تحلیل اختلالات عایق‌بندی ترانسفورماتورهای برق و راهکارهای رفع آن‌ها

Thread Content

در حال حاضر، رایج‌ترین انواع ترانسفورماتورهای برق، ترانسفورماتورهای روغنی و ترانسفورماتورهای رزینی خشک هستند. عایق‌بندی ترانسفورماتور، در واقع سیستمی است که از مواد عایق‌بندی تشکیل شده؛ این سیستم شرط اساسی برای کار صحیح و عملکرد مناسب ترانسفورماتور محسوب می‌شود. طول عمر ترانسفورماتور نیز توسط طول عمر مواد عایق‌بندی (مانند کاغذ روغنی یا رزین) تعیین می‌گردد. تجربه نشان داده است که اکثر خرابی‌ها و اختلالات ترانسفورماتورها به دلیل آسیب به سیستم عایق‌بندی رخ می‌دهد. بر اساس آمار، حوادث ناشی از اختلالات عایق‌بندی از انواع مختلف، حدود ۸۵ درصد از کل حوادث ترانسفورماتورها را تشکیل می‌دهند. مواد عایق در ترانسفورماتورهایی که به خوبی کار می‌کنند و مراقبت‌های لازم برای نگهداری آن‌ها انجام می‌شود، دارای عمر مفید بسیار طولانی هستند. بنابراین، حفظ عملکرد صحیح ترانسفورماتور و نگهداری مناسب سیستم عایق‌بندی، تا حد زیادی می‌تواند باعث شود ترانسفورماتور عمر نسبتاً طولانی‌تری داشته باشد؛ در حالی که نگهداری پیشگیرانه و پیش‌بینانه، کلیدی برای افزایش عمر ترانسفورماتور و بهبود قابلیت اطمینان تأمین برق است. در ترانسفورماتورهای روغنی، مواد عایق‌کننده اصلی، روغن عایق و مواد عایق جامد مانند کاغذ عایق، مقوا و تکه‌های چوبی هستند. پیری در ترانسفورماتورها به این معناست که این مواد تحت تأثیر عوامل محیطی تجزیه شده و استحکام عایقی آن‌ها کاهش یافته یا از بین می‌رود. ۱. خرابی‌های مربوط به عایق کاغذی جامد
عایق کاغذی جامد، یکی از اجزای اصلی عایق ترانسفورماتورهای روغنی است؛ این عایق شامل کاغذهای عایقی، صفحات عایقی، وسایل عایق‌بندی، نوارهای بسته‌بندی عایقی و غیره می‌باشد. جزء اصلی تشکیل‌دهنده این عایق، سلولز است؛ فرمول شیمیایی آن (C6H10O6)n است، که در آن n میزان پلیمریزاسیون را نشان می‌دهد. میزان پلیمریزاسیون کاغذهای جدید معمولاً حدود ۱۳۰۰ است؛ هنگامی که این مقدار به حدود ۲۵۰ کاهش یابد، استحکام مکانیکی آن بیش از نیمی کاهش می‌یابد. میزان پلیمریزاسیونی که منجر به پیری شدید و پایان عمر کاغذ می‌شود، بین ۱۵۰ تا ۲۰۰ است. پس از پیر شدن کاغذ عایق، درجه پلیمریزاسیون و استحکام کشسانی آن به تدریج کاهش می‌یابد و آب، CO، CO2 و همچنین فورال تولید می‌شود. اکثر این محصولات پیری، برای تجهیزات الکتریکی مضر هستند؛ زیرا باعث کاهش ولتاژ شکست و مقاومت حجمی کاغذ عایق، افزایش اتلاف انرژی، کاهش استحکام کشسانی، و حتی خوردگی فلزات موجود در تجهیزات می‌شوند. عایق‌های جامد دارای ویژگی پیر شدن غیرقابل برگشت هستند؛ کاهش استحکام مکانیکی و الکتریکی آن‌ها قابل بازیابی نیست. عمر ترانسفورماتور عمدتاً به عمر مواد عایق‌بندی بستگی دارد؛ بنابراین، مواد عایق جامد مورد استفاده در ترانسفورماتورهای روغنی باید هم دارای خواص عایق‌بندی الکتریکی و مکانیکی خوبی باشند و هم پس از سال‌ها کارکرد، کاهش عملکرد آن‌ها به آهستگی اتفاق بیفتد، یعنی دارای ویژگی‌های پیری مناسبی باشند. ۱. ویژگی‌های مواد فیبر کاغذی: مواد عایق فیبر کاغذی، اصلی‌ترین مواد تشکیل‌دهنده بخش‌های عایق در ترانسفورماتورهای روغنی هستند. فیبرهای کاغذی، اجزای اساسی بافت‌های جامد گیاهان محسوب می‌شوند؛ در مولکول‌های تشکیل‌دهنده این فیبرها، هسته‌هایی با بار مثبت و الکترون‌هایی با بار منفی وجود دارد که به دور هسته‌ها می‌چرخند. برخلاف رساناهای فلزی، در مواد عایق تقریباً هیچ الکترون آزادی وجود ندارد؛ جریان الکتریکی بسیار کمی که در مواد عایق ایجاد می‌شود، عمدتاً از طریق رسانایی یونی حاصل می‌گردد. سلولز از کربن، هیدروژن و اکسیژن تشکیل شده است؛ بنابراین به دلیل وجود گروه‌های هیدروکسید در ساختار مولکولی سلولز، امکان تشکیل آب وجود دارد و این امر باعث می‌شود الیاف کاغذ دارای ویژگی رطوبت‌دار بودن باشند. علاوه بر این، می‌توان این گروه‌های