روغن ترانسفورماتور

مقاله کامل در مورد روغن ترانسفورماتور

1. مقدمه: روغن ترانسفورماتور و نقش حیاتی آن در سیستم‌های قدرت

ترانسفورماتورها به عنوان اجزای کلیدی در زیرساخت‌های انتقال و توزیع انرژی الکتریکی مدرن عمل می‌کنند. این دستگاه‌های حیاتی نقش اساسی در تبدیل سطوح ولتاژ برای اطمینان از انتقال کارآمد نیرو از نیروگاه‌ها به مصرف‌کنندگان نهایی ایفا می‌کنند. در قلب عملکرد قابل اعتماد این ترانسفورماتورها، روغن ترانسفورماتور قرار دارد، یک جزء متخصص که اهداف متعددی را برای تسهیل عملکرد ایمن و کارآمد این سیستم‌های قدرت ایفا می‌کند. در واقع، عملکرد و طول عمر یک ترانسفورماتور به شدت به خواص و وضعیت روغن آن بستگی دارد.

این روغن به عنوان یک عایق الکتریکی عمل می‌کند، اجزای فعال ترانسفورماتور را احاطه کرده و از اتصال کوتاه جلوگیری می‌کند، که برای عملکرد ایمن در ولتاژهای بالا ضروری است. علاوه بر این، روغن ترانسفورماتور به عنوان یک خنک‌کننده حیاتی عمل می‌کند، گرمای تولید شده در اثر فرآیند تبدیل الکتریکی را دفع می‌کند و به حفظ دمای عملکرد بهینه کمک می‌کند. علاوه بر این، نقش‌های ثانویه روغن ترانسفورماتور شامل سرکوب تخلیه کرونا و قوس الکتریکی، حفاظت از عایق جامد در برابر تخریب و فراهم کردن وسیله‌ای برای تشخیص وضعیت داخلی ترانسفورماتور از طریق تجزیه و تحلیل روغن است.

با توجه به نقش محوری روغن ترانسفورماتور در سیستم‌های قدرت، درک خواص، انواع و کاربردهای آن برای مهندسان، محققان و متخصصان صنعت برق از اهمیت بالایی برخوردار است. این دانش برای اطمینان از انتخاب مناسب روغن برای کاربردهای خاص، اجرای شیوه‌های نگهداری موثر و رسیدگی به چالش‌ها و پیشرفت‌های موجود در این زمینه، از جمله ملاحظات زیست‌محیطی و توسعه جایگزین‌های پایدار، ضروری است. این مقاله به بررسی جامع روغن ترانسفورماتور می‌پردازد و تعریف، وظایف اصلی، انواع مختلف مورد استفاده در ترانسفورماتورهای قدرت و توزیع، خواص و ویژگی‌های کلیدی آن، کاربردها در تجهیزات الکتریکی، اقدامات احتیاطی ایمنی، دستورالعمل‌های نگهداری، ملاحظات زیست‌محیطی و تولیدکنندگان و تامین‌کنندگان اصلی را بررسی می‌کند. هدف این مقاله ارائه یک منبع جامع برای کسانی است که به دنبال درک عمیق این جزء حیاتی در سیستم‌های قدرت هستند.

2. تعریف و وظایف اصلی روغن ترانسفورماتور

روغن ترانسفورماتور، که به آن روغن عایق نیز گفته می‌شود، نوعی روغن است که در دماهای بالا پایدار بوده و خواص عایق الکتریکی بسیار خوبی دارد. این روغن معمولاً در ترانسفورماتورهای روغنی، برخی از انواع خازن‌های ولتاژ بالا، بالاست‌های لامپ فلورسنت و برخی از انواع کلیدها و قطع‌کننده‌های مدار ولتاژ بالا استفاده می‌شود. در حالی که روغن معدنی رایج‌ترین پایه برای روغن ترانسفورماتور است، فرمولاسیون‌های جایگزین با خواص مهندسی یا زیست‌محیطی متفاوت، محبوبیت بیشتری پیدا می‌کنند. روغن ترانسفورماتور به طور معمول یک مایع شفاف به رنگ زرد روشن است که چگالی نسبی آن حدود 0.895 و نقطه انجماد آن زیر 45- درجه سانتیگراد است.

وظایف اصلی روغن ترانسفورماتور در عملکرد و نگهداری ترانسفورماتورهای قدرت و توزیع چندگانه و حیاتی است:

