خلاصه کتاب راهنمای جامع روغن ترانسفورماتور ( نویسنده سی اس ناراسیمهان )

کتاب «راهنمای جامع روغن ترانسفورماتور» نوشته سی.اس. ناراسیمهان، مرجعی ارزشمند در زمینه سیالات عایقی ترانسفورماتورهاست که با پوشش جامع و تخصصی مباحث مربوط به شیمی، فیزیک، عملکرد و نگهداری روغن، به درک عمیق تر و کاربردی این ماده حیاتی کمک می کند.

ترانسفورماتورها به عنوان قلب تپنده سیستم های قدرت، نقش بی بدیلی در انتقال و توزیع انرژی الکتریکی ایفا می کنند. عملکرد صحیح و طول عمر این تجهیزات حیاتی، وابستگی شدیدی به سلامت و کارایی سیستم عایقی آن ها دارد که بخش قابل توجهی از آن را روغن ترانسفورماتور تشکیل می دهد. این مایع نه تنها وظیفه عایق بندی الکتریکی را بر عهده دارد، بلکه به عنوان یک عامل خنک کننده نیز عمل کرده و حرارت تولیدی در هسته و سیم پیچ ها را دفع می کند. با توجه به این اهمیت، درک عمیق از خواص، رفتار و چالش های مربوط به روغن ترانسفورماتور برای مهندسان، تکنسین ها، دانشجویان و پژوهشگران صنایع برق و پتروشیمی ضروری است.

کتاب «راهنمای جامع روغن ترانسفورماتور» تألیف دکتر سی.اس. ناراسیمهان، مدیر تحقیق و توسعه شرکت ساویتا، به عنوان یک منبع جامع و بین رشته ای، به تشریح ابعاد مختلف این سیال حیاتی می پردازد. این اثر، که از تجربه گسترده نویسنده در هر دو حوزه شیمی و برق بهره می برد، مفاهیم پیچیده را با زبانی شیوا و قابل فهم برای طیف وسیعی از مخاطبان ارائه می دهد. هدف این مقاله، ارائه یک خلاصه تحلیلی و کاربردی از محتوای کلیدی این کتاب ارزشمند است تا خوانندگان پرمشغله بتوانند در کوتاه ترین زمان ممکن، به مهم ترین نکات و اصول مطرح شده دست یابند. این خلاصه به عنوان راهنمایی سریع، به ارتقاء دانش فنی و عملیاتی در زمینه پایش وضعیت، عیب یابی و نگهداری ترانسفورماتورها کمک شایانی خواهد کرد و فراتر از یک معرفی صرف، به عمق موضوعات پرداخته است.

فصل اول: روغن معدنی در ترانسفورماتور – مشخصات، عملکرد و استانداردها

فصل اول کتاب، مبانی و اصول مربوط به روغن های معدنی ترانسفورماتور را تشریح می کند. این روغن ها که سال هاست به عنوان عایق اصلی و محیط خنک کننده در ترانسفورماتورها مورد استفاده قرار می گیرند، از پالایش نفت خام به دست می آیند و ساختار شیمیایی پیچیده ای دارند. ناراسیمهان به تفصیل به منشأ این روغن ها و فرآیندهای پالایش آنها می پردازد که نقش اساسی در تعیین خواص نهایی محصول دارند.

شیمی و ویژگی های کلیدی روغن معدنی

روغن های معدنی، ترکیبی از هیدروکربن های پارافینیک، نفتنیک و آروماتیک هستند که هر یک نقش خاصی در عملکرد کلی روغن ایفا می کنند. خواص فیزیکی و شیمیایی این روغن ها مستقیماً بر کارایی ترانسفورماتور تأثیر می گذارند. از جمله خواص فیزیکی مهم می توان به ویسکوزیته، نقطه اشتعال، چگالی و نقطه ریزش اشاره کرد. ویسکوزیته پایین برای انتقال حرارت کارآمد حیاتی است، در حالی که نقطه اشتعال بالا ایمنی عملیاتی را تضمین می کند. در بعد شیمیایی، ضریب دی الکتریک بالا و مقاومت عایقی عالی، توانایی روغن را در تحمل ولتاژهای بالا و جلوگیری از تخلیه الکتریکی نشان می دهد. اسیدیته پایین، نشان دهنده عدم وجود ترکیبات خورنده است که می تواند به عایق های جامد و فلزات ترانسفورماتور آسیب برساند. ناراسیمهان با دقت، نقش دوگانه روغن را به عنوان عایق بندی و خنک کنندگی توضیح می دهد و بر تعادل ظریف بین این دو وظیفه تأکید می کند. انتخاب و استفاده صحیح از روغن با خواص بهینه، مستقیماً با طول عمر و قابلیت اطمینان ترانسفورماتور مرتبط است.