هیدروکسید را به عنوان هسته‌هایی در نظر گرفت که توسط مولکول‌های قطبی مختلف (مانند اسیدها و آب) احاطه شده‌اند؛ این مولکول‌ها از طریق پیوندهای هیدروژنی به یکدیگر متصل می‌شوند و باعث می‌شوند فیبرها در معرض خطر تخریب قرار بگیرند. در عین حال، فیبرها معمولاً حاوی درصدی از ناخالصی‌ها هستند (حدود ۷٪)؛ این ناخالصی‌ها شامل مقداری آب نیز می‌باشند. به دلیل ویژگی‌های کلوئیدی فیبرها، امکان حذف کامل این آب وجود ندارد. بدین ترتیب، بر ویژگی‌های الیاف کاغذ نیز تأثیر گذاشته می‌شود. الیاف قطبی نه تنها به راحتی آب را جذب می‌کنند (آب، یک محیط بسیار قطبی است)، بلکه هنگامی که الیاف کاغذ آب جذب می‌کنند، نیروهای تعاملی بین یون‌های هیدروکسید ضعیف می‌شود و در شرایط ناپایداری ساختار الیاف، استحکام مکانیکی آن‌ها به شدت کاهش می‌یابد. بنابراین، قطعات عایق کاغذی معمولاً باید پس از خشک‌کردن یا خشک‌کردن در فضای خلأ، و همچنین روغن‌کاری یا پوشاندن با رنگ عایق، برای استفاده آماده شوند. هدف از رنگ‌کاری، حفظ رطوبت در الیاف است تا استحکام عایقی، پایداری شیمیایی و استحکام مکانیکی بالاتری داشته باشند. همچنین، پس از مهر و بستن کاغذ با رنگ، جذب رطوبت توسط کاغذ کاهش می‌یابد، اکسیداسیون مواد متوقف می‌شود و همچنین می‌توان فضاهای خالی را پر کرد تا حباب‌هایی که ممکن است بر عملکرد عایق‌بندی تأثیر بگذارند و منجر به تخلیه الکتریکی و شکست الکتریکی شوند، کاهش یابند. اما برخی نیز معتقدند که پس از رنگ‌آمیزی با رنگ، روغن‌پاشی انجام دادن ممکن است باعث شود بخشی از رنگ به تدریج در روغن حل شده و بر عملکرد روغن تأثیر بگذارد؛ بنابراین باید در استفاده از چنین رنگ‌هایی، کاملاً مراقب بود. البته، ویژگی‌های مواد الیافی با ترکیبات مختلف و کیفیت‌های متفاوت یک ماده الیافی با همان ترکیب، باعث می‌شود که تأثیرات و عملکردهای آن‌ها نیز متفاوت باشد. برای مثال، در پنبه میزان الیاف بیشتر است؛ الیاف موجود در برخی از جنس‌ها نیز محکم‌تر هستند. همچنین، برخی از کارتن‌های عایق وارداتی، به دلیل فرآوری مناسب، دارای عملکردی بسیار بهتر نسبت به برخی از کارتن‌های تولید داخلی هستند. در اکثر ترانسفورماتورها، مواد عایق‌کننده از انواع مختلف کاغذ (مانند نوار کاغذی، مقوا، قطعات فشرده شده از کاغذ و غیره) برای عایق‌بندی استفاده می‌شوند. بنابراین، انتخاب مناسب مواد کاغذ عایق برای مواد خام در تولید و تعمیرات ترانسفورماتورها بسیار مهم است. مزایای ویژه کاغذ الیافی عبارتند از: کاربردی بودن، قیمت پایین، سهولت در فرآوری، شکل‌دهی و پردازش آسان در دماهای پایین، وزن کم، استحکام متوسط، و توانایی جذب مواد رزینی (مانند رزین عایق‌کننده، روغن ترانسفورماتور و غیره). ۲. استحکام مکانیکی مواد عایق کاغذی: مهم‌ترین عوامل در انتخاب مواد عایق کاغذی برای ترانسفورماتورهای روغنی، علاوه بر ترکیب الیاف کاغذ، چگالی، نفوذپذیری و یکنواختی آن، شامل الزامات مربوط به استحکام مکانیکی نیز می‌شود؛ این الزامات شامل استحکام تحت کشش، استحکام در برابر فشار، استحکام در برابر پارگی و انعطاف‌پذیری است: ① استحکام تحت کشش: این موضوع به این معناست که الیاف کاغذ باید در برابر بارهای کششی، بتوانند بیشترین تنش ممکن را تحمل کنند بدون اینکه پاره شوند ； ② مقاومت فشاری: معیاری برای سنجش توانایی الیاف کاغذ در تحمل فشار بدون شکستگی ； ③ مقاومت در برابر پارگی: نیروی لازم برای پاره شدن الیاف کاغذ باید مطابق با استانداردهای مربوطه باشد ； ④ مقاومت: توانایی کاغذ یا مقوا در مقابل تا شدن یا خم شدن، به گونه‌ای که الزامات مربوطه برآورده شود. برای ارزیابی عملکرد عایق‌های جامد، می‌توان از روش‌هایی مانند اندازه‌گیری درجه پلیمریزاسیون کاغذ یا کارتن برای گرفتن نمونه استفاده کرد؛ یا از تکنیک کروماتوگرافی مایع با بازدهی بالا برای اندازه‌گیری میزان فورفورال در روغن استفاده نمود. این کار به منظور تشخیص وجود مشکلات در داخل ترانسفورماتور، و همچنین