• عایق الکتریکی: یکی از وظایف اصلی روغن ترانسفورماتور، فراهم کردن عایق الکتریکی بین اجزای مختلف ترانسفورماتور است که در پتانسیل‌های مختلف کار می‌کنند. این عایق از اتصال کوتاه جلوگیری می‌کند و عملکرد ایمن و کارآمد دستگاه را تضمین می‌کند. برای دستیابی به این هدف، روغن ترانسفورماتور باید قدرت دی الکتریک بالایی داشته باشد تا بتواند بدون شکست الکتریکی در برابر ولتاژهای بالا مقاومت کند. علاوه بر این، روغن باید خواص عایقی خود را در دماهای بالا و برای مدت طولانی حفظ کند تا از عملکرد قابل اعتماد در شرایط مختلف اطمینان حاصل شود.
• خنک‌کننده: ترانسفورماتورها در حین کار به دلیل مقاومت الکتریکی در سیم‌پیچ‌ها و تلفات مغناطیسی در هسته، گرما تولید می‌کنند. روغن ترانسفورماتور به عنوان یک خنک‌کننده موثر عمل می‌کند و این گرما را از اجزای فعال ترانسفورماتور دفع می‌کند. روغن باید هدایت حرارتی خوبی داشته باشد تا بتواند گرما را به طور موثر از هسته و سیم‌پیچ‌ها دور کند. در ترانسفورماتورهای قدرت بزرگ، مخزن پر از روغن ممکن است دارای رادیاتورهای خارجی باشد که روغن از طریق همرفت طبیعی در آن‌ها گردش می‌کند و خنک می‌شود. در برخی موارد، ممکن است از فن‌های خنک‌کننده، پمپ‌های روغن و حتی مبدل‌های حرارتی روغن به آب برای افزایش خنک‌سازی استفاده شود.
• جلوگیری از تخلیه کرونا و قوس الکتریکی: روغن ترانسفورماتور به سرکوب تخلیه کرونا و قوس الکتریکی در داخل ترانسفورماتور کمک می‌کند. این پدیده‌ها می‌توانند منجر به خرابی الکتریکی و آسیب به دستگاه شوند، بنابراین توانایی روغن در به حداقل رساندن وقوع آن‌ها بسیار مهم است.
• حفاظت از عایق جامد: ترانسفورماتورها از عایق جامد، معمولاً کاغذ سلولزی، برای عایق‌بندی سیم‌پیچ‌ها استفاده می‌کنند. روغن ترانسفورماتور به جلوگیری از اکسیداسیون این عایق کاغذی کمک می‌کند. با غوطه‌ور کردن کامل هسته و سیم‌پیچ‌ها در روغن، از تماس مستقیم اکسیژن اتمسفر با عایق سلولزی جلوگیری می‌شود، که می‌تواند منجر به تخریب آن شود.
• تشخیص وضعیت ترانسفورماتور: روغن ترانسفورماتور وسیله‌ای برای تشخیص وضعیت داخلی ترانسفورماتور فراهم می‌کند. با نمونه‌برداری و تجزیه و تحلیل روغن، متخصصان می‌توانند اطلاعات ارزشمندی در مورد سلامت و عملکرد ترانسفورماتور به دست آورند. به عنوان مثال، آنالیز گازهای محلول (DGA) می‌تواند نشان‌دهنده وجود خطاها یا شرایط غیرعادی در داخل دستگاه باشد.

روغن ترانسفورماتور نقشی چندگانه و حیاتی در عملکرد و طول عمر ترانسفورماتور ایفا می‌کند. خواص عایقی و خنک‌کنندگی آن مستقیماً بر کارایی و ایمنی سیستم‌های قدرت تأثیر می‌گذارد. عدم وجود یا کیفیت پایین روغن ترانسفورماتور می‌تواند منجر به افزایش دما، کاهش عایق الکتریکی و در نهایت خرابی ترانسفورماتور شود. بنابراین، انتخاب و نگهداری مناسب روغن ترانسفورماتور برای اطمینان از عملکرد قابل اعتماد سیستم‌های قدرت ضروری است.

3. انواع روغن ترانسفورماتور

روغن‌های ترانسفورماتور در انواع مختلفی تولید می‌شوند که هر کدام برای برآورده کردن نیازهای عملکردی و زیست‌محیطی خاص طراحی شده‌اند. متداول‌ترین انواع روغن ترانسفورماتور عبارتند از:

• روغن‌های معدنی (Mineral Oils): روغن‌های معدنی به طور گسترده به عنوان روغن ترانسفورماتور مورد استفاده قرار می‌گیرند و متداول‌ترین نوع هستند. این روغن‌ها از پالایش نفت خام به دست می‌آیند و به دلیل خواص عایق الکتریکی عالی و در دسترس بودن، شناخته شده‌اند. روغن‌های معدنی را می‌توان بیشتر به دو دسته اصلی تقسیم کرد:
  • روغن‌های نفتی پارافینی (Paraffinic Mineral Oils): این روغن‌ها از نفت خام با مقدار قابل توجهی پارافین نرمال مشتق شده‌اند. آن‌ها اکسیداسیون کمتری دارند و نقطه جوش آن‌ها حدود 530 درجه سانتیگراد است. با این حال، به دلیل محتوای بالای موم، نقطه ریزش آن‌ها در مقایسه با روغن‌های نفتنیک بالاتر است و محصولات اکسیداسیون در روغن نامحلول هستند. روغن‌های پارافینی بیشتر در مناطق گرمتر به دلیل نقطه جوش بالاتر و سرعت تبخیر پایین‌تر ترجیح داده می‌شوند.
  • روغن‌های نفتی نفتنیک (Naphthenic Mineral Oils): این روغن‌ها از نفت خام با پارافین نرمال بسیار کم مشتق شده‌اند. نقطه جوش آن‌ها حدود 425 درجه سانتیگراد است و در مقایسه با روغن‌های پارافینی، بیشتر مستعد خوردگی هستند. به دلیل محتوای موم کمتر، نقطه ریزش آن‌ها پایین‌تر است و محصولات اکسیداسیون در روغن محلول هستند. روغن‌های نفتنیک عملکرد خوبی در هوای سرد دارند و در برابر اکسیداسیون مقاوم هستند. انتخاب بین روغن‌های پارافینی و نفتنیک بستگی به شرایط آب و هوایی و نیازهای عملکردی خاص ترانسفورماتور دارد.
• روغن‌های گیاهی (Vegetable Oils/Natural Esters): روغن‌های گیاهی به عنوان جایگزینی سازگار با محیط زیست برای روغن‌های معدنی در ترانسفورماتورها ظاهر شده‌اند. این روغن‌ها از منابع تجدیدپذیر مانند روغن سویا یا کلزا به دست می‌آیند. آن‌ها قابلیت تجزیه‌پذیری زیستی بالایی دارند (بیش از 97٪ در 28 روز) و غیر سمی و ایمن برای محیط زیست هستند. روغن‌های گیاهی نقطه اشتعال و نقطه آتش‌گیری بالاتری نسبت به روغن‌های معدنی دارند و تحمل رطوبت بالایی دارند، که خطر خرابی دی الکتریک در دماهای سرد را کاهش می‌دهد. استفاده از روغن‌های گیاهی می‌تواند عمر عایق کاغذی ترانسفورماتور را افزایش دهد. با این حال، هزینه اولیه آن‌ها در مقایسه با روغن‌های معدنی بالاتر است و پایداری اکسیداسیون متوسطی دارند. همچنین ویسکوزیته و نقطه ریزش آن‌ها در مقایسه با روغن‌های معدنی بیشتر است. روغن‌های گیاهی به دلیل مزایای زیست‌محیطی و ایمنی در حال افزایش محبوبیت هستند، به ویژه در مناطق حساس و کاربردهایی که نیاز به کاهش اثرات زیست‌محیطی دارند.
• روغن‌های مصنوعی (Synthetic Oils): روغن‌های مصنوعی برای ارائه ویژگی‌های عملکردی خاص در ترانسفورماتورها مهندسی شده‌اند. این دسته شامل انواع مختلفی از روغن‌ها می‌شود:
  • استرهای مصنوعی (Synthetic Esters): این روغن‌ها از طریق سنتز شیمیایی تولید می‌شوند و خواص متعادلی بین روغن معدنی و روغن‌های سیلیکونی ارائه می‌دهند. آن‌ها دارای ظرفیت حمل بار بالا، پایداری حرارتی و قابلیت تجزیه‌پذیری زیستی هستند. استرهای مصنوعی پایداری اکسیداسیون و حرارتی بهبود یافته‌ای دارند و قابلیت تمیزکنندگی خوبی در دماهای بالا نشان می‌دهند. آن‌ها می‌توانند با روغن‌های معدنی مخلوط شوند. با این حال، هزینه آن‌ها بالا است و ممکن است در مورد پایداری هیدرولیک و سازگاری با مهر و موم مشکلاتی ایجاد کنند.
  • هیدروکربن‌های مصنوعی (Synthetic Hydrocarbons): این روغن‌ها به طور مهندسی شده‌اند تا تعادلی از خواص مشابه روغن‌های معدنی اما با ویژگی‌های عملکردی پیشرفته ارائه دهند. آن‌ها به دلیل پایداری و کارایی‌شان شناخته شده‌اند.
  • روغن‌های سیلیکونی (Silicone Oils): روغن‌های سیلیکونی پایداری حرارتی و مقاومت در برابر اکسیداسیون بسیار خوبی دارند. آن‌ها می‌توانند به طور موثر در دماهای بالاتر و در محیط‌های سخت کار کنند. روغن‌های سیلیکونی مقاومت بالایی در برابر آتش دارند و نقطه اشتعال آن‌ها معمولاً بالای 300 درجه سانتیگراد است. با این حال، هزینه آن‌ها به طور قابل توجهی بالاتر از روغن‌های معدنی است (حدود شش برابر) و قابلیت تجزیه‌پذیری زیستی ندارند ⁵. روغن‌های مصنوعی برای کاربردهای خاص با نیازهای عملکردی بالا مانند دماهای شدید یا مقاومت در برابر آتش مناسب هستند، اما هزینه بالاتری دارند.
• سایر انواع روغن‌ها (Other Types of Oils): علاوه بر این روغن‌ها، انواع دیگری از روغن‌های ترانسفورماتور نیز وجود دارند که شامل روغن‌های FR3 (یک نوع روغن استر طبیعی با خواص عالی) و روغن‌های PCB (پلی کلروبی فنیل‌ها که قبلاً استفاده می‌شدند اما به دلیل سمی بودن و خطرات زیست‌محیطی ممنوع شده‌اند) می‌شود. در نظر گرفتن روغن‌های جایگزین و ممنوعیت استفاده از روغن‌های مضر برای محیط زیست و سلامت انسان ضروری است.

4. خواص و ویژگی‌های کلیدی روغن ترانسفورماتور

عملکرد و طول عمر روغن ترانسفورماتور به خواص الکتریکی، فیزیکی و شیمیایی آن بستگی دارد. این خواص تضمین می‌کنند که روغن می‌تواند به طور موثر عایق‌بندی کند، خنک کند و از ترانسفورماتور در برابر شرایط مختلف عملیاتی محافظت کند.

