تشکیل گازها در روغن ترانسفورماتور قدرت

تنش های حرارتی و الکتریکی که در ترانسفورماتورهای معمولی کار می کنند، گازهای هیدروکربنی تولید می کنند که می تواند نشان دهنده مشکلات بالقوه در ترانسفورماتور باشد. با افزایش سن ترانسفورماتورها انتظار می رود مقداری گاز تولید شود، بنابراین جداسازی نرخ گاز طبیعی از نرخ گازدهی بیش از حد مهم است. از آنجایی که تولید گاز معمولی با طراحی ترانسفورماتور، بارگذاری و نوع مواد عایق مورد استفاده متفاوت است، نرخ گازدهی عمومی برای همه ترانسفورماتورها برای تعریف رفتار غیرعادی استفاده می شود.

گازهای موجود در روغن ترانسفورماتورهای قدرت

به طور کلی، گازهای موجود در روغن ترانسفورماتور در زیر نشان داده شده است.

1-هیدروژن (H 2 )

2-متان (CH 4 )

3-اتان (C 2 H 6 )

4-اتیلن (C 2 H 4 )

5-استیلن (C 2 H 3 )

6-مونوکسید کربن ( CO)

7-دی اکسید کربن (CO 2 )

8-نیتروژن (N 2 )

9- اکسیژن ( O 2 )

این گازها در دماهای خاص شروع به تشکیل می کنند و در داخل روغن عایق ترانسفورماتور قدرت حل می شوند، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است. نوع و مقدار گازهایی که تشکیل می شوند، به ماهیت و شدت خطا بستگی دارد.

شکل 1: رشد گازها در داخل روغن عایق ترانسفورماتور قدرت 

در مقادیر زیادی یافت شود پیش بینی می شود تجزیه عایق وجود داشته باشد.متداول ترین روش برای تعیین محتوای این گازها در روغن ، استفاده از دستگاه استخراج گاز خلاء و کروماتوگرافی های گازی است. با استفاده از دستگاه کروماتوگراف ، گازها با هم زدن آن تحت خلاء از روغن استخراج می شوند. این گازهای استخراج شده برای اندازه گیری هر جزء در کروماتوگراف های گازی معرفی میشوند. به طور کلی اگر دمای داخلی ترانسفورماتور قدرت از 150 درجه سانتیگراد به 300 درجه سانتیگراد به دلیل فشارهای حرارتی غیر طبیعی بالا رود هیدروژن و متان به مقدار زیادی تولیدمیشوند . اگر درجه حرارت از 300 درجه سانتی گراد بالاتر برود اتیلن (C2H4) به مقدار زیادی ایجادمیشود. در درجه حرارت بالاتر از 700 درجه سانتی گراد مقدار زیادی هیدروژن (H2) و اتیلن (C2H4) ایجاد می شود. اتیلن (C2
H4
) نشانه وجود یک نقطه داغ با درجه حرارت بسیار بالا در داخل ترانسفورماتوراست. اگر در طول تست DGA روغن ترانسفورماتور، CO و CO2

برای اطمینان از سلامت ترانسفورماتور، آنالیز گازهای تولید شده در روغن باید انجام شود.

1.هیدروژن (H2) به شدت با تخلیه های کرونا مرتبط است و همچنین در محدوده های دمای بالا نشان دهنده قوس الکتریکی است.

2. متان (CH4) به دمای پایین مرتبط است. تجزیه روغن، از حدود 160 درجه سانتیگراد شروع می شود و با دما افزایش می یابد.

3. اتان (C2H6) نیز با دمای پایین همراه است. تجزیه روغن، با تولید آن در دماهای کمی بالاتر از متان (حدود 250 درجه سانتیگراد) قابل توجه است.

4. اتیلن (C2H4) نشان دهنده دمای بالا است. تجزیه روغن، در حدود 350 درجه سانتیگراد برجسته می شود و در دماهای بالاتر به اوج می رسد.

5. استیلن (C2H2) یک شاخص کلیدی Arcing است که در دماهای بسیار بالا (حدود 700 درجه سانتیگراد و بالاتر) ظاهر می شود.

6. مونوکسید کربن (CO) و دی اکسید کربن (CO2) با تجزیه کاغذ، که در دماهای بالا رخ می دهد، مرتبط هستند.