تعیین اینکه آیا مشکل مربوط به عایق‌های جامد است یا خیر، یا اینکه آیا گرمای بیش از حد باعث پیری موضعی عایق سیم‌پیچ‌ها شده است یا خیر، انجام می‌شود. همچنین از این روش‌ها برای تعیین میزان پیری عایق‌های جامد نیز استفاده می‌شود. در فرآیندهای کارکرد و نگهداری مواد عایق‌کننده مبتنی بر الیاف کاغذی، باید به کنترل بار نامی ترانسفورماتور توجه کرد؛ همچنین لازم است که محیط کارکرد دارای جریان هوای مناسب و شرایط خنک‌کنندگی خوبی باشد تا از افزایش بیش از حد دمای ترانسفورماتور و کمبود روغن در آن جلوگیری شود. همچنین باید از آلودگی ناشی از روغن و فرسودگی، که منجر به پیر شدن سریع الیاف می‌شود، جلوگیری کرد؛ زیرا این امر می‌تواند عملکرد عایق‌بندی ترانسفورماتور، عمر مفید آن و عملکرد ایمن آن را تحت تأثیر قرار دهد. فرسودگی مواد فیبری کاغذی عمدتاً شامل سه جنبه است: (۱) شکستن فیبرها. هنگامی که گرمای بیش از حد باعث جدا شدن رطوبت از مواد الیافی می‌شود، این امر شکنندگی مواد الیافی را تسریع می‌کند. به دلیل شکنندگی و پوسته‌پوسته شدن کاغذ، تحت تأثیر نیروهای ضربه‌ای مانند لرزش‌های مکانیکی، تنش‌های الکتریکی و امواج عملیاتی، ممکن است اختلالات عایق‌بندی رخ داده و حوادث الکتریکی به وجود آید. (۲) استحکام مکانیکی مواد الیافی کاهش می‌یابد. مقاومت مکانیکی مواد الیافی با افزایش زمان تحت حرارت کاهش می‌یابد. هنگامی که گرمای ناشی از ترانسفورماتور باعث خارج شدن دوباره رطوبت از مواد عایق‌کننده می‌شود، مقدار مقاومت الکتریکی عایق‌ها ممکن است افزایش یابد، اما مقاومت مکانیکی آن‌ها **کاهش خواهد یافت** و کاغذهای عایق‌کننده دیگر قادر به مقاومت در برابر جریان‌های کوتاه‌مدت یا نیروهای مکانیکی مانند بارهای ناگهانی نخواهند بود. (۳) انقباض خود ماده الیافی. مواد الیافی پس از شکنندگی، منقبض می‌شوند که باعث کاهش نیروی فشار می‌گردد؛ این امر می‌تواند منجر به حرکت انقباضی شود و در نتیجه سیم‌پیچ‌های ترانسفورماتور تحت تأثیر لرزش‌های الکترومغناطیسی یا ولتاژهای ضربه‌ای، جابجا شده و عایق آن‌ها آسیب ببیند. دوم، خرابی‌های مربوط به عایقکاری با روغن مایع: ترانسفورماتورهایی که از روغن برای عایقکاری استفاده می‌کنند، در سال ۱۸۸۷ توسط دانشمند آمریکایی تامسون اختراع شدند؛ سپس در سال ۱۸۹۲ توسط شرکت جنرال الکتریک و سایر شرکت‌ها برای استفاده در ترانسفورماتورهای برق مورد استفاده قرار گرفتند. منظور از عایقکاری با روغن مایع، همان عایقکاری با روغن ترانسفورماتور است. ویژگی‌های ترانسفورماتورهای آغشته به روغن:
(۱) **بهبود استحکام عایق‌بندی الکتریکی، کاهش فاصله عایق‌بندی و کوچک شدن حجم دستگاه؛**
(۲) **بهبود کارایی انتقال گرما و تخلیه گرما در ترانسفورماتور، افزایش چگالی جریان مجاز در سیم‌ها، و کاهش وزن دستگاه. این روش باعث می‌شود گرمای تولید شده در بدنه ترانسفورماتور، از طریق چرخه حرارتی روغن، به پوسته ترانسفورماتور و رادیاتور منتقل شده و گرما تخلیه گردد؛ در نتیجه سطح خنک‌کاری مؤثر افزایش می‌یابد؛**
(۳) **به دلیل بسته بودن ترانسفورماتور با روغن، میزان اکسیداسیون برخی از قطعات و اجزای داخلی ترانسفورماتور کاهش یافته و عمر مفید آن افزایش می‌یابد.** ۲. ویژگی‌های روغن ترانسفورماتور: روغن ترانسفورماتور در حین کار، علاوه بر داشتن خواص عایق‌بندی و هدایت حرارتی مناسب و پایدار، موارد دیگری نیز لازم است. در میان آن‌ها، استحکام عایق‌بندی tg8، چگالی، نقطه انجماد و مقدار اسید و غیره از شاخص‌های اصلی خواص روغن عایق‌بندی هستند. روغن عایقی که از نفت استخراج می‌شود، ترکیبی از انواع هیدروکربن‌ها، رزین‌ها، اسیدها و سایر ناخالصی‌ها است؛ ویژگی‌های آن همیشه پایدار نیست و تحت تأثیر عواملی مانند دما، میدان الکتریکی و نور، به طور مداوم اکسید می‌شود. در شرایط عادی، فرآیند اکسیداسیون روغن عایق به آرامی اتفاق می‌افتد و در صورت نگهداری مناسب، حتی پس از ۲۰ سال استفاده نیز می‌تواند کیفیت لازم خود