• خواص الکتریکی (Electrical Properties):
  • استحکام دی الکتریک (Dielectric Strength/Breakdown Voltage): استحکام دی الکتریک، که به آن ولتاژ شکست نیز گفته می‌شود، حیاتی‌ترین خاصیت الکتریکی روغن ترانسفورماتور است. این خاصیت نشان‌دهنده توانایی روغن در مقاومت در برابر ولتاژ الکتریکی اعمال شده بدون شکست یا اجازه عبور جریان است. استحکام دی الکتریک بالا برای عملکرد عایقی خوب روغن ضروری است و مستقیماً بر عملکرد ترانسفورماتور تأثیر می‌گذارد. حداقل مقدار قابل قبول برای روغن ترانسفورماتور معمولاً 30 کیلوولت است. حضور رطوبت، ذرات معلق و سایر آلودگی‌ها در روغن می‌تواند استحکام دی الکتریک آن را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.
  • مقاومت ویژه (Specific Resistance/Resistivity): مقاومت ویژه، که به آن مقاومت نیز گفته می‌شود، اندازه‌گیری مقاومت DC بین دو طرف مقابل یک مکعب یک سانتی‌متری از روغن است. این خاصیت نشان‌دهنده توانایی روغن در جلوگیری از جریان نشتی است. روغن ترانسفورماتور باید در دمای اتاق و همچنین در دماهای بالا مقدار مقاومت ویژه خوبی داشته باشد. حداقل مقدار استاندارد برای مقاومت ویژه روغن ترانسفورماتور در 90 درجه سانتیگراد 35 × 10¹² اهم-سانتی‌متر و در 27 درجه سانتیگراد 1500 × 10¹² اهم-سانتی‌متر است.
  • فاکتور اتلاف دی الکتریک (Dielectric Dissipation Factor/Tan Delta): فاکتور اتلاف دی الکتریک، که به آن تان دلتا نیز گفته می‌شود، نشان‌دهنده میزان اتلاف انرژی در روغن تحت تأثیر یک میدان الکتریکی متناوب است. مقدار کم فاکتور اتلاف دی الکتریک نشان‌دهنده کیفیت عایقی خوب روغن و اتلاف انرژی کم است. مقدار بالا نشان‌دهنده وجود آلودگی‌ها و نقص‌هایی در عایق روغن است که می‌تواند منجر به افزایش هدایت الکتریکی و کاهش مقاومت شود.
  • ثابت دی الکتریک (Relative Permittivity): ثابت دی الکتریک، که به آن گذردهی نسبی نیز گفته می‌شود، توانایی مولکول‌های روغن در قطبش در حضور یک میدان الکتریکی را تعیین می‌کند. در سیستم عایقی مرکب روغن/کاغذ ترانسفورماتور، ثابت دی الکتریک بالاتر روغن منجر به توزیع یکنواخت‌تر میدان الکتریکی در فصل مشترک بین روغن و کاغذ عایق می‌شود که برای عملکرد خوب ترانسفورماتور ترجیح داده می‌شود. روغن استر طبیعی تازه دارای ثابت دی الکتریک بالاتری نسبت به روغن معدنی تازه است. خواص الکتریکی روغن ترانسفورماتور مستقیماً با عملکرد عایقی آن مرتبط است و برای جلوگیری از خرابی الکتریکی در ترانسفورماتور بسیار مهم است.
• خواص فیزیکی (Physical Properties):
  • ویسکوزیته (Viscosity): ویسکوزیته، که به آن گرانروی نیز گفته می‌شود، اندازه‌گیری مقاومت روغن در برابر جریان است. ویسکوزیته کم به گردش بهتر روغن در داخل ترانسفورماتور و در نتیجه انتقال حرارت موثرتر کمک می‌کند. ویسکوزیته مناسب برای عملکرد صحیح روغن در دماهای مختلف عملیاتی ضروری است.
  • نقطه اشتعال (Flash Point): نقطه اشتعال کمترین دمایی است که در آن بخارات روغن با هوا مخلوط قابل اشتعال تشکیل می‌دهند. نقطه اشتعال بالا برای ایمنی در برابر آتش‌سوزی بسیار مهم است. حداقل مقدار مطلوب برای نقطه اشتعال روغن ترانسفورماتور معمولاً بالای 140 درجه سانتیگراد است.
  • نقطه ریزش (Pour Point): نقطه ریزش کمترین دمایی است که در آن روغن تحت شرایط استاندارد شروع به جریان می‌کند. نقطه ریزش پایین برای اطمینان از اینکه روغن حتی در دماهای پایین نیز سیال باقی می‌ماند و می‌تواند به گردش خود ادامه داده و وظایف خنک‌کنندگی و عایقی خود را انجام دهد، در کاربردهایی که ترانسفورماتور در آب و هوای سرد کار می‌کند، ضروری است. نقطه ریزش روغن ترانسفورماتور معمولاً کمتر از 40- درجه سانتیگراد است ².
  • دانسیته (Density): دانسیته، که به آن چگالی نیز گفته می‌شود، جرم روغن در واحد حجم است. دانسیته کم برای تسهیل رسوب رطوبت و سایر ناخالصی‌ها از روغن مطلوب است.
  • هدایت حرارتی (Thermal Conductivity): هدایت حرارتی توانایی روغن در انتقال حرارت است. هدایت حرارتی بالا برای خنک‌سازی موثر هسته و سیم‌پیچ‌های ترانسفورماتور که در حین کار گرما تولید می‌کنند، ضروری است.
  • کشش سطحی بین سطحی (Interfacial Tension): کشش سطحی بین سطحی اندازه‌گیری نیروی جاذبه بین مولکول‌های آب و روغن است. مقدار بالا برای کشش سطحی بین سطحی نشان‌دهنده کیفیت خوب روغن و عدم وجود آلودگی‌های قطبی است که می‌توانند خواص عایقی روغن را به خطر بیندازند. خواص فیزیکی روغن ترانسفورماتور بر کارایی خنک‌کنندگی، قابلیت جریان و ایمنی آن تأثیر می‌گذارد.
• خواص شیمیایی (Chemical Properties):
  • محتوای آب (Water Content): محتوای آب مقدار رطوبت موجود در روغن ترانسفورماتور را نشان می‌دهد. حتی مقدار کم آب می‌تواند خواص دی الکتریک روغن را به میزان قابل توجهی کاهش دهد و منجر به افزایش خطر خرابی الکتریکی شود. حداکثر مقدار مجاز برای محتوای آب در روغن ترانسفورماتور معمولاً 50 قسمت در میلیون (ppm) است.
  • اسیدیته (Acidity/Neutralization Value): اسیدیته، که به آن مقدار خنثی‌سازی نیز گفته می‌شود، مقدار ترکیبات اسیدی موجود در روغن را اندازه‌گیری می‌کند. اسیدیته بالا نشان‌دهنده تخریب روغن از طریق اکسیداسیون و خطر خوردگی قطعات فلزی ترانسفورماتور است.
  • پایداری اکسیداسیون (Oxidation Stability): پایداری اکسیداسیون توانایی روغن در مقاومت در برابر اکسیداسیون و تشکیل لجن و اسیدها را توصیف می‌کند. پایداری اکسیداسیون بالا برای اطمینان از اینکه روغن می‌تواند برای مدت طولانی بدون از دست دادن خواص خود به طور موثر عمل کند، ضروری است.
  • محتوای گوگرد (Sulfur Content): محتوای گوگرد مقدار ترکیبات گوگرد موجود در روغن ترانسفورماتور را نشان می‌دهد. گوگرد خورنده می‌تواند به قطعات مسی داخل ترانسفورماتور آسیب برساند و منجر به خرابی شود.
  • قابلیت تجزیه‌پذیری زیستی (Biodegradability): قابلیت تجزیه‌پذیری زیستی توانایی روغن در تجزیه شدن توسط میکروارگانیسم‌ها در محیط زیست را نشان می‌دهد. این خاصیت به ویژه برای روغن‌های گیاهی و برخی از روغن‌های مصنوعی که به عنوان جایگزین‌های سازگار با محیط زیست برای روغن‌های معدنی توسعه یافته‌اند، اهمیت دارد. خواص شیمیایی روغن ترانسفورماتور بر طول عمر، سازگاری با مواد ترانسفورماتور و اثرات زیست‌محیطی آن تأثیر می‌گذارد.

