دكتر بهروز پهلوانپور/ دكتر حسين حبيب الهي
روغن عايق معدني كه از يك قرن پيش در صنعت برق استفاده شده از سال 1886 مورد استفاده ترانسفورماتورهاي برق بوده است. روغنهاي اوليه بر پايه پارافين خام بود. اكسيداسيون روغن هاي پارافيني حالت لجني غيرقابل حل (Insoluble Sludge) را ايجاد مي كند تا ويسكوزيته افزايش يابد اين امر باعث افت انتقال حرارت ، داغ كردن ترانسفورماتور و كاهش طول عمر آن مي شود. در نتيجه اين گونه روغن هاي پارافيني به طور موفقيت آميزي جايگزين روغن هاي نفتانيك شدند. اگر چه روغن هاي نفتانيك خاصيت اكسيد شدن بيشتري نسبت به پارافينيك دارند ، محصول اكسيداسيون قابل حل در روغن بوده و كمتر مشكل ساز است. تجربه نشان داده كه روغن مايع عايقي محصولي است كه نياز به نظارت و حفاظت زياد و نگهداري برنامه ريزي شده دارد تا خدمات رضايت بخشي را ارايه دهد.
انتخاب روغن اوليه مهمترين قدم در كارخانه هاي سازنده روغن عايقي است. مقدار درجه پالايش مواد خام و نوع فرآيند و عمل آوري آن ممكن است موجب تغييرات عمده اي در ساختار محصول پاياني شود. در فرايند پالايش ، مناسب ترين صفات روغن خام انتخاب و مواد غير ضروري از آن خارج مي شود.
محصول نهايي داراي ساختارهاي متناسب به صورت حلقه هاي معطر ، نفتانيكها و پارافينهاست. اين فرايند ممكن است شامل بهبود آبي / هيدروژني ، استخراج حلال ، غير مومي كردن ، بهبود اسيد و خاك باشد. اگر چه روش مشخص براي كارخانه اي كه مايع عايقي خوب را مشخص كند وجود ندارد ، بدون در نظر گرفتن روش مورد استفاده در پالايش ، روغن عايقي توليد شده بايد داراي كاركرد بالا ، مختصات جذب گاز ، پايداري شيميايي و مقاومت در برابر اكسيده شدن باشد و علاوه بر آن بالاترين حد غلظت ( اشباع ) هيدروكربن آروماتيك و سولفورونيتروژن موجود را نيز كه از عوامل مهم است ، داشته باشد.
روغن عايق در سرويس
روغنهاي عايقي استفاده شده در ترانسفورماتورهاي هوا-تنفسي ، اكسيژن را تا نقطه اشباع جذب مي كند . در حضور عناصر فلزي و حرارتهاي بالا روغن ، اكسيده شده و در نهايت قابليت دي الكتريكي آن كم مي شود. اين عمل ، بستگي مستقيم به شكل بندي تركيبات قطبي و لجن در روغن دارد. در مرحله اول اكسيده شدن ، تركيبات قطبي غيراسيدي مانند الكلها و آلدئيدها ، كتونها و ... توليد مي شوند. همانطور كه اكسيداسيون صورت مي گيرد اسيدها و در نتيجه لجن تشكيل مي شود. روغن خورنده شده و عناصر جامد تشكيل دهنده حالت لجن در محلهاي مختلف ترانسفورماتور رسوب كرده و لايه اي تشكيل مي شود كه قابليت انتشار حرارت روغن و خواص الكتريكي آن را كاهش مي دهد. به علاوه افزايش اسيديته حلال و لجن ، باعث كاركرد غلط ترانسفورماتور مي شود. حالت لجن و اسيدها به تجهيزات عايقي به خصوص ورقهاي كاغذي معيوب هجوم برده و باعث ضعيف شدن سيستم عايقي مي شوند كه سبب خطاي عمده در ترانسفورماتور و ضرر مالي مي شود.