استانداردهای بین المللی و اهمیت آن ها

کیفیت و عملکرد روغن ترانسفورماتور توسط مجموعه ای از استانداردهای بین المللی تضمین می شود. این استانداردها، مانند IEC 60296 و ASTM D3487، پارامترهای مختلف شیمیایی، فیزیکی و الکتریکی روغن را تعریف کرده و حداقل الزامات کیفی را مشخص می کنند. ناراسیمهان به معرفی این استانداردها و تفاوت های کلیدی بین آن ها می پردازد و اهمیت انطباق روغن با این معیارها را برای اطمینان از عملکرد ایمن و بهینه ترانسفورماتور یادآور می شود. علاوه بر مشخصات فنی، نویسنده به نکات حیاتی در حمل، انبارش و تزریق روغن نیز اشاره می کند. هرگونه سهل انگاری در این مراحل می تواند منجر به آلودگی روغن (به ویژه با رطوبت یا ذرات جامد) و کاهش خواص عایقی آن شود، که نهایتاً به خرابی زودرس ترانسفورماتور می انجامد. رعایت دقیق دستورالعمل های استاندارد در تمام مراحل، از تولید تا بهره برداری، برای حفظ کیفیت و جلوگیری از تخریب روغن ضروری است.

حفظ کیفیت و جلوگیری از تخریب روغن ترانسفورماتور، نه تنها در فاز تولید و انتخاب، بلکه در تمام مراحل حمل، انبارش و تزریق نیز حیاتی است؛ زیرا هرگونه آلودگی می تواند به تخریب خواص عایقی و کاهش طول عمر تجهیز منجر شود.

فصل دوم: اکسیداسیون و پیری روغن – مکانیزم، اثرات و پایش وضعیت

فصل دوم به یکی از مهم ترین چالش های طول عمر روغن ترانسفورماتور، یعنی اکسیداسیون و پیری، اختصاص دارد. این فرآیند تخریبی، به مرور زمان و تحت تأثیر عوامل مختلف رخ می دهد و می تواند به کاهش شدید کارایی روغن و در نتیجه آسیب به ترانسفورماتور منجر شود.

مکانیزم اکسیداسیون و عوامل مؤثر

اکسیداسیون روغن ترانسفورماتور یک واکنش شیمیایی پیچیده است که در آن هیدروکربن های روغن با اکسیژن واکنش داده و ترکیبات جدیدی مانند اسیدها، آلدهیدها، کتون ها و در نهایت لجن تولید می کنند. این فرآیند تحت تأثیر چند عامل کلیدی تسریع می شود. دما، یکی از مهم ترین فاکتورهاست؛ افزایش دما به طور چشمگیری سرعت واکنش های اکسیداسیون را بالا می برد. اکسیژن (هوا) نیز عامل اصلی در این واکنش هاست که از طریق تنفس ترانسفورماتور یا نقص در سیستم آب بندی وارد می شود. حضور فلزات کاتالیزور مانند مس (از سیم پیچ ها) و آهن (از هسته و بدنه ترانسفورماتور) نیز به عنوان کاتالیزور عمل کرده و سرعت واکنش را چندین برابر می کنند. رطوبت نیز نه تنها به تنهایی خواص عایقی روغن را کاهش می دهد، بلکه به عنوان یک عامل کمکی، فرآیند اکسیداسیون را نیز تسریع می کند. درک این مکانیزم ها برای طراحی استراتژی های موثر در پیشگیری و کنترل پیری روغن حیاتی است.