را حفظ کرده و پیر نشود. اما وجود فلزات، ناخالصی‌ها، گازها و موارد مشابه در روغن، باعث تسریع فرآیند اکسیداسیون می‌شود؛ در نتیجه کیفیت روغن کاهش یافته، رنگ آن تیره‌تر می‌شود، شفافیت آن کاهش می‌یابد و میزان رطوبت، اسیدیته و خاکستر موجود در آن افزایش می‌یابد؛ این امور باعث بدتر شدن ویژگی‌های روغن می‌شوند. ۳ دلایل فرسودگی روغن ترانسفورماتور: کاهش کیفیت روغن ترانسفورماتور، بسته به میزان شدت، می‌تواند در دو مرحله یعنی آلودگی و فرسودگی قرار گیرد. آلودگی به معنای ورود آب و ناخالصی‌ها به روغن است؛ این مواد محصول اکسیداسیون روغن نیستند. آلودگی باعث کاهش خواص عایقی روغن می‌شود، شدت میدان الکتریکی کاهش یافته و زاویه اتلاف رسانا نیز افزایش می‌یابد. فرسودگی، نتیجه اکسیداسیون روغن است؛ البته این اکسیداسیون فقط به معنای اکسیداسیون هیدروکربن‌های موجود در روغن خالص نیست، بلکه ناخالصی‌های موجود در روغن نیز می‌توانند فرآیند اکسیداسیون را تسریع کنند، به‌ویژه ذرات فلزی مانند مس، آهن و آلومینیوم. اکسیژن از هوای موجود در ترانسفورماتور به دست می‌آید؛ حتی در ترانسفورماتورهای کاملاً بسته نیز، حدود ۰.۲۵٪ از حجم آن را اکسیژن تشکیل می‌دهد. حلالیت اکسیژن بالا است؛ بنابراین سهم آن در گازهای محلول در روغن نیز بالاست. هنگام اکسیداسیون روغن ترانسفورماتور، رطوبت که به عنوان کاتالیزور عمل می‌کند و گرما که به عنوان تسریع‌کننده عمل می‌کند، باعث تشکیل لجن در روغن ترانسفورماتور می‌شود. تأثیرات این امر عبارتند از: در اثر میدان الکتریکی، ذرات رسوبی بزرگ‌تر می‌شوند؛ ناخالصی‌ها در مناطقی که میدان الکتریکی قوی‌تر است، تجمع می‌یابند و «پل‌های» رسانایی برای عایق‌بندی ترانسفورماتور ایجاد می‌کنند؛ رسوبات به صورت یکنواخت نیستند، بلکه به شکل نوارهای باریک جداگانه تشکیل می‌شوند و ممکن است در جهت خطوط برق مرتب شوند؛ این امر بدون شک مانع از تخلیه حرارت می‌شود، فرآیند پیری مواد عایق‌بندی را تسریع می‌کند و منجر به کاهش مقاومت عایق‌بندی و سطح عایق‌بندی می‌شود. ۴. فرآیند فساد روغن ترانسفورماتور: محصولات اصلی در مراحل مختلف فساد روغن، عبارتند از پراکسیدها، اسیدها، الکل‌ها، همان‌گونه‌ها و گل‌ولای روغنی. مرحله اولیه فرسودگی. پراکسیدهای تولیدشده در روغن، با مواد الیاف عایق واکنش داده و سلولز اکسیده را تشکیل می‌دهند؛ این امر باعث کاهش استحکام مکانیکی الیاف عایق، شکنندگی آن‌ها و انقباض عایق می‌شود. اسیدهای تولیدشده، اسیدهای چربی با خاصیت چسبناک هستند؛ اگرچه قدرت خورندگی آن‌ها به اندازه اسیدهای معدنی نیست، اما سرعت رشد آن‌ها و تأثیرشان بر مواد عایق ارگانیک بسیار زیاد است. مرحله فرسودگی پایانی. این ماده، گل‌ولای تولید می‌شود؛ زمانی که اسیدها موادی مانند مس، آهن و رنگ عایق‌کننده را تخریب می‌کنند، واکنشی رخ می‌دهد که منجر به تشکیل این گل‌ولای می‌شود. این ماده، یک ماده رسانای پلیمری چسبناک و شبیه به قیر است؛ می‌تواند تا حدی در روغن حل شود. تحت تأثیر میدان الکتریکی، سرعت تشکیل آن بسیار زیاد است؛ این ماده به مواد عایق‌کننده یا لبه‌های جعبه ترانسفورماتور می‌چسبد و در لوله‌های روغن و فن‌های خنک‌کننده نیز ته‌نشین می‌شود. این امر باعث افزایش دمای کاری ترانسفورماتور و کاهش استحکام الکتریکی آن می‌گردد. فرآیند اکسیداسیون روغن از دو شرط اصلی تشکیل شده است؛ یکی از آن‌ها، میزان اسیدیته بالای روغن در ترانسفورماتورهاست که باعث می‌شود روغن اسیدی شود. دوم اینکه، اکسیدهای محلول در روغن به ترکیباتی تبدیل می‌شوند که در روغن حل نمی‌شوند و در نتیجه کیفیت روغن ترانسفورماتور به تدریج کاهش می‌یابد. ۵ تحلیل کیفیت روغن ترانسفورماتور، ارزیابی و نگهداری آن (۱) فساد روغن عایق. از جمله ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی آن تغییر می‌کند و در نتیجه ویژگی‌های الکتریکی آن خراب می‌شود. با آزمایش مواردی مانند مقدار اسیدیته روغن عایق، کشش سطحی، ته‌نشینی گل و لای