نظارت بر وضعيت روغن
روغنها يك قسمت از سيستم عايقي ترانسها هستند كه نياز به آزمايش دارند. يكي از روشهاي ساده آزمايش متوالي سالانه است . بر پايه نتايج بدست آمده از آزمايشها براي جلوگيري از خراب شدن كاغذهاي عايق و روغن عكس العمل صحيح صورت مي گيرد. توصيه كلي اين است كه قبل از استفاده از روغن ، آزمايشهاي لازم انجام شود. بايد توجه داشت وقتي روغن در سرويس قرار گرفت ، در زمان استفاده نيز بايد آزمايشهايي انجام شود.
راهنمايي هاي لازم براي نگهداري روغن ترانس در سرويس در كتاب IEC422 ارايه شده است. آزمايشهاي روغن نياز به تجهيزات گراني دارد كه البته گراني آنها به اندازه روغني كه ممكن است خراب شده و اثرات جانبي ديگري داشته باشد ، نيست. بدون در نظر گرفتن اينكه چه نوع آزمايش مشخصي ضروري است بايد آزمايش بر روي يك نمونه مايع معيني انجام شود. نمونه گرفتن دقيق پيش نياز تمام آزمايشهاي استاندارد است.
روغن استفاده شده در انبار ممكن است تغييرات زيادي داشته باشد ، بنابراين نمونه ها بايد به سرعت آزمايش و تاريخ نگاري و يادداشت شوند. در بعضي مواقع آزمايشهاي انجام شده در محل ، نمايانگر و واقعي تر است. پاكيزگي و كنترل كيفيت در بدست آوردن نتايج قابل اطمينان اساسي است.
حالت اسيدي ( اسيديته )
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.
محتواي اسيد به عنوان اساس مقدار ميلي گرم هاي هيدرواكسيد پتاسيم ( KOH ) كه در خنثي سازي اسيد در يك گرم روغن نمونه استفاده شده ، بيان مي شود.
در گذشته كيت آزمايش نقطه نيم – مقدار ( Semi-Quantitive ) توسط بعضي استفاده كنندگان براي اندازه گيري اسيد ، استفاده مي شد ، كه اين روش بر اساس ASTMD 1902 بوده و به طور معمول در اين خصوص مورد استفاده قرار مي گرفته است. آزمايش نقطه اسيدي به وسيله چكاندن قطراتي از يك محلول اسيدي به يك قطعه كاغذ فيلتري است كه در آن رسوب كرده باشد ، سپس دو قطره از روغن به همان محل اضافه شده و در ادامه با افزايش يك قطره از يك نمايانگر ( Indi-Cator ) كه سبب تغيير رنگ شده ، يا منحني رنگهاي استاندارد مقايسه مي شود. به دليل نتايج غلط بدست آمده ، اين روش منسوخ شده است.
يك روش متناوب آلترناتيو در محل كار ( Field ) براي اندازه گيري اسيديته بر اساس ASTMD 1534 است. در اين نوع آزمايش در محل كار ، 20 ميلي متر از نمونه روغن به داخل يك سيلندر جايگزين شده و محلول نشان دهنده ( انديكاتور ) و هيدروكسيد پتاسيم به روغن افزوده شده و محلول تكان داده مي شود. بعد از ساكن شدن محلول تغيير رنگ مشاهده خواهد شد. روش نيم – كمي و اين روش نمي توانند نتايجي دقيق را مشخص كنند.
روش توصيه شده استاندارد براي اندازه گيري اسيديته يك روغن عايقي در IEC216 مشخص شده است. اين يك روش آزمايشگاهي تست اسيد ، بر اساس تيتراسيون نشان دهنده رنگ است. آزمايش شامل تركيب كردن يك مقدار از نمونه مشخص شده با محلول مناسب با افزودن يك ( نمونه ) نمايانگر و تيتراسيون با KOH به نقطه انتهايي رنگهاست كه آن را مي توان براي روغنهاي استفاده شده و استفاده نشده بكار برد. مشكل آزمايش با اين روش معني كردن تغييرات رنگ در روغنهاي تيره رنگ است. تكرار اين آزمايش براي روغن استفاده شده رنگي خيلي خوب نبوده و مشخص كردن نقطه پاياني براي اپراتور مشكل است.
مختصات مورد نياز براي اسيديته روغن استفاده نشده كمتر از 0.03mg KOH/g است.