پیامدهای پیری روغن بر ترانسفورماتور

پیری و اکسیداسیون روغن پیامدهای مخربی برای عملکرد و طول عمر ترانسفورماتور دارد. اولین و مهم ترین نتیجه، کاهش خاصیت عایقی روغن است. تشکیل اسیدها باعث افزایش اسیدیته روغن شده و ولتاژ شکست دی الکتریک آن را کاهش می دهد. این امر مقاومت روغن در برابر تخلیه های الکتریکی را کم کرده و ریسک خرابی عایقی را بالا می برد. علاوه بر این، لجن و رسوبات نامحلول تولید شده در فرآیند اکسیداسیون، در مجاری خنک کننده ترانسفورماتور رسوب کرده و جریان روغن را مختل می کنند. این گرفتگی ها منجر به افزایش دمای عملکرد ترانسفورماتور شده که خود به نوبه خود سرعت پیری روغن و عایق کاغذی را تسریع می کند و یک چرخه معیوب را به وجود می آورد. همچنین، این رسوبات می توانند روی سیم پیچ ها نشسته و انتقال حرارت را کاهش دهند.

روش های پایش وضعیت و نگهداری پیشگیرانه

برای مدیریت مؤثر پیری روغن، پایش وضعیت منظم ضروری است. تست های دوره ای روغن شامل اندازه گیری اسیدیته، ولتاژ شکست، کشش سطحی و محتوای آب از جمله مهم ترین روش های ارزیابی وضعیت روغن هستند. افزایش اسیدیته، کاهش ولتاژ شکست و کشش سطحی، و افزایش محتوای آب، همگی نشانه هایی از پیری و تخریب روغن هستند. ناراسیمهان در این فصل به تفصیل به هر یک از این تست ها و نحوه تفسیر نتایج آن ها می پردازد. علاوه بر پایش، روش های نگهداری پیشگیرانه نیز اهمیت دارند. تصفیه فیزیکی روغن (مانند فیلتراسیون برای حذف ذرات جامد و آب آزاد) و تصفیه شیمیایی (احیا یا بازسازی روغن برای حذف اسیدها و لجن) از جمله راهکارهایی هستند که می توانند عمر مفید روغن را افزایش داده و نیاز به تعویض آن را به تأخیر بیندازند. احیای روغن، فرآیندی است که در آن روغن با استفاده از جاذب های شیمیایی یا فیزیکی، خواص خود را بازیابی می کند.

فصل سوم: خوردگی مس در ترانسفورماتور – بررسی علت ها و روش های پیشگیری

فصل سوم به موضوع خوردگی مس در ترانسفورماتورها می پردازد که می تواند عواقب جدی برای عملکرد و ایمنی این تجهیزات داشته باشد. این پدیده عمدتاً ناشی از حضور ترکیبات خاصی در روغن است و پایش و پیشگیری از آن اهمیت بالایی دارد.

عوامل ایجاد خوردگی و مکانیزم آن

خوردگی مس در ترانسفورماتور عمدتاً به دلیل وجود ترکیبات گوگرد خورنده در روغن اتفاق می افتد. یکی از شناخته شده ترین این ترکیبات، دی بنزایْل دی سولفید (DBDS) است. این ترکیبات گوگردی در حضور گرما و اکسیژن با سطح مس (سیم پیچ ها و اتصالات) واکنش داده و باعث تشکیل سولفید مس می شوند. مکانیزم این خوردگی به این صورت است که گوگرد فعال، الکترون ها را از اتم های مس می گیرد و لایه ای از سولفید مس روی سطح فلز تشکیل می دهد. این لایه نه تنها رسانایی الکتریکی مس را کاهش می دهد، بلکه می تواند جدا شده و به صورت ذرات نیمه رسانا در روغن معلق شود. این ذرات می توانند در نقاط با میدان الکتریکی بالا رسوب کرده و باعث کاهش ولتاژ شکست روغن و حتی ایجاد تخلیه های جزئی یا کامل شوند.

شناسایی و راهکارهای اصلاحی

تشخیص وجود ترکیبات گوگرد خورنده در روغن ترانسفورماتور از اهمیت ویژه ای برخوردار است. تست های استاندارد مختلفی برای شناسایی این ترکیبات وجود دارد که از جمله آن ها می توان به تست ASTM D1275 و IEC 62535 اشاره کرد. این تست ها توانایی روغن را در ایجاد خوردگی روی سطح مس ارزیابی می کنند. در صورت تشخیص وجود گوگرد خورنده، راهکارهای اصلاحی و پیشگیرانه ای قابل اجرا هستند. استفاده از افزودنی های بازدارنده خوردگی (مانند پسیواتورها) می تواند از واکنش گوگرد با مس جلوگیری کند. این افزودنی ها با تشکیل یک لایه محافظ روی سطح مس، مانع از تماس مستقیم مس با ترکیبات گوگردی می شوند. همچنین، در برخی موارد، تصفیه یا تعویض روغن آلوده ممکن است ضروری باشد. ناراسیمهان تأکید می کند که پایش منظم و انجام تست های اختصاصی برای گوگرد خورنده، بخش لاینفک برنامه نگهداری ترانسفورماتور است تا از آسیب های جدی و هزینه های بالای تعمیرات جلوگیری شود.