5. کاربردهای روغن ترانسفورماتور

روغن ترانسفورماتور به دلیل خواص عایقی و خنک‌کنندگی منحصربه‌فرد خود، کاربردهای گسترده‌ای در انواع مختلف ترانسفورماتورها و تجهیزات الکتریکی دارد:

• ترانسفورماتورهای قدرت (Power Transformers): روغن ترانسفورماتور به طور گسترده در ترانسفورماتورهای قدرت استفاده می‌شود که برای انتقال ولتاژهای بالا در شبکه‌های انتقال نیرو به کار می‌روند. این ترانسفورماتورها معمولاً بزرگ هستند و به مقدار زیادی روغن برای عایق‌بندی و خنک‌سازی نیاز دارند.
• ترانسفورماتورهای توزیع (Distribution Transformers): ترانسفورماتورهای توزیع که برای کاهش ولتاژ به سطح ایمن برای مصرف خانگی و تجاری استفاده می‌شوند، نیز به روغن ترانسفورماتور متکی هستند. این ترانسفورماتورها در اندازه‌های مختلفی وجود دارند و در سیستم‌های توزیع برق محلی یافت می‌شوند.
• ترانسفورماتورهای ابزار دقیق (Instrument Transformers): ترانسفورماتورهای ابزار دقیق که برای کاهش جریان و ولتاژ به مقادیر قابل اندازه‌گیری برای ابزارهای دقیق مانند آمپرمترها و ولت‌مترها استفاده می‌شوند، نیز از روغن ترانسفورماتور برای عایق‌بندی و خنک‌سازی بهره می‌برند.
• کلیدهای قدرت (Switchgear): روغن ترانسفورماتور به عنوان یک عایق و خاموش‌کننده قوس الکتریکی در کلیدهای ولتاژ بالا و قطع‌کننده‌های مدار استفاده می‌شود. هنگامی که این دستگاه‌ها باز یا بسته می‌شوند، ممکن است قوس الکتریکی ایجاد شود و روغن به خاموش کردن این قوس کمک می‌کند و از آسیب به تجهیزات و اطمینان از عملکرد ایمن جلوگیری می‌کند.
• خازن‌های ولتاژ بالا (High-Voltage Capacitors): برخی از انواع خازن‌های ولتاژ بالا از روغن ترانسفورماتور به عنوان ماده دی الکتریک استفاده می‌کنند. روغن عایق الکتریکی لازم بین صفحات خازن را فراهم می‌کند و به آن‌ها اجازه می‌دهد تا انرژی الکتریکی را به طور موثر ذخیره کنند.
• بالاست‌های لامپ فلورسنت (Fluorescent Lamp Ballasts): در برخی از بالاست‌های لامپ فلورسنت از روغن ترانسفورماتور استفاده می‌شود. در این کاربرد، روغن هم به عنوان عایق الکتریکی و هم به عنوان یک هادی حرارتی عمل می‌کند و به دفع گرمای تولید شده توسط بالاست در حین کار کمک می‌کند.
• سایر تجهیزات الکتریکی (Other Electrical Equipment): علاوه بر کاربردهای ذکر شده، روغن ترانسفورماتور در طیف وسیعی از سایر تجهیزات الکتریکی نیز استفاده می‌شود. این شامل راکتورها (Inductors)، کندانسورها (Condensers) و مبدل‌ها (Transducers) می‌شود. همچنین در برخی موارد، روغن ترانسفورماتور ممکن است در داشبوردها (Dashpots) و پمپ‌های خلاء (Vacuum pumps) نیز استفاده شود. روغن‌های معدنی با خواص روانکاری ممکن است در سیستم‌های هیدرولیک، جعبه‌دنده‌ها و توربین‌ها نیز کاربرد داشته باشند. در صنعت کابل‌سازی، روغن ترانسفورماتور برای پر کردن فضای بین سیم‌ها به منظور عایق الکتریکی استفاده می‌شود. همچنین در تاسیسات صنعتی بزرگ، ترانسفورماتورهای مجهز به رادیاتورهای پر از روغن معدنی ممکن است برای خنک‌سازی تجهیزات صنعتی بزرگ نیز استفاده شوند.

