همچنین مقادیر کمی گازهای هیدروکربن و ترکیبات فوران تولید می شوند. ترکیبات فوران را می توان مطابق استاندارد IEC61198 اندازه گیری نموده و آنرا بهمراه تحلیل گازهای محلول در روغن جهت شناسایی اینکه آیا عایق سلولزی در خطای بوجود آمده نقش دارد یا نه و همچنین تخمین عمر باقیمانده ترانسفورماتور مورد استفاده قرار داد. میزان تولید مونواکسید کربن و دی اکسید کربن نه تنها با دما بلکه با مقدار اکسیژن روغن و رطوبت کاغذ نسبت مستقیم دارد.

نکته مهم:

در حال حاضر آزمون گازکروماتوگرافی، مهمترین و ارزانترین تست عیب یابی و عمرسنجی ترانسفورماتورهای توزیع و قدرت در حال بهره برداری است که در حقیقت مقدمه ای برای انجام سایر آزمونهای عیب یابی ترانسفورماتور بویژه آزمونهای الکتریکی محسوب می شود.

سایر منابع تولید گاز:
گازها در برخی موارد نه بدلیل وجود خطا در تجهیز بلکه به علت زنگ زدگی یا سایر ترکیبات شیمیائی بوجود آمده برروی آهن، سطوح بدون پوشش یا رنگ محافظ بوجود می آیند.
هیدروژن ممکن است براثر ترکیب آهن با آب، مادامیکه اکسیژن در روغن وجود داشته باشد، تشکیل شود. از اینرو مقادیر زیاد هیدروژن در ترانسفورماتورهایی که برقدار نشده اند، گزارش شده است. هیدروژن همچنین ممکن است براثر واکنش آب آزاد با پوشش مخصوص روی سطوح فلزی یا براثر واکنشهای کاتالیزوری برخی از انواع فولاد ضد زنگ با روغن (بویژه روغن حاوی اکسیژن محلول در دمای بالا) بوجود آید. هیدروژن همچنین ممکن است در طی پروسه ساخت یا براثر جوشکاری در فولاد ضد زنگ بوجود آمده و به تدریج در روغن آزاد شود.
هیدروژن همچنین ممکن است براثر تجزیه نوار باریک روغن بین لایه های هسته داغ شده در دمای 140 درجه سانتیگراد و بیشتر تولید شود.
همچنین گازها ممکن است هنگام قرار گرفتن روغن در معرض آفتاب یا در زمان تعمیر تجهیز بوجود آیند.
رنگهای داخلی ترانسفورماتور مانند رزینهای آلکیدی و پلی ارتانها حاوی اسیدهای چربی هستند که می تواند گاز تشکیل دهند.
با این وجود اتفاقات فوق الذکر بسیار غیر معمول بوده و می توان آنرا با اجرای آزمون گازهای محلول در روغن در ترانسفورماتور کارنکرده که هیچگاه برقدار نشده است و آزمونهای سازگاری مواد شناسایی نمود. حضور هیدروژن در غیاب سایر گازهای هیدروکربن نشانه ای از این مسئله می تواند باشد.

انواع خطاهای ترانسفورماتور قابل شناسائی با تست گازکروماتوگرافی:

_ تخلیه جزئی (PD) از نوع پلاسمای سرد (کرونا) که موجب تجمع احتمالی x-واکس در عایق کاغذی می شود یا از نوع جرقه ای که موجب سوراخ شدن کاغذ می شود که یافتن آن دشوار است.
_ تخلیه با انرژی کم (D1) در روغن و/یا کاغذ که نشانه آن کربونیزاسیون در سطح و داخل کاغذ یا ذرات کربن در روغن (مانند روغن دایورتر سوئیچ) می باشد.
_ تخلیه با انرژی زیاد (D2) در روغن و/یا کاغذ که نشانه آن تخریب گسترده و کربونیزاسیون کاغذ، ذوب فلز در ابتدا و انتهای محل تخلیه، کربونیزاسیون گسترده در روغن و در برخی موارد خارج شدن دستگاه از مدار بهمراه جریان زیاد می باشد.
_ خطاهای حرارتی در روغن و/یا کاغذ اگر رنگ کاغذ مایل به قهوه ای شده باشد دما کمتر از 300 درجه سانتیگراد بوده (T1) و اگر کربونیزه شده باشد دمای آن بالای 300 درجه سانتیگراد می باشد. (T2)
_خطاهای حرارتی بالاتر از 700 درجه سانتیگراد (T3) که نشانه آن کربونیزاسیون روغن، تغییر رنگ فلز (800 درجه سانتیگراد) و ذوب فلز (بیشتر از 1000 درجه سانتیگراد) می باشد.

10-فورفورال

فورالدهیدها موادی هستند که براثر تخریب عایق کاغذی در روغن بوجود می آید و با استفاده از استاندارد: IEC61198 قابل اندازه گیری و شناسائی هستند. دو-فورفورال (2FAL) مهمترین ماده شیمیائی از این دسته برای تخمین عمر باقیمانده ترانسفورماتور است.

منبع :فصلنامه ترانسفورماتور

vahid jabbarzadeh