فصل چهارم: رطوبت در ترانسفورماتور – پیچیدگی ها و مدیریت آن

فصل چهارم کتاب ناراسیمهان به یکی از رایج ترین و پیچیده ترین مشکلات در ترانسفورماتورها، یعنی رطوبت، می پردازد. حضور رطوبت در سیستم عایقی ترانسفورماتور، چه در روغن و چه در عایق کاغذی، می تواند عواقب بسیار جدی و مخربی به دنبال داشته باشد.

منابع ورود رطوبت و اثرات مخرب آن

رطوبت می تواند از منابع مختلفی وارد ترانسفورماتور شود. یکی از رایج ترین راه ها، جذب رطوبت از محیط اطراف از طریق سیستم تنفسی (بوشینگ ها، واشرها و تنفس کننده ها) است، به ویژه اگر تنفس کننده (بریدر) حاوی رطوبت گیر (مانند سیلیکاژل) به درستی کار نکند یا اشباع شده باشد. منبع دیگر، محصولات جانبی پیری عایق کاغذی است؛ فرآیند تخریب سلولز در عایق کاغذی، آب تولید می کند که به تدریج وارد روغن می شود. نقص در آب بندی، نشت از رادیاتورها و خنک کننده ها، و حتی رطوبت اولیه باقی مانده از فرآیند ساخت ترانسفورماتور نیز می توانند منابع رطوبت باشند.
اثرات مخرب رطوبت بر ترانسفورماتور شامل موارد زیر است:

• کاهش ولتاژ شکست روغن: حتی مقادیر کمی رطوبت می تواند به طور چشمگیری خاصیت عایقی روغن را کاهش دهد و ریسک تخلیه الکتریکی را افزایش دهد.
• تخریب عایق کاغذی: رطوبت کاتالیزوری برای واکنش های دپلیمریزاسیون سلولز است. این فرآیند باعث کاهش استحکام مکانیکی کاغذ و کوتاه شدن عمر عایق جامد می شود که بخش حیاتی از سیستم عایقی ترانسفورماتور است.
• افزایش تلفات دی الکتریک: رطوبت باعث افزایش عامل تلفات دی الکتریک (DDF) در روغن و عایق جامد می شود که نشان دهنده اتلاف انرژی و گرمایش اضافی است.
• تسریع اکسیداسیون: رطوبت به عنوان یک کاتالیزور در فرآیند اکسیداسیون روغن عمل کرده و سرعت پیری روغن را افزایش می دهد.

پایش و استراتژی های کنترل رطوبت

مدیریت رطوبت در ترانسفورماتورها نیازمند پایش دقیق و استراتژی های کنترلی مؤثر است. اندازه گیری محتوای رطوبت در روغن معمولاً با استفاده از روش Karl Fischer انجام می شود که دقت بالایی دارد. علاوه بر این، استفاده از سنسورهای رطوبت آنلاین، امکان پایش پیوسته و در لحظه وضعیت رطوبت را فراهم می کند. ناراسیمهان به پیچیدگی مکانیسم انتقال رطوبت در سیستم عایقی روغن-کاغذ می پردازد؛ رطوبت بین روغن و کاغذ توزیع می شود و این توزیع به دما و شرایط عملیاتی بستگی دارد. زمانی که دما افزایش می یابد، رطوبت از کاغذ به روغن منتقل شده و خواص عایقی روغن را کاهش می دهد. در دماهای پایین تر، رطوبت مجدداً به کاغذ بازمی گردد.
برای کنترل رطوبت، روش های مختلفی وجود دارد:

• خشک کردن ترانسفورماتور: در مواردی که میزان رطوبت بالا است، فرآیندهای خشک کردن مانند خشک کردن تحت خلاء (Vacuum drying)، خشک کردن با گردش روغن گرم (Hot oil circulation) یا ترکیبی از هر دو، برای حذف رطوبت از عایق کاغذی و روغن به کار می روند.
• استفاده از سیستم های تنفس کننده مناسب: نگهداری صحیح و تعویض به موقع سیلیکاژل در تنفس کننده ها برای جلوگیری از ورود رطوبت از محیط.
• فیلتراسیون آنلاین رطوبت: استفاده از سیستم های جاذب رطوبت که به صورت آنلاین رطوبت را از روغن حذف می کنند.