در روغن، و مقدار اسیدیته حل‌شونده در آب، می‌توان تشخیص داد که آیا این روغن دچار چنین نقصی است یا خیر. بازسازی روغن عایق می‌تواند محصولات ناشی از فساد روغن را از بین ببرد، اما در فرآیند تصفیه، آنتی‌اکسیدان‌های طبیعی موجود در روغن نیز ممکن است از بین بروند. (۲) ورود آب به روغن عایق و رطوبت‌گیری آن، به دلیل اینکه آب یک ماده قطبی قوی است. تحت تأثیر میدان الکتریکی، به راحتی تجزیه شده و هدایت الکتریکی روغن عایق را افزایش می‌دهد؛ بنابراین، مقدار کمی رطوبت می‌تواند باعث افزایش قابل توجه اتلاف انرژی در روغن عایق شود. با اندازه‌گیری مقدار آب میکروسکوپی در روغن عایق، می‌توان تشخیص داد که آیا این نوع نقص وجود دارد یا خیر. فیلتر کردن روغن عایق تحت فشار و در شرایط خلأ، معمولاً باعث حذف رطوبت می‌شود. (۳) روغن عایق در معرض میکروارگانیسم‌ها و باکتری‌ها قرار می‌گیرد. به عنوان مثال، هنگام نصب ترانسفورماتور اصلی یا برداشتن هسته آن، حشراتی که روی سطح قطعات عایق‌کننده وجود دارند و لکه‌ها و آلودگی‌های باقی‌مانده از کارکنان نصب، همگی می‌توانند حامل باکتری‌ها باشند و در نتیجه روغن عایق‌کننده را آلوده کنند؛ یا خود روغن عایق‌کننده از قبل مبتلا به میکروارگانیسم‌ها باشد. ترانسفورماتور اصلی معمولاً در دمای ۴۰ تا ۸۰ درجه سانتی‌گراد کار می‌کند که برای رشد و تکثیر این میکروارگانیسم‌ها بسیار مساعد است. از آنجایی که خواص عایق‌بندی مواد معدنی و پروتئین‌های موجود در میکروارگانیسم‌ها و فضولات آن‌ها بسیار پایین‌تر از روغن‌های عایق است، این امر باعث افزایش اتلاف انرژی توسط روغن‌های عایق می‌شود. رفع این نقص با روش پردازش چرخشی در محل، بسیار دشوار است؛ زیرا صرف‌نظر از روش پردازش، همواره بخشی از میکروارگانیسم‌ها روی جامدات عایق باقی می‌مانند. پس از تصفیه، عایق‌بندی ترانسفورماتور اصلی در کوتاه‌مدت بهبود خواهد یافت؛ اما از آنجایی که محیط کاری ترانسفورماتور اصلی برای رشد و تکثیر میکروارگانیسم‌ها بسیار مناسب است، این میکروارگانیسم‌های باقی‌مانده نیز سال به سال رشد و تکثیر خواهند کرد و در نتیجه عایق‌بندی برخی از ترانسفورماتورهای اصلی سال به سال کاهش خواهد یافت. (۴) رنگ عایق رزین آلکید حاوی مواد قطبی، در روغن حل می‌شود. تحت تأثیر میدان الکتریکی، مواد قطبی دچار قطبش رهایی دوقطبی می‌شوند؛ در فرآیند قطبش متناوب، انرژی مصرف می‌شود و به همین دلیل تلفات رسانایی روغن افزایش می‌یابد. اگرچه رنگ عایق‌کننده پیش از تحویل، تحت فرآیند خشک شدن قرار می‌گیرد، اما همچنان احتمال وجود خشک شدن ناقص آن وجود دارد. پس از مدتی کارکرد ترانسفورماتور اصلی، رنگ عایقی که به خوبی پاک نشده است، به تدریج در روغن حل می‌شود و باعث کاهش تدریجی عایق‌بندی آن می‌گردد. زمان بروز چنین نقص‌هایی به میزان کامل بودن فرآیند روکش‌کاری با رنگ عایق‌بندی بستگی دارد و از طریق یک یا دو بار فرآیند جذب، می‌توان نتایج مطلوبی به دست آورد. (۵) روغن تنها حاوی رطوبت و ناخالصی‌هاست. این نوع آلودگی، ویژگی‌های اساسی روغن را تغییر نمی‌دهد. برای آب، می‌توان از روش خشک کردن برای حذف آن استفاده کرد؛ برای ناخالصی‌ها نیز می‌توان از روش فیلتر کردن برای جدا کردن آن‌ها استفاده کرد؛ هوای موجود در روغن نیز می‌تواند با روش خلأسازی از آن حذف شود. (۶) استفاده مخلوط از دو نوع روغن عایق و بیشتر با منابع متفاوت. ویژگی‌های روغن باید مطابق با مقررات مربوطه باشد؛ چگالی، دمای منجمد شدن، چسبندگی روغن‌ها یکسان باشد و نقطه اشتعال آن‌ها نیز تقریباً یکسان باشد؛ همچنین، پایداری روغن پس از ترکیب نیز باید مطابق با الزامات باشد. در مورد روغن‌هایی که پس از مخلوط شدن کیفیتشان کاهش یافته، به دلیل تغییر در خواص روغن، مواد اسیدی و گل‌ولای تولید می‌شود؛ بنابراین برای بازگرداندن خواص اولیه آن‌ها، لازم است از روش‌های شیمیایی برای بازسازی روغن استفاده کرده و محصولات ناشی از کاهش کیفیت روغن را جدا کرد. سوم، عایق‌بندی و