Why Is Oil Used in 11kV Immersed Transformers? Key Roles Explained

در شبکه های توزیع برق جهانی 11 کیلو ولتترانسفورماتورهای غوطه ور در روغنتجهیزات تبدیل قدرت غالب هستند. آنها به طور گسترده در شبکه های توزیع شهری، پارک های صنعتی، یکپارچه سازی شبکه برق فتوولتائیک و بادی، برق رسانی روستایی و پروژه های EPC در خارج از کشور مستقر هستند. بسیاری از خریداران، مهندسان برق و صاحبان پروژه‌ها همواره یک سوال اساسی و در عین حال حیاتی می‌پرسند: چرا چنین ترانسفورماتورهای ولتاژ متوسط ​​به جای هوا یا سایر مواد عایق جامد با روغن عایق پر می‌شوند؟
روغن عایق صرفاً یک ماده پرکننده ساده نیست. این یک ماده کاربردی ضروری در داخل 11 کیلو ولت استترانسفورماتورهای غوطه ور در روغنکه به طور مستقیم ظرفیت اتلاف گرما، عملکرد عایق، عمر سرویس تجهیزات و پایداری عملیاتی را تعیین می کند. ترانسفورماتورهای نوع خشک برای عایق کاری به هوا و رزین اپوکسی متکی هستند، در حالی که ترانسفورماتورهای غوطه ور در روغن از روغن عایق معدنی (یا روغن استر مصنوعی) برای دستیابی به چندین عملکرد به طور همزمان استفاده می کنند. این مقاله به تشریح نقش اصلی روغن عایق در ترانسفورماتورهای 11 کیلو ولتی غوطه ور در روغن، مقایسه مزایا و محدودیت های محلول های غوطه ور در روغن، معرفی انواع رایج روغن عایق، معیارهای پذیرش کیفیت و دستورالعمل های نگهداری می پردازد. این ارجاعات فنی حرفه ای را برای بازدیدکنندگان در وب سایت های مستقل فراهم می کند و به متخصصان قدرت کمک می کند تا در هنگام انتخاب پروژه، پذیرش تجهیزات و تعمیر و نگهداری روزانه قضاوت صحیحی داشته باشند.

در داخل یک ترانسفورماتور 11 کیلوولت، قطعات برقی مانند سیم پیچ های فشار قوی، سیم پیچ های ولتاژ پایین و هسته آهنی و همچنین قطعات ارت شده وجود دارد. برای جلوگیری از خرابی و خطای اتصال کوتاه، عایق قابل اعتماد بین قطعات مورد نیاز است. هوا ظرفیت عایق محدودی دارد و مستعد تخلیه الکتریکی در فضاهای باریک، تحت میدان های الکتریکی زیاد و شرایط مرطوب است. روغن عایق ترانسفورماتور دارای استحکام دی الکتریک بالایی است. تمام شکاف‌های کوچک بین هسته آهنی و سیم‌پیچ‌ها را پر می‌کند، هوا را کاملاً خارج می‌کند، به طور موثر سیم‌پیچ‌های ولتاژ بالا را از سیم‌پیچ‌های ولتاژ پایین جدا می‌کند و سیم‌پیچ‌ها را از هسته آهنی زمین و پوسته مخزن روغن جدا می‌کند.
هنگامی که ترانسفورماتور ولتاژ فرکانس برق و ولتاژ ضربه صاعقه را تحمل می کند، روغن عایق غلظت میدان الکتریکی محلی را سرکوب می کند و خطرات تخلیه جزئی را کاهش می دهد. طبق استاندارد IEC 60156، روغن عایق معدنی جدید واجد شرایط باید به سطح ولتاژ شکست مشخصی برسد تا از عملکرد ایمن تحت شرایط ولتاژ نامی و اضافه ولتاژ موقت اطمینان حاصل شود. اگر روغن عایق مرطوب، آلوده یا کهنه شود، ولتاژ شکست آن به سرعت کاهش می یابد و خطر خرابی عایق داخلی به شدت افزایش می یابد. این دلیل اساسی است که چرا ترانسفورماتورهای غوطه ور در روغن نیاز به تست های ولتاژ مقاومت در برابر روغن دارند.