مدیریت هوشمندانه رطوبت، طول عمر ترانسفورماتور را به شکل قابل توجهی افزایش داده و خطر خرابی های ناگهانی را کاهش می دهد.

فصول پنجم و ششم: تخریب عایق کاغذی – پایش با ترکیبات فوران و متانول

این دو فصل به موضوع حیاتی تخریب عایق کاغذی و روش های نوین پایش آن از طریق تحلیل ترکیبات شیمیایی مشخص در روغن می پردازند. عایق کاغذی، بخش جدایی ناپذیر سیستم عایقی ترانسفورماتور، نقش کلیدی در عملکرد طولانی مدت و پایدار آن ایفا می کند.

اهمیت عایق کاغذی و مکانیزم تخریب

عایق کاغذی (معمولاً از جنس سلولز) در ترانسفورماتورها دو وظیفه اصلی دارد: اول، فراهم کردن عایق بندی الکتریکی میان سیم پیچ ها و هسته، و دوم، تأمین تکیه گاه مکانیکی برای سیم پیچ ها در برابر نیروهای الکترومغناطیسی. عمر ترانسفورماتور عمدتاً با عمر عایق کاغذی آن تعیین می شود. تخریب عایق کاغذی، یک فرآیند دپلیمریزاسیون (شکست مولکول های بلند سلولز به مولکول های کوتاه تر) است که تحت تأثیر عواملی چون دما (مهمترین عامل)، رطوبت، اکسیژن و اسیدها تسریع می شود. افزایش دما، زنجیره های سلولز را شکسته و باعث کاهش درجه پلیمریزاسیون (DP) کاغذ می شود که به نوبه خود، استحکام مکانیکی و خواص عایقی آن را تضعیف می کند. با پیشرفت تخریب، خطر شکست عایقی و فروپاشی مکانیکی ترانسفورماتور افزایش می یابد.

فوران ها و متانول به عنوان شاخص های تخریب

با تخریب عایق کاغذی سلولزی، ترکیبات شیمیایی خاصی به عنوان محصولات جانبی در روغن ترانسفورماتور آزاد می شوند. ناراسیمهان به تفصیل به دو گروه مهم از این شاخص ها، یعنی فوران ها و متانول، می پردازد. ترکیبات فوران (Furanic Compounds)، به ویژه 2-فورفورال (2-Furaldehyde یا 2-FAL)، شاخص های اصلی تخریب سلولز هستند. این ترکیبات در اثر شکست پیوندهای گلیکوزیدی در مولکول های سلولز و تحت تأثیر گرما و رطوبت تشکیل می شوند. غلظت 2-FAL در روغن به طور مستقیم با میزان تخریب عایق کاغذی و کاهش درجه پلیمریزاسیون آن همبستگی دارد. با اندازه گیری غلظت فوران ها، می توان وضعیت کلی عایق کاغذی و حتی عمر باقیمانده ترانسفورماتور را تخمین زد.

متانول (Methanol) نیز به عنوان یک شاخص شیمیایی دیگر برای شناسایی تخریب کاغذ مورد توجه قرار گرفته است. اگرچه مکانیزم تشکیل متانول نسبت به فوران ها پیچیده تر است، اما تحقیقات نشان داده اند که غلظت متانول در روغن می تواند اطلاعات ارزشمندی در مورد تخریب حرارتی عایق کاغذی ارائه دهد. نویسنده با بررسی این شاخص ها، به مهندسان کمک می کند تا با تفسیر صحیح غلظت این ترکیبات، تصمیمات آگاهانه ای در مورد پایش، نگهداری و برنامه ریزی برای جایگزینی ترانسفورماتورها اتخاذ کنند.

فصل هفتم: آنالیز گازهای محلول در روغن (DGA) – عیب یابی پیشگیرانه ترانسفورماتور

آنالیز گازهای محلول در روغن (Dissolved Gas Analysis – DGA) یکی از قدرتمندترین و پرکاربردترین ابزارهای عیب یابی پیشگیرانه در ترانسفورماتورهاست. فصل هفتم کتاب ناراسیمهان، به تفصیل به اصول، اهمیت و روش های تفسیر نتایج DGA می پردازد.