ویژگی‌های ترانسفورماتورهای رزینی خشک: ترانسفورماتورهای خشک (که منظور از آن‌ها ترانسفورماتورهای دارای عایق‌بندی رزین اپوکسی است) عمدتاً در مکان‌هایی که الزامات ایمنی در برابر آتش بالایی وجود دارد، مورد استفاده قرار می‌گیرند. مانند ساختمان‌های بلند، فرودگاه‌ها، مخازن نفت و غیره. ۱. انواع عایق‌بندی با رزین: ترانسفورماتورهای دارای عایق رزینی اپوکسی، بر اساس ویژگی‌های فرآیند تولید، به سه نوع تقسیم می‌شوند: نوع ریخته‌گری تحت فشار خلأ با مخلوط شن کوارتز و اپوکسی، نوع ریخته‌گری تحت فشار خلأ با تقویت الیاف شیشه‌ای بدون قلیا، و نوع پوشش‌دهی و آغشته‌سازی با الیاف شیشه‌ای بدون قلیا. (۱) عایق‌بندی با ریخته‌گری خلأی مخلوط شن سیلیکا اپوکسی. این نوع ترانسفورماتورها، از شن کوارتز به عنوان ماده پرکننده برای رزین اپوکسی استفاده می‌کنند؛ سیم‌پیچ‌هایی که با رنگ عایق‌بندی شده‌اند، در قالب‌های مخصوص قرار داده شده و سپس در شرایط خلأ، از مخلوط رزین اپوکسی و شن کوارتز برای پر کردن فضای بین سیم‌پیچ‌ها استفاده می‌شود. از آنجایی که فرآیند ریخته‌گری نمی‌تواند الزامات کیفیتی مانند وجود حباب‌های باقی‌مانده، ناهمگونی موضعی در ترکیب مواد و ایجاد تنش‌های حرارتی که می‌تواند منجر به ترک خوردن شود را برآورده کند، ترانسفورماتورهای عایق‌بندی‌شده از این دست برای محیط‌های مرطوب و گرم و مناطقی با تغییرات زیاد بار مناسب نیستند. (۲) عایق ریخته‌گری با فشار تفاضلی خلأ و تقویت با الیاف شیشه‌ای اپوکسی بدون قلیا. تقویت با الیاف شیشه‌ای اپوکسی بدون قلیا، استفاده از فرش شیشه‌ای با الیاف کوتاه بدون قلیا به عنوان عایق لایه‌های بیرونی در اطراف سیم‌هاست. ضخامت لایه عایقی خارجی معمولاً بین ۱ تا ۳ میلی‌متر است و از عایق نازکی تشکیل شده است. این عایق با استفاده از مواد رزینی اپوکسی ترکیب شده و در شرایط خلأ بالا، حباب‌های هوا از آن گرفته شده و سپس ریخته‌گری می‌شود. از آنجایی که ضخامت لایه عایقی کم است، در صورت ریخته‌گری ناقص، به راحتی نقاط تخلیه الکتریکی موضعی ایجاد می‌شود؛ بنابراین لازم است ترکیب مواد رزینی کاملاً دقیق انجام شود، حذف حباب‌ها در شرایط خلأ به طور کامل صورت گیرد، و همچنین چسبندگی پایین مواد رزینی و سرعت ریخته‌گری نیز به خوبی کنترل شود تا کیفیت ریخته‌گری در سیم‌پیچ‌ها تضمین گردد. (۳) عایق‌بندی با پیچیدن الیاف شیشه‌ای بدون قلیا. ترانسفورماتورهایی که با الیاف شیشه‌ای بدون قلیا پوشانده و آغشته می‌شوند، در حین پیچیدن سیم‌پیچ‌های ترانسفورماتور، عمل عایق‌بندی بین لایه‌های سیم‌پیچ و آغشته کردن سیم‌پیچ‌ها نیز انجام می‌شود. این نوع ترانسفورماتورها به قالب‌های مخصوص برای فرآیند آغشته کردن نیاز ندارند؛ اما از رزینی با چگالی کم استفاده می‌شود و در طول فرآیند پیچیدن و آغشته کردن سیم‌پیچ‌ها، نباید هیچ حباب کوچکی از رزین باقی بماند. ویژگی‌های عایق‌بندی و نگهداری ترانسفورماتورهای رزینی: سطح عایق‌بندی ترانسفورماتورهای رزینی تفاوت چندانی با ترانسفورماتورهای روغنی ندارد؛ نکته کلیدی، شاخص‌های افزایش دما و تخلیه الکتریکی موضعی در ترانسفورماتورهای رزینی است. (۱) سطح افزایش متوسط دما در ترانسفورماتورهای رزینی بالاتر از ترانسفورماتورهای روغنی است؛ بنابراین، نیاز به مقاومت حرارتی بالاتری در مواد عایق وجود دارد. اما از آنجایی که افزایش متوسط دما، دمای گرم‌ترین نقاط سیم‌پیچ‌ها را منعکس نمی‌کند، انتخاب مقاومت حرارتی مواد عایق صرفاً بر اساس این میزان، یا انتخاب نامناسب آن، یا کارکرد بیش از حد ترانسفورماتورهای رزینی برای مدت طولانی، می‌تواند بر عمر مفید ترانسفورماتور تأثیر بگذارد. از آنجایی که افزایش دما در ترانسفورماتورها معمولاً نشان‌دهنده دمای گرم‌ترین نقاط آن‌ها نیست، لذا در صورت امکان، بهتر است که تحت بار حداکثری ترانسفورماتور، از دستگاه‌های اندازه‌گیری دما با امواج مادون قرمز برای بررسی گرم‌ترین نقاط ترانسفورماتور استفاده شود؛ سپس جهت و زاویه