به طور خلاصه، روغن ترانسفورماتور به دلیل خواص منحصربه‌فرد خود، یک جزء ضروری در طیف گسترده‌ای از تجهیزات الکتریکی است و نقش‌های حیاتی در عایق‌بندی، خنک‌سازی و حفاظت ایفا می‌کند.

6. اقدامات احتیاطی ایمنی و دستورالعمل‌های حمل و نگهداری

کار با روغن ترانسفورماتور مستلزم رعایت اقدامات احتیاطی ایمنی مناسب و پیروی از دستورالعمل‌های حمل و نگهداری برای محافظت از پرسنل، جلوگیری از آسیب به تجهیزات و به حداقل رساندن اثرات زیست‌محیطی است.

• خطرات احتمالی: روغن ترانسفورماتور، اگرچه معمولاً دارای نقطه اشتعال بالایی است، اما همچنان قابل اشتعال است و در صورت قرار گرفتن در معرض منابع اشتعال در دماهای بالا می‌تواند خطرناک باشد. تماس با پوست و چشم می‌تواند منجر به تحریک و درماتیت شود، به ویژه در صورت قرار گرفتن در معرض طولانی مدت یا مکرر. بلعیدن روغن ترانسفورماتور می‌تواند خطر آسپیراسیون را به همراه داشته باشد و در صورت ورود به ریه‌ها، منجر به پنومونی شیمیایی شود. نشت روغن ترانسفورماتور می‌تواند منجر به آلودگی محیط زیست، از جمله آلودگی خاک و آب شود. در صورت احتراق، روغن ترانسفورماتور می‌تواند گازهای خطرناک مانند اکسیدهای کربن و نیتروژن آزاد کند.
• توصیه‌های ایمنی در هنگام کار با روغن: برای به حداقل رساندن خطرات احتمالی مرتبط با روغن ترانسفورماتور، چندین توصیه ایمنی باید رعایت شود. پرسنل باید همیشه از تجهیزات حفاظت فردی مناسب از جمله دستکش‌های مقاوم در برابر مواد شیمیایی، عینک ایمنی یا محافظ صورت و لباس محافظ استفاده کنند. باید از تماس مستقیم روغن با پوست و چشم جلوگیری شود. همچنین باید از تنفس بخارات و میست روغن اجتناب شود. رعایت بهداشت فردی مناسب، از جمله شستن دست‌ها به طور کامل پس از کار با روغن، ضروری است. باید اطمینان حاصل شود که محل کار دارای تهویه مناسب است تا از تجمع بخارات جلوگیری شود. برای جلوگیری از آلودگی محیط زیست، باید از ریختن روغن جلوگیری شود و در صورت ریختن، باید فوراً پاک شود. هنگام حمل و نقل و جابجایی ظروف حاوی روغن ترانسفورماتور، باید احتیاط لازم انجام شود تا از ضربه و آسیب به ظروف جلوگیری شود.
• دستورالعمل‌های نگهداری: نگهداری صحیح روغن ترانسفورماتور برای حفظ کیفیت و ایمنی آن بسیار مهم است. روغن باید در ظروف در بسته و در مکان خشک، خنک و با تهویه مناسب نگهداری شود. باید دور از منابع گرما و اشتعال نگهداری شود. همچنین باید از قرار گرفتن در معرض نور مستقیم خورشید، گرد و غبار و سایر مواد خارجی محافظت شود. ظروف باید به طور منظم بازرسی شوند تا از عدم وجود نشتی اطمینان حاصل شود. روغن‌های مختلف نباید با هم مخلوط شوند و باید به طور جداگانه نگهداری شوند.
• تجهیزات حفاظت فردی (PPE): هنگام کار با روغن ترانسفورماتور، استفاده از تجهیزات حفاظت فردی مناسب برای محافظت از کارگران در برابر خطرات احتمالی ضروری است. این شامل دستکش‌های مقاوم در برابر مواد شیمیایی برای جلوگیری از تماس با پوست، عینک ایمنی یا محافظ صورت برای محافظت از چشم در برابر پاشیده شدن روغن، لباس محافظ مناسب برای به حداقل رساندن قرار گرفتن در معرض پوست و در صورت نیاز به تهویه، استفاده از ماسک تنفسی مناسب است.
• بینش: رعایت دقیق نکات ایمنی و دستورالعمل‌های نگهداری برای جلوگیری از حوادث، حفظ سلامت افراد و محیط زیست و اطمینان از کیفیت روغن ترانسفورماتور ضروری است.