آزمایش و آنالیز گاز تجزیه شده(DGA) روغن ترانسفورماتور

آزمایش و آنالیز گاز تجزیه شده (Dissolved gas analysis ) مطالعه گازهای حل شده در روغن ترانسفورماتوراست که به آن تست DGA گفته می شود. هر وقت یک ترانسفورماتور تحت فشارهای حرارتی و الکتریکی غیر طبیعی قرارمی گیرد، به علت تجزیه روغن ترانسفورماتور، گازهای خاصی تولید می شود. هنگامی که خطا بزرگ باشد تولید گازهای تجزیه شده قابل توجه است و آنها در رله بوخهلتس جمع می شوند. اما هنگامی که فشارهای حرارتی و الکتریکی غیر طبیعی به طور قابل توجهی زیاد نباشد،گازها به دلیل تجزیه روغن ترانسفورماتور، زمان کافی برای حل شدن در روغن به دست می آورند، از این رو تنها با نظارت بر رله بوخهلتس نمی توان وضعیت سلامت داخلی کل ترانسفورماتور قدرت را پیش بینی کرد. به همین دلیل لازم است تا تعدادی گازهای مختلف حل شده در روغن ترانسفورماتور در حال کار تجزیه و تحلیل شود. با استفاده از DGA روغن ترانسفورماتور را می توان وضعیت واقعی سلامت داخلی ترانسفورماتور را پیش بینی کرد.برای بدست آوردن و داشتن اطلاعات در مورد سلامت داخلی ترانسفورماتور در طول عمر آن، انجام آزمایش DGA روغن ترانسفورماتور به صورت روتین توصیه می شود. در آزمایش DGA ، گازهای موجود در روغن استخراج و تجزیه و تحلیل می شوند تا مقدار گازها در مقدار مشخصی از روغن تعیین شود. با مشاهده درصد گازهای مختلف موجود در روغن می توانید وضعیت داخلی ترانسفورماتور را پیش بینی نمود.

تجزیه و تحلیل فوران روغن ترانسفورماتور

هسته ترانسفورماتور و سیم پیچ عمدتا عایق کاغذی دارند وساختار کاغذ سلولزی است. ساختار سلولز زنجیره ای طولانی از مولکول ها است. در یک ترانسفورماتور، اثر پیری عایق کاغذی به دلیل اکسیداسیون موجود در روغن تسریع می شود. وقتی عایق کاغذ از نظر مکانیکی ضعیف می شود نمی تواند در برابر فشارهای مکانیکی اعمال شده در طول اتصال کوتاه الکتریکی مقاومت کند که منجر به خرابی الکتریکی می شو. بنابراین لازم است که شرایط عایق کاغذی در داخل ترانسفورماتور قدرت کنترل شود. بیرون آوردن یک قطعه عایق کاغذ از یک ترانسفورماتور در حال کار برای آزمایش ممکن نیست.

اگرچه با تجزیه و تحلیل گاز محلول می توان وضعیت عایق کاغذ را در درجه اول پیش بینی کرد، اما روشی بسیار دقیق نیست که اگر نسبت CO 2 و CO در نتایج DGA بیش از 11 باشد، پیش بینی می شود که شرایط عایق کاغذ در داخل ترانسفورماتور ضعیف است. عایق سلولز سالم این بازه را در بازه 4 تا 11 می دهد. اما هنوز روشی بسیار دقیق برای نظارت بر وضعیت عایق بندی کاغذ نیست. زیرا گازهای CO 2 و CO همچنین در هنگام تجزیه روغن تولید می شوند و بعضی اوقات این نسبت ممکن است پیش بینی را به اشتباه بیان کند. بعد از اینکه کاغذ به روغن آغشته شد، در اثر گرما آسیب میبیند و برخی ترکیبات حل شونده منحصر به فرد روغن به همراه CO 2 و CO در روغن ایجاد می شوند و حل می شوند. این ترکیبات متعلق به گروه Furfuraldehyde(مایع الدئیدی ، فورفورال به فرمول OHC O 3H 4C ) هستند. در بین تمام ترکیبات Furfural ترکیب فرفورال غالب است. این ترکیب خانوادهFurfural تنها از گرم شدن مخرب سلولز یا کاغذ آزاد می شود. آنالیز فرفورال بسیار دقیق است، زیرا آسیب دیدن چند گرم کاغذ در روغن ترانسفورماتور قابل مشاهده است. حتی در یک ترانسفورماتور بزرگ از افزایش درصد بالا رفتن فرفورال در روغن ترانسفورماتور به مرور زمان برای ارزیابی شرایط و ماندگاری عایق کاغذ در ترانسفورماتور استفاده می شود.