دستگاه‌های خنک‌کننده تنظیم گردد تا افزایش دمای موضعی ترانسفورماتور کنترل شده و عملکرد ایمن آن تضمین گردد. (۲) میزان تخلیه موضعی در ترانسفورماتورهای رزینی، به عواملی مانند توزیع میدان الکتریکی در ترانسفورماتور، یکنواختی مخلوط رزین، وجود حباب‌های باقی‌مانده یا ترک خوردن رزین بستگی دارد. میزان تخلیه موضعی بر عملکرد، کیفیت و طول عمر ترانسفورماتورهای رزینی تأثیر می‌گذارد. بنابراین، اندازه‌گیری میزان تخلیه موضعی در ترانسفورماتورهای رزینی و بررسی آن، نوعی ارزیابی جامع از فرآیند تولید و کیفیت آن‌ها است. پس از تحویل ترانسفورماتورهای رزینی یا پس از تعمیرات گسترده، باید آزمایش اندازه‌گیری تخلیه موضعی انجام شود؛ همچنین، بر اساس تغییرات در میزان تخلیه موضعی، می‌توان استقرار کیفیت و عملکرد آن‌ها را ارزیابی کرد. با گسترش روزافزون استفاده از ترانسفورماتورهای خشک، هنگام انتخاب ترانسفورماتور، باید ساختار فرآیند تولید آن، طراحی عایق‌بندی و تنظیمات مربوط به عایق‌بندی را به خوبی درک کرد. همچنین باید محصولاتی با فرآیندهای تولید و سیستم‌های کنترل کیفیت مناسب، مدیریت تولید دقیق و عملکرد فنی قابل اعتماد انتخاب شوند؛ تا کیفیت محصول و عمر مقاومت آن در برابر حرارت تضمین شده و از عملکرد ایمن و قابل اعتماد ترانسفورماتور اطمینان حاصل گردد. چهارم، عوامل اصلی تأثیرگذار بر خرابی‌های عایق‌بندی ترانسفورماتورها: عوامل اصلی که بر عملکرد عایق‌بندی ترانسفورماتورها تأثیر می‌گذارند، شامل دما، رطوبت، روش‌های حفاظت از روغن و تأثیرات ولتاژهای بالا می‌باشد. ۱. تأثیر دما: ترانسفورماتورهای برق دارای عایق روغنی و کاغذی هستند و در دماهای مختلف، منحنی‌های تعادل میزان رطوبت موجود در روغن و کاغذ نیز متفاوت است. در شرایط عادی، با افزایش دما، رطوبت موجود در کاغذ به سمت روغن تراوش می‌کند؛ برعکس، کاغذ رطوبت موجود در روغن را جذب می‌کند. بنابراین، هنگامی که دما بالاتر است، میزان آب مولکولی در روغن عایق داخل ترانسفورماتور بیشتر است؛ در مقابل، میزان آب مولکولی کمتر خواهد بود. در دماهای مختلف، میزان گشوده شدن حلقه‌ها و قطع زنجیره‌های سلولز و همچنین تولید گاز، متفاوت است. در دمای مشخصی، سرعت تولید CO و CO₂ ثابت است؛ یعنی میزان گازهای CO و CO₂ در روغن، با گذشت زمان به صورت خطی تغییر می‌کند. هنگام افزایش مداوم دما، نرخ تولید CO و CO₂ معمولاً به صورت تصاعدی افزایش می‌یابد. بنابراین، میزان CO و CO₂ در روغن، ارتباط مستقیمی با پیری حرارتی کاغذ عایق دارد و تغییرات این میزان‌ها را می‌توان یکی از معیارهای تشخیص وجود ناهنجاری در لایه‌های کاغذی ترانسفورماتورهای ضدآب در نظر گرفت. عمر ترانسفورماتور به میزان پیری عایق بستگی دارد و پیری عایق نیز به دمای کاری بستگی دارد. در ترانسفورماتورهای روغنی، در شرایط بار استاندارد، افزایش متوسط دمای سیم‌پیچ‌ها ۶۵ درجه سانتی‌گراد و افزایش دمای گرم‌ترین نقاط آن‌ها ۷۸ درجه سانتی‌گراد است. اگر دمای محیطی متوسط ۲۰ درجه سانتی‌گراد باشد، دمای گرم‌ترین نقاط به ۹۸ درجه سانتی‌گراد خواهد رسید؛ در این دما، ترانسفورماتور می‌تواند بین ۲۰ تا ۳۰ سال کار کند. اما اگر ترانسفورماتور تحت بار بیش از حد کار کند، دما افزایش یافته و عمر آن کوتاه می‌شود. کمیته بین‌المللی الکتروتکنیک (IEC) معتقد است که در ترانسفورماتورهایی با عایق‌بندی درجه A، در محدوده دمایی ۸۰ تا ۱۴۰ درجه سانتی‌گراد، هر افزایش ۶ درجه سانتی‌گرادی در دما، باعث می‌شود زمان عمر مفید عایق ترانسفورماتور دو برابر شود؛ این همان قانون ۶ درجه سانتی‌گراد است. این قانون نشان می‌دهد که محدودیت‌های مربوط به دما، سخت‌گیرانه‌تر از قانون ۸ درجه سانتی‌گرادی است که در گذشته پذیرفته شده بود. ۲. تأثیر رطوبت: وجود رطوبت، فرآیند تجزیه سلولز کاغذ را تسریع می‌کند. بنابراین، تولید CO و CO₂ همچنین به میزان رطوبت موجود در مواد سلولزی نیز بستگی دارد. هنگامی که رطوبت ثابت باشد، هرچه میزان آب بیشتر