بهرحال اين روش به حد مشخص نزديك بوده و نتايج آن ممكن است با نيازها هماهنگ نباشد. بعلاوه اشتباه انساني در اين روش و تغيير رنگ موردي است. بتازگي IEC يك گروه كاري براي تكميل آن معين كرده است.
اسيديته كل روغن ترانس استفاده شده و يا نشده را مي توان با اندازه گيري كميتي ، به وسيله استفاده از روش الكتروشيمي بدست آورد. اين روش شامل اندازه گيري PH يا ميلي ولت ( mV) محلول در درجه حرارت اتاق است. برخلاف اندازه هيدروكسيدپتاسيم الكلي كه براي خنثي كردن اسيدها ، استفاده مي شود. اين روش سريع و دقيق است و رنگ روغن هيچگونه اثري در نقطه انتهايي تيتراسيون نمي گذارد. بوسيله اتومات كردن فرايند ، خطاي اپراتوري به طور مشخص كم مي شود. اين روش به IEC توصيه شده كه مانند يك روش متناوب باري تبديل روش اندازه گيري اسيديته داده شده و در آيتم IEC296 ، بكار رود.
رطوبت
در مدت زمان سرويس يك ترانس ، رطوبت موجود بوسيله تجهيزات تنفس هوا ، پيري طبيعي ، سلولز عايقي ، اكسيداسيون روغن ، تقطير و يا موارد اتفاقي ديگر افزايش يافته و آب موجود در ورق كاغذ به ميزان 5 تا 6 درصد افزايش مي يابد.
وجود رطوبت باعث افزايش نسبي سن روغن و كاغذهاي ايزوله مي شود. كاغذهاي عايقي با يك درصد رطوبت موجود ، 10 برابر سريعتر از زمانيكه 1/. درصد رطوبت وجود دارد باعث خوردگي مي شوند. آب يك مايع قطبي است كه به سوي محيطهاي ميدان قوي الكتريكي جذب مي شود. اسيدهاي قابل حل در آب كه به وسيله اكسيداسيون روغن ، توليد شده اند با آب يا روغن باقي مانده ، كمك به بالا رفتن خوردگي محلهاي فلزي باز در ترانس ها كرده و مانند يك الكتروليز براي تقريباً تمام واكنشها عمل مي كنند.
ثبات سلولز نسبت به آب خيلي بيشتر از روغن است. آب جايگزين روغن در سلولز آغشته به روغن مي شود. اين عمل ممكن است عمر عايق مستقيم را كم و باعث خروج ترانس شود. وجود آب در روغن باعث كاهش مقاومت الكتريكي روغن مي شود. بيشترين حد مجاز آب در روغن ترانس در سرويس ، بستگي به ولتاژ ترانس و مقادير توصيه شده در IEC422 دارد. رطوبت موجود در روغن سرويس بايد به طور منظم تحت نظر قرار گيرد ( دست كم سالي يك بار ) .
در طول زمان ، روشهاي فراواني براي اندازه گيري كميت رطوبت در ميدان دي الكتريكي مورد بررسي قرار گرفته ولي تنها روشي كه از آن زمان توسعه يافت بوسيله كارل فيشر در سال 1930 ارايه شد.
آزمايش به صورت عادي در يك آزمايشگاه با تجهيزات جديد در دسترس ، انجام تيتراسيون به طور اتومات و توانايي اندازه گيري رطوبت زير يك ppm در روغن انجام شده است. اين تجهيزات به وسيله روش IEC تاييد شد و تجهيزات جديد براي انجام آناليزهاي محلي رطوبت در روغن ترانس در دسترس بوده.
مهمترين خاصيت اين دستگاه قابل حمل اندازه گير رطوبت ، حذف رطوبتي است كه ممكن است در نمونه روغن كه بايد آزمايش شود و يا در زمان آزمايش و آناليز در آزمايشگاه آلوده به رطوبت شده ، وجود داشته باشد.
