انواع تست روغن ترانسفورماتور - بخش دوم

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 می‌شود. دلیل وجود ترکیبات واکنش پذیر که در دمای بهره برداری ترانسفورماتور موجب خوردگی می‌شوند، پالایش ضعیف یا آلوده شدن روغن می‌باشد. مولکول‌های روغن حاوی گوگرد ممکن است در دما‌های نسبتاً بالا تجزیه شده، با سطح فلزی واکنش داده و تشکیل سولفید‌های فلزی بدهد. این واکنش‌ها می‌تواند در تجهیزات قطع و وصل کننده اتفاق افتاده و بر رسانایی کنتاکت‌ها تاثیر بگذارد.

_. برخی از مولکول‌های حاوی گوگرد موجب تشکیل سولفید مس (CU۲S) شده که این ماده در عایق کاغذی تجهیز الکتریکی رسوب می‌کند. این پدیده موجب تضعیف کیفیت الکتریکی عایق شده و تا کنون چندین مورد حادثه را برروی ترانسفورماتور‌ها سبب شده است.
_. رسوب CU۲S 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 می‌آید. یک گروه از مواد موجود در روغن که باعث ایجاد این مسئله می‌شوند، دی سولفید‌ها مانند دی سولفید دی بنزیل می‌باشند.

 

۸-pcb

پلی کلرید‌های بی فنیل (PCBs) خانواده‌ای 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، نگرانی‌های 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 ۷۰ میلادی بشدت محدود نمود و از سال ۱۹۸۶ 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 ...) می‌بایست روغن را مورد آزمون قرار داده و درصورت وجود PCB بیش از حدود تعیین شده (۵۰ppm) می‌بایست اقدامات ضروری جهت رفع آلودگی انجام گیرد.

۹- گاز‌های 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 CH۳، CH۲ 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•، CH۳•، CH۲•، 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 (CH۳-H)، اتان (CH۳-CH۳)، اتیلن (CH۲=CH۲) یا استیلن (CH≡CH) تشکیل می‌دهند. گاز‌های هیدروکربن C۳ و C۴ بهمراه ذرات جامد کربن و پلمیر‌های هیدروکربن (x واکس) سایر ترکیبات محتمل می‌باشند. گاز‌های بوجود آمده در روغن حل شده یا در صورتی که در مقادیر زیاد تولید شوند بصورت گاز آزاد در می‌آیند. این گاز‌ها را می‌توان مطابق استاندارد IEC۶۰۵۶۷ اندازه گیری نمود.

خطا‌های با انرژی کم مانند تخلیه جزئی از نوع پلاسمای سرد (تخلیه کرونا)، موجب گسست ضعیف‌ترین پیوند‌ها C-H می‌شوند. این گسست از طریق واکنش‌های یونیزاسیون و تولید هیدروژن بعنوان گاز اصلی اتفاق می‌افتد. 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 می‌آید.

در نتیجه اتیلن در در دما‌های تقریباً بالای ۵۰۰ درجه سانتیگراد بیشتر از اتان و متان تولید می‌شود (هرچند اتان در دما‌های پائینتر نیز به مقدار کمتر تولید می‌شود). به منظور تولید استیلن درجه حرارت باید حداقل بین ۸۰۰ تا ۱۲۰۰ 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 ۴۰۰ درجه سانتیگراد بوده (بیشتر از این دما روغن تبخیر می‌شود) و یک لایه بخار روغن/گاز در بین این دو سطح قرار دارد، تشکیل می‌شود. استیلن همچنین ممکن است در دما‌های پائین (کمتر از ۸۰۰ درجه سانتیگراد) نیز بوجود آید هرچند مقدار آن بسیار کم است. ذرات کربن در درجه حرارت بین ۵۰۰ تا ۸۰۰ درجه تشکیل شده و پس از ایجاد جرقه یا در اطراف نقاط بسیار داغ در روغن بوجود می‌آید.
روغن در صورت اکسید شدن مقادیر کمی مونواکسید و دی اکسید کربن تولید می‌نماید که در طول زمان مقدار آن‌ها قابل توجه می‌شود.

ب: تخریب عایق سلولزی

زنجیره‌های پلیمری عایق سلولزی جامد (کاغذ، تخته فشرده و تیرک‌ها چوبی) مقادیر زیادی حلقه‌های آنهیدروگلوکز و پیوند‌های ضعیف مولکولی C-O و پیوند‌های گلیکو اسید دارند که از پیوند‌های هیدروکربنی روغن ناپایدارتر بوده و در دما‌های پائین تجزیه می‌شوند. بیشتر گسست زنجیره‌های پلیمر در درجه حرارت‌های بالاتر از ۱۰۵ درجه سانتیگراد اتفاق افتاده درحالیکه در دما‌های بالاتر از ۳۰۰ درجه سانتیگراد تجزیه کامل و کربونیزاسیون اتفاق می‌افتد. با گسست زنجیره‌های 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 می‌شوند. ترکیبات فوران را می‌توان مطابق استاندارد IEC۶۱۱۹۸ 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 مقدمه‌ای برای انجام سایر آزمون‌های عیب یابی ترانسفورماتور بویژه آزمون‌های الکتریکی محسوب می‌شود.

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 می‌آیند.
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 لایه‌های هسته داغ شده در دمای ۱۴۰ 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 می‌تواند گاز تشکیل دهند.
با این وجود اتفاقات فوق الذکر بسیار غیر معمول بوده و می‌توان 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 نشانه‌ای از این مسئله می‌تواند 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 می‌شود یا از نوع جرقه‌ای که موجب سوراخ شدن کاغذ می‌شود که یافتن آن دشوار است.
_. تخلیه با انرژی کم (D۱) در روغن و/یا کاغذ که نشانه آن کربونیزاسیون در سطح و داخل کاغذ یا ذرات کربن در روغن (مانند روغن دایورتر سوئیچ) می‌باشد.
_. تخلیه با انرژی زیاد (D۲) 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 می‌باشد.
_. خطا‌های حرارتی در روغن و/یا کاغذ اگر رنگ کاغذ مایل به قهوه‌ای شده باشد دما کمتر از ۳۰۰ درجه سانتیگراد بوده (T۱) و اگر کربونیزه شده باشد دمای آن بالای ۳۰۰ درجه سانتیگراد می‌باشد. (T۲)
_خطا‌های حرارتی بالاتر از ۷۰۰ درجه سانتیگراد (T۳) که نشانه آن کربونیزاسیون روغن، تغییر رنگ فلز (۸۰۰ درجه سانتیگراد) و ذوب فلز (بیشتر از ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد) می‌باشد.

۱۰-فورفورال

فورالدهید‌ها موادی هستند که براثر تخریب عایق کاغذی در روغن بوجود می‌آید و با استفاده از استاندارد: IEC۶۱۱۹۸ قابل اندازه گیری و شناسائی هستند. دو-فورفورال (۲FAL) مهمترین ماده شیمیائی از این دسته برای تخمین عمر باقیمانده ترانسفورماتور است.

منبع:فصلنامه ترانسفورماتور