در طول عملیات ترانسفورماتور، افت هیسترزیس و افت جریان گردابی هسته آهنی همراه با تلفات بار سیم پیچ به طور مداوم گرما ایجاد می کنند. دمای بالا دلیل اصلی پیری عایق جامد است. اگر گرما نتواند به موقع دفع شود، عایق سیم پیچ به سرعت خراب می شود و عمر مفید ترانسفورماتور را کوتاه می کند و حتی در موارد شدید منجر به فرسودگی تجهیزات می شود.
روغن عایق هدایت حرارتی مطلوبی دارد و گردش داخلی را از طریق گردش طبیعی روغن (ONAN) یا خنک کننده هوای اجباری (ONAF) تشکیل می دهد. روغن عایق گرم شده در نزدیکی هسته و سیم پیچ آهنی چگالی کمتری دارد و به سمت بالا جریان می یابد. گرما به دیواره مخزن و رادیاتورها منتقل می شود، در حالی که روغن خنک شده به سمت پایین جریان می یابد تا به طور مداوم گرما را از منابع گرما خارج کند. این سیستم خنک کننده گردش روغن دارای ساختار ساده و راندمان تبادل حرارت بالا است. در مقایسه با خنک‌کننده هوا، خنک‌کننده روغن می‌تواند ظرفیت بزرگ‌تری را در یک فضای کوچک‌تر پشتیبانی کند، که دلیل اصلی این است که ترانسفورماتورهای توزیع با ظرفیت بالا طراحی غوطه‌ور در روغن را ترجیح می‌دهند.

عایق کاغذ پیچیده شده در اطراف سیم پیچ ترانسفورماتور از مواد آلی است. در دمای بالا و قرار گرفتن در معرض اکسیژن به تدریج اکسید شده و شکننده می شود و ظرفیت عایق را از دست می دهد. پس از پر شدن مخزن روغن با روغن عایق، اکسیژن و رطوبت را می توان برای محافظت از عایق کاغذ سیم پیچ جدا کرد. روغن عایق می تواند مقدار کمی از اکسیژن را حل کند، واکنش های اکسیداسیون عایق کاغذ را کاهش دهد، پیری کل سیستم عایق را کاهش دهد و طول عمر کلی ترانسفورماتور را افزایش دهد.
در همین حال، روغن عایق اجزای فلزی را می پوشاند و خطر خوردگی اکسیداتیو روی سطوح فلزی هسته آهنی و سیم پیچ ها را کاهش می دهد. لازم به ذکر است که این اثر محافظتی دائمی نیست. در طول عملیات طولانی مدت، روغن عایق به آرامی اکسید می شود و اسیدهای آلی و لجن روغن تولید می کند. لجن روغن به سیم پیچ ها و سطوح رادیاتور می چسبد و مانع از اتلاف گرما و تسریع بیشتر در تخریب تجهیزات می شود. بنابراین، ترانسفورماتورهای غوطه ور در روغن نیاز به تشخیص منظم مقدار اسید و میزان رطوبت دارند. در صورت لزوم فیلتر یا تعویض روغن لازم است.

یکی دیگر از ارزش های کلیدی روغن عایق که به راحتی نادیده گرفته می شود این است که به عنوان وسیله ای برای تشخیص عیب عمل می کند. هنگامی که خطاهای نهفته مانند گرمای بیش از حد موضعی، قوس الکتریکی و تخلیه های چرخشی در داخل ترانسفورماتور رخ می دهد، دمای بالا باعث تجزیه حرارتی روغن عایق می شود و گازهای مشخصه ای از جمله هیدروژن، متان و استیلن تولید می کند. این گازها در روغن عایق حل می شوند. تکنسین های تعمیر و نگهداری، تجزیه و تحلیل گاز محلول (DGA) را با جمع آوری نمونه های روغن برای آزمایش ترکیب و غلظت گازهای محلول انجام می دهند. خطرات پنهان را می توان قبل از تبدیل شدن خطاها به حوادث شدید اتصال کوتاه شناسایی کرد.
این یک مزیت تشخیصی منحصر به فرد ترانسفورماتورهای غوطه ور در روغن است. ترانسفورماتورهای نوع خشک به سختی اجازه نمونه برداری برای بدست آوردن مشخصات خطای داخلی را می دهند. در مقابل، ترانسفورماتورهای غوطه‌ور در روغن با تکیه بر روغن عایق هشدار خطای اولیه غیر نفوذی را دریافت می‌کنند و خطر قطع ناگهانی برق و آسیب تجهیزات را تا حد زیادی کاهش می‌دهند. رله بوخهولز همچنین روی مخلوط‌های نفت و گاز تولید شده در اثر خطاها عمل می‌کند تا هشدارها یا حفاظت از خاموش شدن را ایجاد کند و این مکانیسم حفاظتی بر روی سیستم روغن عایق ساخته شده است.