7. روش‌ها و استانداردهای تست و نگهداری روغن ترانسفورماتور

تست و نگهداری منظم روغن ترانسفورماتور برای اطمینان از عملکرد بهینه، افزایش طول عمر و جلوگیری از خرابی‌های ناگهانی ترانسفورماتور بسیار مهم است.

• استانداردهای بین‌المللی: چندین سازمان بین‌المللی استانداردهایی را برای تست و نگهداری روغن ترانسفورماتور منتشر کرده‌اند. کمیسیون بین‌المللی الکتروتکنیک (IEC) استانداردهایی مانند IEC 60296 را برای مشخصات روغن‌های عایق معدنی نو، IEC 60422 را برای راهنمای نظارت و نگهداری روغن‌های عایق معدنی در تجهیزات الکتریکی، IEC 61099 را برای مشخصات استرهای آلی مصنوعی استفاده نشده برای اهداف الکتریکی و IEC 61203 را برای راهنمای نگهداری استرهای مصنوعی ترانسفورماتور در تجهیزات منتشر کرده است. انجمن آمریکایی آزمایش و مواد (ASTM) استانداردهایی مانند ASTM D3487 را برای مشخصات روغن عایق معدنی نو برای دستگاه‌های الکتریکی، ASTM D971 را برای روش آزمون برای کشش سطحی بین سطحی مایعات عایق در برابر آب و ASTM D877 و ASTM D1816 را برای روش‌های آزمون برای ولتاژ شکست دی الکتریک ارائه کرده است. موسسه مهندسان برق و الکترونیک (IEEE) نیز راهنماهایی برای پذیرش و نگهداری روغن‌های عایق منتشر کرده است.
• روش‌های تست: روش‌های مختلفی برای ارزیابی خواص و وضعیت روغن ترانسفورماتور استفاده می‌شود. تست ولتاژ شکست دی الکتریک (BDV) توانایی روغن در مقاومت در برابر ولتاژ بالا را اندازه‌گیری می‌کند و یکی از مهم‌ترین شاخص‌های کیفیت عایقی روغن است. استانداردهای ASTM D877، IEC 60156 و ASTM D1816 برای انجام این تست استفاده می‌شوند. آنالیز گازهای محلول (DGA) گازهای تولید شده در اثر خرابی‌های داخلی ترانسفورماتور را تشخیص می‌دهد و یک ابزار تشخیصی ارزشمند است. استانداردهای IEC 60567 و IEC 60599 برای DGA استفاده می‌شوند. تست محتوای آب میزان رطوبت موجود در روغن را اندازه‌گیری می‌کند. استاندارد IEC 60814 برای این منظور استفاده می‌شود. تست اسیدیته میزان اسیدهای موجود در روغن را اندازه‌گیری می‌کند. استاندارد IEC 62021 برای این تست استفاده می‌شود. تست فاکتور اتلاف دی الکتریک میزان اتلاف انرژی در روغن تحت میدان الکتریکی متناوب را اندازه‌گیری می‌کند. استاندارد IEC 60247 برای این تست استفاده می‌شود. سایر تست‌های معمول شامل تست کشش سطحی بین سطحی (IFT)، تست مقاومت ویژه، تست نقطه اشتعال و نقطه ریزش و آنالیز فوران (برای ارزیابی وضعیت عایق کاغذی) است.
• روش‌های نگهداری: نگهداری روغن ترانسفورماتور شامل چندین روش برای حفظ کیفیت آن است. فیلتراسیون برای حذف ذرات جامد، رطوبت و سایر آلودگی‌ها از روغن استفاده می‌شود. خشک‌کردن و گاززدایی برای حذف رطوبت و گازهای محلول در روغن با استفاده از فرآیندهای خلاء و حرارت انجام می‌شود. بازسازی روغن شامل حذف محصولات اکسیداسیون و سایر ناخالصی‌های محلول برای بازیابی خواص روغن است.
• بینش: رعایت استانداردها و انجام تست‌های منظم و نگهداری صحیح روغن ترانسفورماتور برای اطمینان از عملکرد بهینه، افزایش طول عمر و جلوگیری از خرابی‌های ناگهانی ترانسفورماتور ضروری است.

8. ملاحظات زیست‌محیطی و مقررات مربوطه

استفاده و دفع روغن ترانسفورماتور ملاحظات زیست‌محیطی مهمی را به همراه دارد که باید برای به حداقل رساندن اثرات منفی بر محیط زیست مورد توجه قرار گیرند.