اصول و اهمیت DGA

هنگامی که خطاهای حرارتی (مانند نقاط داغ، اضافه بار) یا الکتریکی (مانند تخلیه های جزئی، قوس های الکتریکی) در ترانسفورماتور رخ می دهد، عایق های مایع (روغن) و جامد (کاغذ) تحت تأثیر این خطاها قرار گرفته و تجزیه می شوند. این تجزیه منجر به تولید گازهای مختلفی می شود که در روغن حل شده یا به فضای گازی ترانسفورماتور منتقل می شوند. DGA با اندازه گیری غلظت این گازها در روغن، امکان تشخیص نوع و شدت خطا را در مراحل اولیه فراهم می کند. اهمیت DGA در این است که می تواند مشکلات پنهان را قبل از تبدیل شدن به خرابی های بزرگ و فاجعه بار شناسایی کند و فرصت کافی برای برنامه ریزی اقدامات اصلاحی و جلوگیری از توقف های ناخواسته و هزینه های گزاف را فراهم آورد.

گازهای کلیدی و تفسیر نتایج

گازهای اصلی که در آنالیز DGA مورد بررسی قرار می گیرند، شامل هیدروژن (H2)، متان (CH4)، اتان (C2H6)، اتیلن (C2H4)، استیلن (C2H2)، مونوکسید کربن (CO) و دی اکسید کربن (CO2) هستند. هر یک از این گازها با نوع خاصی از خطا مرتبط است:

• هیدروژن (H2): معمولاً نشان دهنده تخلیه های جزئی (PD) یا گرمایش کمتر از 150 درجه سانتی گراد است.
• متان (CH4): عمدتاً در اثر خطاهای حرارتی با دمای پایین تا متوسط (تا 300 درجه سانتی گراد) یا تخلیه های جزئی تولید می شود.
• اتان (C2H6): شاخص خطاهای حرارتی با دمای متوسط (300-500 درجه سانتی گراد) است.
• اتیلن (C2H4): نشان دهنده خطاهای حرارتی با دمای بالا (بیش از 500 درجه سانتی گراد) است.
• استیلن (C2H2): مهم ترین شاخص قوس های الکتریکی (آرک) یا تخلیه های با انرژی بالا است که نشان دهنده خطاهای بسیار جدی است.
• مونوکسید کربن (CO) و دی اکسید کربن (CO2): عمدتاً از تخریب عایق کاغذی (سلولز) ناشی می شوند. افزایش نسبت CO به CO2 می تواند نشان دهنده سوختگی و کربن سازی کاغذ باشد.

برای تفسیر نتایج DGA، روش های عیب یابی مختلفی ابداع شده اند که ناراسیمهان به توضیح دقیق آن ها می پردازد. از جمله این روش ها می توان به نسبت های دورل (Dornenburg Ratios)، مثلث راجرز (Rogers Ratios) و پنج ضلعی پنتون (Pentagon Method) اشاره کرد. این روش ها با مقایسه نسبت های خاصی از گازها، نوع دقیق خطای در حال وقوع را مشخص می کنند. نویسنده با ارائه مثال های کاربردی، چگونگی استفاده از این ابزارها را برای تشخیص دقیق مشکلات داخلی ترانسفورماتور آموزش می دهد.

تمایل به تولید گاز و گازهای سرگردان

علاوه بر مفاهیم پایه DGA، ناراسیمهان به مباحث پیشرفته تری نظیر تمایل به تولید گاز (Gassing Tendency) و گازهای سرگردان (Stray Gasses) می پردازد. تمایل به تولید گاز، به توانایی روغن در جذب یا آزاد کردن گاز در شرایط خاص اشاره دارد که می تواند بر دقت نتایج DGA تأثیر بگذارد. گازهای سرگردان نیز گازهایی هستند که منشأ آن ها لزوماً از خطاهای ترانسفورماتور نیست (مانند نشت از شیرهای نمونه برداری، آلودگی هوا و…) و درک آن ها برای جلوگیری از تفسیر نادرست نتایج DGA حیاتی است. این جزئیات پیشرفته، تحلیلگران DGA را قادر می سازد تا با دقت بیشتری وضعیت ترانسفورماتور را ارزیابی کنند و از تصمیم گیری های اشتباه جلوگیری نمایند.