روغن عایق معدنی: پرکاربردترین نوع در بازار با هزینه متوسط ​​و عملکرد دی الکتریک و حرارتی پایدار، مطابق با استاندارد IEC 60296. بیشتر ترانسفورماتورهای توزیع 11 کیلوولت معمولی از روغن معدنی استفاده می کنند. عیب آن اشتعال پذیری است. هنگامی که در اتاق های بسته و مناطق پرجمعیت استفاده می شود، طرح های حفاظت از آتش مورد نیاز است.
روغن استر مصنوعی و روغن استر طبیعی: روغن های عایق زیست تخریب پذیر سازگار با محیط زیست با نقطه اشتعال بالا و خطر آتش سوزی کم. نشت باعث آلودگی کمتر خاک و آب می شود. آنها به طور گسترده در اتاق های توزیع برق زیرزمینی شهری، محله های مسکونی، مناطق حفاظت از منابع آب و سایر پروژه ها با ایمنی آتش سوزی و الزامات زیست محیطی استفاده می شوند. نکته منفی هزینه خرید بالاتر در مقایسه با روغن معدنی است.
انتخاب باید به طور جامع بر اساس محیط نصب، کدهای آتش نشانی، استانداردهای شبکه محلی و بودجه پروژه تعیین شود.

استفاده از روغن عایق نیز دارای معایبی است. خطر نشت روغن عایق وجود دارد که ممکن است در اثر پیری جوش مخزن و واشرهای آب بندی ایجاد شود. روغن معدنی قابل اشتعال است و اقدامات حفاظتی در برابر آتش باید مجهز باشد. روغن عایق با گذشت زمان تخریب می شود و آزمایش منظم کیفیت روغن الزامی است.
وظایف اصلی تعمیر و نگهداری روزانه شامل نظارت بر سطح روغن و بررسی نشت مخزن است. نمونه برداری منظم روغن برای تست های ولتاژ شکست، رطوبت، مقدار اسید و DGA. تمیز نگه داشتن رادیاتورها برای تضمین گردش گرما؛ حفظ تنفس برای به حداقل رساندن نفوذ رطوبت به مخزن. با تعمیر و نگهداری استاندارد، 11 کیلو ولتترانسفورماتورهای غوطه ور در روغنمی تواند برای چندین دهه به طور پایدار عمل کند.

به طور خلاصه، روغن عایق چهار عملکرد اصلی را در 11 کیلو ولت انجام می دهدترانسفورماتورهای غوطه ور در روغن: به عنوان عایق ولتاژ بالا عمل می کند، به گردش در می آورد و گرما را از بین می برد، از عایق جامد داخلی در برابر پیری محافظت می کند و به عنوان وسیله ای برای تشخیص خطای داخلی پنهان عمل می کند. ترکیب این چهار مزیت، ترانسفورماتورهای غوطه ور در روغن را به دلیل قابلیت اطمینان بالا، اتلاف حرارت عالی و هزینه مطلوب، گزینه اصلی برای کاربردهای توزیع جهانی 11 کیلو ولت می کند.
با این وجود، عملکرد روغن عایق با زمان کارکرد، دما و رطوبت محیط و سطح آلودگی بدتر می شود. متخصصان در پروژه های برق باید اصل کار روغن عایق را درک کنند و به آزمایش دوره ای کیفیت روغن اهمیت دهند تا از مزایای عملکرد ترانسفورماتورهای غوطه ور روغنی به طور کامل استفاده کنند و از تامین برق پایدار درازمدت شبکه های توزیع اطمینان حاصل کنند.