• اثرات زیست‌محیطی روغن‌های مختلف: انواع مختلف روغن ترانسفورماتور دارای اثرات زیست‌محیطی متفاوتی هستند. روغن‌های معدنی غیر قابل تجزیه‌پذیری زیستی هستند و در صورت نشت می‌توانند آلاینده‌هایpersistente در محیط زیست باشند. در مقابل، روغن‌های گیاهی قابلیت تجزیه‌پذیری زیستی بالایی دارند و سمیت کمتری برای محیط زیست نشان می‌دهند. روغن‌های مصنوعی از نظر تجزیه‌پذیری زیستی متفاوت هستند؛ برخی تجزیه‌پذیر و برخی دیگر نه. روغن‌های PCB به دلیل سمی بودن، تجمع زیستی و عدم تجزیه‌پذیری زیستی، خطرات زیست‌محیطی قابل توجهی دارند و استفاده از آن‌ها در بسیاری از کشورها ممنوع شده است.
• مقررات مربوط به دفع روغن‌های مستعمل: دفع صحیح روغن‌های مستعمل ترانسفورماتور به دلیل خطرات زیست‌محیطی و بهداشتی آن‌ها ضروری است. مقررات مختلفی در سطح جهانی، منطقه‌ای و محلی برای مدیریت و دفع روغن‌های مستعمل وجود دارد. در اتحادیه اروپا، دستورالعمل‌هایی برای جمع‌آوری جداگانه و بازیافت روغن‌های مستعمل وجود دارد تا از ورود آن‌ها به محیط زیست جلوگیری شود. در لهستان نیز مقررات سختگیرانه‌ای برای دفع روغن‌های مستعمل وجود دارد و بازیافت و تصفیه آن‌ها در پالایشگاه‌ها انجام می‌شود. اختلاط روغن‌های PCB با سایر مواد در هنگام دفع ممنوع است و دفع آن‌ها باید توسط شرکت‌های مجاز انجام شود.
• بهترین شیوه‌های مدیریت زیست‌محیطی: برای به حداقل رساندن اثرات زیست‌محیطی روغن ترانسفورماتور، باید بهترین شیوه‌های مدیریت زیست‌محیطی اتخاذ شود. این شامل پیشگیری از نشت روغن با انجام بازرسی و نگهداری منظم تجهیزات، استفاده از سیستم‌های ثانویه مهار نشت روغن در اطراف ترانسفورماتورها برای جلوگیری از گسترش آلودگی در صورت نشت، جمع‌آوری و دفع صحیح روغن‌های ریخته شده با استفاده از مواد جاذب و بازیافت و احیای روغن‌های مستعمل به جای دفع آن‌ها است. در صورت امکان، استفاده از روغن‌های با قابلیت تجزیه‌پذیری زیستی بالا مانند روغن‌های گیاهی باید در اولویت قرار گیرد.
• بینش: ملاحظات زیست‌محیطی در انتخاب و دفع روغن ترانسفورماتور اهمیت فزاینده‌ای پیدا کرده است و رعایت مقررات مربوطه برای کاهش اثرات منفی بر محیط زیست ضروری است.

تولیدکنندگان و تامین‌کنندگان اصلی روغن ترانسفورماتور

10. نتیجه‌گیری: اهمیت روغن ترانسفورماتور در عملکرد ایمن و پایدار سیستم‌های قدرت

روغن ترانسفورماتور به عنوان یک جزء ضروری در ترانسفورماتورهای قدرت و توزیع مدرن عمل می‌کند و نقش حیاتی در عایق‌بندی الکتریکی، خنک‌سازی و حفاظت کلی از این دستگاه‌های حیاتی ایفا می‌کند. این مقاله به بررسی تعریف روغن ترانسفورماتور، وظایف اصلی آن، انواع مختلف مورد استفاده، خواص و ویژگی‌های کلیدی آن، کاربردها در تجهیزات الکتریکی، اقدامات احتیاطی ایمنی و دستورالعمل‌های نگهداری، ملاحظات زیست‌محیطی و مقررات مربوطه و تولیدکنندگان و تامین‌کنندگان اصلی آن پرداخته است.

انتخاب نوع مناسب روغن ترانسفورماتور با در نظر گرفتن کاربرد خاص، شرایط محیطی و ملاحظات ایمنی و زیست‌محیطی بسیار مهم است. در حالی که روغن‌های معدنی برای دهه‌ها انتخاب اصلی بوده‌اند، روغن‌های گیاهی و مصنوعی به دلیل مزایای زیست‌محیطی و عملکردی خود محبوبیت بیشتری پیدا می‌کنند. تست و نگهداری منظم روغن ترانسفورماتور برای اطمینان از عملکرد طولانی‌مدت و ایمن ترانسفورماتورها ضروری است. با نظارت بر خواص روغن و رسیدگی به هرگونه مشکلی در مراحل اولیه، می‌توان از خرابی‌های پرهزینه جلوگیری کرده و طول عمر ترانسفورماتور را به حداکثر رساند.

علاوه بر این، ملاحظات زیست‌محیطی نقش مهمی در مدیریت روغن ترانسفورماتور ایفا می‌کنند. دفع صحیح روغن‌های مستعمل و حرکت به سمت روغن‌های با قابلیت تجزیه‌پذیری زیستی بیشتر، گام‌های مهمی در جهت کاهش اثرات زیست‌محیطی صنعت برق هستند. با ادامه پیشرفت فناوری، توسعه روغن‌های ترانسفورماتور با تمرکز بر پایداری و کاهش اثرات زیست‌محیطی احتمالا در آینده اهمیت بیشتری پیدا خواهد کرد.

در نهایت، روغن ترانسفورماتور یک جزء پیچیده اما ضروری در سیستم‌های قدرت است. درک کامل خواص، کاربردها و شیوه‌های نگهداری آن برای اطمینان از عملکرد ایمن، کارآمد و پایدار زیرساخت‌های الکتریکی که جامعه مدرن ما به آن متکی است، حیاتی است.

جدول مقایسه ویژگی‌های روغن ترانسفورماتور