ارزيابي دقيق رطوبت موجود در سلولز فقط زماني كه اطلاعات دقيق رطوبت روغن مشخص باشد ، امكان پذير است. بنابراين موضوع ، سعي در ايجاد ارتباط آب حاوي روغن در ppm به درصد غلظت آب در عايق سلولزي ، است. تخمين عملي وقتي ممكن است كه درجه حرارت بالاي روغن معين و رطوبت موجود نمونه بالاي روغن ، در ppm اندازه گيري شده باشد.
براي حفظ عمر ترانس ، دانستن درجه رطوبت در عايق جامدي ترانس براي تعيين مقدار نياز به آب زدايي يا مشخص كردن نقطه پاياني فرايند خشك كردن مهم است. تجربه بين المللي نشان داده است كه عمر عايق با آب موجود در درجه حرارت داده شده نسبت عكس دارد. آب كمتر باعث عمر بالاي ترانس مي شود.
همچنين نشان داده شده است كه اندازه مقاومت عايقي به قدر كافي براي وسايل قابل اطمينان وضعيت رطوبت در عايق جامد يك ترانس در سرويس و يا در فرايند خشك كردن مورد نياز و يا كامل شده ، حساس نيست.
آزمايشهاي ديگر
آزمايشهاي ديگر براي وضعيت عايقي ترانسها در IEC422 تيتر شده ، مدت و مشخصات آزمايش نيز به صورت استاندارد تيتر شده است. داشتن يك نماي واقعي از وضعيت روغن در سرويس و چگونگي اوضاع در داخل ترانسها بستگي به نتايج آزمايشهايي دارد كه بايد با هم انجام شوند. براي نظارت بر وضعيت روغن عايقي آزمايشهاي كشش داخلي ، فاكتور توزيع دي الكتريكي و مقاومت دي الكتريكي و مقاومتي اهميت دارد اگر چه وجود رطوبت و اسيد در روغن باعث تغييرات مشخص در آزمايشها مي شود ، اسيديته و آزمايش رطوبت براي معيين كردن خرابي روغن استفاده مي شود.
عمليات ترميم ( بهبود ) (Remedial Actions)
برخي عملياتها براي بهبود روغن در صورت اكسيده شدن و يا آلودگي به PBC اعمال مي شود از جمله :
احياي روغن
منابع در دسترس بودن روغنهاي نفتانيك محدود است. حفاظت و نگهداري و طول عمر مايع عايقي در سرويس بسيار مهم است. احياي روغن استفاده شده ، يك روش مفيد براي نگهداري روغن است. از نظر مالي نيز اين امر مي تواند در صرفه جويي مالي نقش داشته باشد. روش استاندارد براي روغن عايقي كار كرده احياست كه شامل فيلتر كردن از طريق جذب قطبي مواد است و به Fuller`s Earth ( نوعي خاك رس مخصوص ) معروف است.
اين دستوركار به طور معمول وقتيكه اسيديته روغن به 15/. ميلي گرم KOH/g اسيد يا كشش داخلي روغن mn/m 20 برسد بكار مي رود. هنگام احياء كردن به وسيله خاك فولر ، مولكولهاي اسيدي و لجن را خارج ولي تركيبات غيراسيدي قطبي مانند الكلها ، آلدئيدها و كتونها و ... در محلول باقي مي مانند. اين محصولات كاتاليز روغن اكسيده بوده و اگر در روغن باقي بمانند وقتي روغن به سرويس برگشت داده شود آنها مي توانند نرخ اكسيداسيون را تسريع كنند.
از مضرات اين سيستم احياء ، جدا از پايين بودن كيفيت احياء اين است كه فقط مي توان يك بار از روش خاك فولر استفاده كرد. بعد از آن اشباع شده و بايد مانند يك دورريز زايد شيميايي با روغن و محصول اكسيداسيون موجود در داخل آن دور ريخته شود. براي هر 5 تا 15 ليتر روغن از 5/. كيلوگرم فولر خاك استفاده مي شود. اين روش نياز به مقدار مشخص خاك فولر ، دارد كه با نوع جديد دوباره پر شود كه اين امر باعث بالا رفتن قيمت احياء مي شود. بنابراين احياي روغن ، جذابيت و جنبه اقتصادي خود را از دست مي دهد. خاك مصنوعي را مي توان به جاي خاك فولر استفاده كرد كه مي تواند دوباره بازپرورش شده و براي سالها استفاده شود. كيفيت روغن احياء ، با نوع جديد قابل مقايسه است.