باشد، مقدار CO₂ تولید شده نیز بیشتر خواهد بود. به عکس، هرچه میزان رطوبت کمتر باشد، مقدار CO تولید شده نیز بیشتر خواهد بود. مقدار کم رطوبت موجود در روغن عایق، یکی از عوامل مهمی است که بر ویژگی‌های عایق‌بندی تأثیر می‌گذارد. وجود مقادیر کم آب در روغن عایق، تأثیرات منفی شدیدی بر خواص الکتریکی و فیزیکوشیمیایی محیط عایق‌بندی دارد. آب می‌تواند باعث کاهش ولتاژ الکترواسپارک در روغن عایق شود، ضریب اتلاف محیط عایق‌بندی (tgδ) را افزایش دهد، فرآیند پیری روغن عایق را تسریع کند و باعث کاهش کارایی عایق‌بندی شود. خیس شدن تجهیزات، نه تنها باعث کاهش قابلیت اطمینان و عمر تجهیزات الکتریکی می‌شود، بلکه می‌تواند منجر به آسیب دیدن تجهیزات و حتی تهدید سلامت انسان‌ها شود. تأثیر روش‌های محافظت از روغن: نقش اکسیژن در روغن ترانسفورماتور، واکنش‌های تجزیه عایق‌بندی را تسریع می‌کند و میزان اکسیژن مرتبط با روش‌های محافظت از روغن است. علاوه بر این، روش‌های مختلف حفاظت از مخازن، باعث تفاوت در وضعیت حل شدن و انتشار CO و CO₂ در روغن می‌شود. از آنجایی که حلالیت CO کم است، CO موجود در ترانسفورماتورهای با ساختار باز به راحتی می‌تواند به فضای بالای روغن نفوذ کند؛ بنابراین، در ترانسفورماتورهای با ساختار باز، درصد حجمی CO معمولاً بیشتر از ۳۰۰×۱۰⁻⁶ نمی‌شود. ترانسفورماتورهای دربسته، به دلیل عایق بودن سطح روغن از هوا، باعث می‌شوند که CO و CO₂ به راحتی تبخیر نشوند؛ بنابراین میزان آن‌ها در این ترانسفورماتورها بالاتر است. ۴. تأثیرات ولتاژ بیش از حد: ① تأثیرات ولتاژ بیش از حد موقتی. ولتاژ بین فازها و زمین که در حین کار عادی ترانسفورماتور سه‌فاز ایجاد می‌شود، ۵۸٪ از ولتاژ بین فازها است. اما در صورت بروز خرابی در یکی از فازها، ولتاژ روی عایق اصلی در سیستم‌هایی که نقطه مرکزی آن‌ها به زمین متصل است، ۳۰٪ افزایش می‌یابد؛ در حالی که در سیستم‌هایی که نقطه مرکزی آن‌ها به زمین متصل نیست، این افزایش ۷۳٪ خواهد بود. این امر می‌تواند باعث آسیب به عایق‌ها شود. ② تأثیر ولتاژهای اضافی ناشی از صاعقه. ولتاژ اضافی ناشی از صاعقه، به دلیل شیب تند سر موج، باعث توزیع نامتوازن ولتاژ بر روی عایق‌های طولی (بین سیم‌ها، بین مدارها و عایق‌ها) می‌شود؛ این امر ممکن است ردپایی از رسانش الکتریکی بر روی عایق‌ها به جا بگذارد و در نتیجه باعث خرابی عایق‌های جامد شود. ③ تأثیر ولتاژ عملیاتی. از آنجایی که سر موج ولتاژ اضافی ناشی از عملیات بسیار هموار است، توزیع ولتاژ تقریباً خطی است. هنگامی که موج ولتاژ اضافی از یک سیم‌پیچ به سیم‌پیچ دیگر منتقل می‌شود، این انتقال تقریباً متناسب با تعداد پیچ‌های بین این دو سیم‌پیچ است؛ در نتیجه، این امر می‌تواند منجر به کاهش کیفیت و آسیب به عایق‌های اصلی یا عایق‌های بین فازها شود. ۵. تأثیر نیروی الکتریکی در حالت کوتاه‌سویی: هنگام کوتاه‌سویی خروجی، نیروی الکتریکی می‌تواند باعث تغییر شکل سیم‌پیچ‌های ترانسفورماتور و جابجایی سیم‌ها شود؛ این امر منجر به تغییر فاصله عایق‌بندی، گرم شدن عایق، تسریع فرآیند پیری یا آسیب دیدن آن می‌شود و در نتیجه باعث رخ دادن اختلالاتی مانند رسانش الکتریکی، ایجاد قوس الکتریکی و کوتاه‌سویی می‌گردد. بنابراین، درک عملکرد عایق‌بندی ترانسفورماتورهای برق و نگهداری مناسب آن‌ها، مستقیماً بر عملکرد ایمن، عمر مفید و قابلیت اطمینان تأمین برق تأثیر می‌گذارد. ترانسفورماتورهای برق، تجهیزات مهم و کلیدی در سیستم‌های برق هستند؛ بنابراین، کارکنان و مدیران مسئول نگهداری ترانسفورماتورها باید ساختار عایق‌بندی، ویژگی‌های مواد، کیفیت فرآیندهای تولید، روش‌های نگهداری و تکنیک‌های تشخیص علمی را بشناسند و درک کنند. همچنین، برای تضمین کارایی، عمر مفید و قابلیت اطمینان تأمین برق توسط ترانسفورماتورها، لازم است که مدیریت بهینه و مناسبی بر عملکرد آن‌ها اعمال شود. http://bbs.bjx.com.cn/data/attachment/forum/201611/03/13240151ecchb158w2ehe1.jpg