فصول هشتم، نهم و دهم: روغن های جایگزین و نانوسیالات – افق های جدید در سیالات عایقی

بخش پایانی کتاب ناراسیمهان به معرفی و بررسی سیالات عایقی جایگزین برای روغن های معدنی سنتی می پردازد، که نشان دهنده پیشرفت ها و روندهای آینده در فناوری ترانسفورماتورها است. این فصول به تفصیل در مورد روغن های استر و نانوسیالات بحث می کنند و مزایا و چالش های هر یک را مطرح می سازند.

روغن های استر (طبیعی و سنتزی)

با افزایش نگرانی ها در مورد ایمنی (به دلیل نقطه اشتعال پایین روغن های معدنی) و مسائل زیست محیطی، روغن های استر به عنوان جایگزین های مناسب مطرح شده اند. ناراسیمهان به معرفی دو نوع اصلی روغن استر می پردازد: استرهای طبیعی (مانند روغن های گیاهی حاصل از دانه های روغنی نظیر سویا و کلزا) و استرهای سنتزی (تولید شده از طریق فرآیندهای شیمیایی).

ویژگی های برتر روغن های استر:

• نقطه اشتعال بالا: یکی از مهم ترین مزایای روغن های استر، نقطه اشتعال و نقطه آتش گیری بسیار بالاتر آن ها نسبت به روغن های معدنی است که به طور چشمگیری ایمنی آتش سوزی ترانسفورماتور را افزایش می دهد. این ویژگی آن ها را برای استفاده در محیط های حساس به آتش (مانند فضاهای داخلی ساختمان ها یا مناطق پرجمعیت) بسیار مناسب می کند.
• زیست تخریب پذیری بالا: استرهای طبیعی و سنتزی قابلیت زیست تخریب پذیری بیشتری دارند که به معنای تأثیر زیست محیطی کمتر در صورت نشت است. این ویژگی برای حفظ محیط زیست و کاهش آلودگی اهمیت فراوانی دارد.
• جذب رطوبت: روغن های استر، به ویژه استرهای طبیعی، ظرفیت جذب رطوبت بالاتری نسبت به روغن های معدنی دارند. این خاصیت به آن ها اجازه می دهد تا رطوبت را از عایق کاغذی جذب کرده و در خود حل کنند، که می تواند به افزایش عمر عایق جامد کمک کند.
• خواص دی الکتریک مطلوب: اگرچه خواص دی الکتریک اولیه برخی از استرها ممکن است کمی متفاوت از روغن معدنی باشد، اما با فرمولاسیون های مناسب، عملکرد عایقی قابل قبولی را ارائه می دهند.

مقایسه خواص عایقی و حرارتی و تأثیر بر طراحی ترانسفورماتور:
نویسنده به مقایسه دقیق خواص عایقی و حرارتی روغن های استر با روغن معدنی می پردازد. این مقایسه شامل ولتاژ شکست، عامل تلفات دی الکتریک، ویسکوزیته (تأثیر بر انتقال حرارت) و پایداری اکسیداسیون است. استفاده از روغن های استر می تواند بر طراحی ترانسفورماتورها تأثیر بگذارد، به ویژه در ابعاد سیستم خنک کننده و ملاحظات مربوط به مواد عایقی دیگر. به عنوان مثال، با توجه به نقطه اشتعال بالاتر، ممکن است نیاز به برخی سیستم های اطفاء حریق کاهش یابد یا طراحی محفظه ها ساده تر شود.

نانوسیالات به عنوان عایق مایع

فصل دهم، افق های جدیدی را در زمینه سیالات عایقی با معرفی نانوسیالات (Nanofluids) باز می کند. نانوسیالات، سیستم های کلوئیدی پایداری هستند که از پراکندگی نانوذرات (با ابعادی کمتر از ۱۰۰ نانومتر) در یک مایع پایه (مانند روغن معدنی یا استر) تشکیل شده اند.

مفهوم نانوسیالات و چگونگی بهبود خواص دی الکتریک و انتقال حرارت:
ایده اصلی در پشت نانوسیالات، بهبود خواص حرارتی و دی الکتریک مایعات عایقی با افزودن مقادیر کمی از نانوذرات رسانا یا نیمه رسانا (مانند اکسیدهای فلزی نظیر SiO2, Al2O3 یا TiO2) است. این نانوذرات می توانند به طور چشمگیری ضریب هدایت حرارتی مایع را افزایش دهند و در نتیجه، کارایی خنک کنندگی ترانسفورماتور را بهبود بخشند. در زمینه خواص دی الکتریک، نانوسیالات می توانند ولتاژ شکست، مقاومت عایقی و پایداری تخلیه جزئی را افزایش دهند.