فعال كردن مجدد خاك استفاده شده در نيروگاه احياي سيال ، به طور خودكار توسط ستونهاي صافي انجام مي شود. براي كنترل آلودگي گازهاي آلوده از سيكل احياسازي ، بوسيله فيلتر كردن ، گاز تميز مي شود. در اين سيستم رعايت كمترين حد دورريز طوري است كه تمام آلودگيها در زمان سيكل احياسازي از خاك گرفته شده و به صورت قطعات اشباع كوچك روغن در مي آند ( كمتر از 1/. درصد روغن تحت عمل ) .
سيستم را مي توان در روغن داخل تانك مورد استفاده قرار داد. در مدتي كه تانك ترانس در بعضي مواقع تحت انرژي ترانسها است اين عمل منافع زيادي دارد. از جمله اينكه نياز به خارج كردن ترانس از مدار نبوده و نيازي به انتقال يا دور ريختن روغن قديمي نيست.
اين روش شامل سيركولاسيون روغن از ترانس به واحد احياء و برگشت دوباره به ترانس است. اين فرايند به طور پي در پي براي يك زمان معين انجام مي شود تا روغن در ترانس به حالت رضايت بخش برسد. استفاده از اين روش براي افزايش طول عمر ترانس قدرت است. روش مشابهي براي استفاده از ترانسهاي لجن گرفته وجود دارد. اثر جدي رخداد لجن وقتي است كه جذب سلولزها شوند كه مي تواند باعث چروك خوردگي و افت بازده حرارتي شود. در اين صورت افتهاي ترانس باعث قابليت جذب شوك بارگيري مي شود. لجن گرفتگي به مرور زمان اتفاق مي افتد. يك نسبت بين مقاومت داخلي روغن ، اسيديته و محتوي لجن وجود دارد. لجن در هيدروكربنهاي نفتانيك قابل حل است. روغن عايق نفتانيك داغ مي تواند رسوبات لجن در داخل ترانس را حل كند.
درجه حرارت روغن استفاده شده براي لجن زدايي بايد 80 درجه سانتي گراد باشد ( نقطه سمي ) تا لجنهاي چسبيده را حل كند كه مي توان با سيركولاسيون روغن تميز داغ به بالاي ترانسفورماتور به آن دست يافت. روغن آلوده سپس از ته تانك ترانسفورماتور خارج و روغن احياء شده از بالاي ترانسفورماتور وارد مي شود. براي به بيشترين حد رساندن منافع اين فرايند بايد در ترانس تحت انرژي اين عمل صورت گيرد. بايد توجه داشت كه روغن جايگزين مناسبي براي اين مواقع نيست. روغن اكسيده شده موجود در سلولزها پس از خروج روغنهاي جديد را در زمان كوتاه آلوده مي كند. حتي يك مقدار بسيار كم از روغن اكسيده شده جمع شده مي تواند ، مقدار زيادي از روغن را آلوده كند.
رطوبت زدايي از ترانس
براي اطمينان از سيستم عايق ترانس ، بايد مقدار خشكي سيستم اندازه گيري شود. اين امر بخصوص براي ترانسهاي ولتاژ بالا مهم است كه در كمترين حد آلودگي رطوبتي در سرويس نگهداري شود و در مواقع بروز آلودگي بايد تا حد ممكن رطوبت آن را خارج كرد.
زمان شكل گيري رطوبت در ترانسفورماتور را نبايد تخمين زد. رطوبت را مي توان به چند طريق خارج كرد. روش عمومي خشك كردن عملي از طريق روش حرارتي و يا خلاء است كه در كارگاه كارخانه ها و يا در محل انجام مي شود.
عمليات از بين بردن روغن
وقتي كه روغن ترانسفورماتور طوري خراب شد كه از نظر اقتصادي احياي آن ديگر به صرفه نبود و يا امكان سوزاندن و استفاده مجاز ديگري از آن نبود ، بايد طبق مقررات و قوانين دولت اقدام به دور ريختن و نابود كردن آن كرد.