مکانیزم های احتمالی افزایش کارایی عایقی:
ناراسیمهان به مکانیزم های پیچیده ای که پشت بهبود خواص عایقی نانوسیالات هستند، اشاره می کند. این مکانیزم ها شامل موارد زیر هستند:

• پدیده تله گذاری الکترون: نانوذرات می توانند الکترون های آزاد در روغن را به دام انداخته و از تشکیل مسیرهای هادی جلوگیری کنند.
• افزایش طول مسیر تخلیه: حضور نانوذرات می تواند مسیرهای تخلیه الکتریکی را طولانی تر و پیچیده تر کند.
• تغییر در خواص فیزیکی و شیمیایی سطح: نانوذرات با تغییر در ویسکوزیته و کشش سطحی، می توانند بر رفتار عایقی روغن تأثیر بگذارند.

چالش ها و فرصت های استفاده از نانوسیالات:
با وجود مزایای بالقوه، چالش هایی نیز در مسیر تجاری سازی نانوسیالات وجود دارد. مهم ترین چالش ها شامل:

• پایداری نانوذرات: حفظ پایداری پراکندگی نانوذرات در طول زمان و جلوگیری از رسوب آن ها.
• هزینه تولید: تولید نانوسیالات می تواند گران تر از روغن های سنتی باشد.
• استانداردسازی: نیاز به توسعه استانداردها و روش های تست مشخص برای این مواد نوین.
• پیچیدگی های عملیاتی: چگونگی رفتار نانوسیالات در محیط عملیاتی واقعی و طولانی مدت.

با این حال، فرصت های بزرگی نیز برای نانوسیالات در آینده صنعت ترانسفورماتور متصور است، از جمله افزایش چگالی توان ترانسفورماتورها و بهبود کارایی سیستم های خنک کننده.

نتیجه گیری: خلاصه ای جامع برای تصمیم گیری آگاهانه

کتاب «راهنمای جامع روغن ترانسفورماتور» نوشته دکتر سی.اس. ناراسیمهان، اثری بی نظیر است که از مبانی اساسی روغن های معدنی آغاز شده و تا آخرین پیشرفت ها در زمینه سیالات عایقی، از جمله روغن های استر و نانوسیالات، پیش می رود. این کتاب نه تنها به جنبه های شیمیایی و فیزیکی روغن می پردازد، بلکه مکانیزم های تخریب، روش های پایش وضعیت و راهکارهای پیشگیرانه و اصلاحی را نیز با جزئیات کامل تشریح می کند.

این خلاصه جامع و تحلیلی، فرصتی ارزشمند برای مهندسان برق و شیمی، تکنسین های نگهداری و تعمیرات، و دانشجویان فراهم می آورد تا در زمان کوتاه به اطلاعات حیاتی و کاربردی دست یابند. از درک پیچیدگی های اکسیداسیون و خوردگی مس گرفته تا مدیریت رطوبت، پایش تخریب عایق کاغذی با فوران ها و متانول، و عیب یابی پیشرفته از طریق آنالیز گازهای محلول (DGA)، هر فصل از کتاب به یک جنبه کلیدی از سلامت ترانسفورماتور می پردازد.

اهمیت به کارگیری این دانش در بهبود عمر و عملکرد ترانسفورماتورها قابل انکار نیست. با درک عمیق تر از رفتار روغن ترانسفورماتور و تعامل آن با سایر اجزای ترانس، می توان استراتژی های نگهداری پیشگیرانه را بهینه سازی کرد، از خرابی های پرهزینه جلوگیری نمود و قابلیت اطمینان سیستم های قدرت را افزایش داد. در نهایت، این خلاصه به شما کمک می کند تا با دیدی جامع تر و آگاهانه تر، در مورد پایش، نگهداری و ارتقاء ترانسفورماتورهای حیاتی خود تصمیم گیری کنید. برای تسلط کامل بر جزئیات فنی و کسب دیدگاهی عمیق تر، مطالعه کامل کتاب «راهنمای جامع روغن ترانسفورماتور ( نویسنده سی اس ناراسیمهان )» اکیداً توصیه می شود.