تست ولتاژ شکست یا دی الکتریک روغن ترانس

در این مقاله تست مقاومت عایقی با میگر و تست دی الکتریک روغن ترانسفورماتور 1250 کیلو ولت آمپر بررسی و احیاء یا سیرکولاسیون روغن آن شرح خواهد شد. این ترانسفورماتور ساخت شرکت ایران ترانسفو زنگان در سال 1390 می باشد.

در اغلب ترانسفورماتورهای قدرت از روغن استفاده می شود. روغن در ترانسفورماتور نقش عایقی و خنک کنندگی داشته و کیفیت آن بسیار مهم است. پیری روغن یا مخلوط شدن آن با ناخالصی ها می تواند بر ظرفیت عایقی تاثیر گذاشته و عمر ترانس را کاهش دهد. پیری روغن عایق در ترانسفورماتورهای روغنی یک معیار تعیین کننده برای عملکرد قابل اعتماد است. کیفیت عایق مایع یا روغن با اکسیداسیون، تنش های حرارتی، نفوذ اجسام خارجی و تماس با مواد دیگر به سرعت پائین می آید.

تست های تشخیصی روغن ترانسفورماتور

استانداردهای ملی و بین المللی مختلفی جهت کنترل وضعیت روغن تدوین شده است. با انجام تست های تشخیصی روغن می توان به اطلاعات مهمی مانند کیفیت تصفیه، درجه خلوص، قدرت دی الکتریک، تلفات دی الکتریک و پیری دست پیدا کرد. در پروسه ی آنالیز روغن ترانسفورماتور از نتایج، برای تعیین کیفیت استفاده می شود. نتایج تست یکی از سه حالت زیر را مشخص خواهند کرد:

• وضعیت روغن مطلوب بوده و می تواند به کار خود ادامه دهد.
• وضعیت روغن مطلوب نبوده و نیاز به احیاء دارد.
• وضعیت روغن مطلوب نبوده و باید تعویض شود.

ترانسفورماتورها به نحوی طراحی می شوند که برای 40 سال یا بیشتر کار کنند. هزینه ی بهره برداری از ترانسفورماتورها به میزان تعمیرات و خرابی های احتمالی در طول عمر آن ها بستگی دارد. برای تست روغن معمولا از دو دستگاه تست ولتاژ شکست و اندازه گیری ضریب تلفات استفاده می شود. در تصویر زیر دستگاه تست دی الکتریک روغن ترانسفورماتور را مشاهده می کنید. دستگاه های جدید دارای رابط کاربری و نرم افزار بوده که باعث سهولت در تست و تهیه گزارش ها خواهد شد. توصیه می شود که گزارش ها برای بررسی های بعدی بایگانی شوند.

تست ولتاژ شکست یا دی الکتریک روغن ترانسفورماتور چیست؟

شکست عایقی در روغن به معنی خارج شدن عایق از حالت عادی و عبور جریان از داخل آن است. ولتاژی که عایق پس از آن دچار شکست می شود را ولتاژ دی الکتریک می نامند. ولتاژ دی الکتریک عایق مایع مانند روغن بر اساس کیلو ولت بر سانتی متر یا واحدهای دیگر بیان می شود. ظرفیت عایق مایع با استفاده از تست ولتاژ شکست ارزیابی خواهد شد. نتایج تست دی الکتریک مشخص می کند که آیا پیری روغن صورت گرفته است یا خیر. پیری روغن می تواند بعلت وجود بیش از حد آب، ناخالصی یا اکسیداسیون رخ بدهد.

دستگاه تست ولتاژ شکست برای مصارف آزمایشگاهی، کارگاهی یا هردو طراحی می شوند. نمونه های آزمایشگاهی به جابجایی حساس بوده و بیشتر در معرض خطر هستند. برای تست روغن با دستگاه های ثابت باید نمونه ی روغن را تهیه و با رعایت دستورالعمل ها به آزمایشگاه ارسال کرد. دستگاه های پرتابل به سادگی قابل جابجایی بوده و عمل تست را در محل ترانسفورماتور انجام می دهند.

دستگاه تست ولتاژ شکست روغن یا Oil Breakdown Voltage Tester دارای یک محفظه بوده که داخل آن دو الکترود وجود دارد. این محفظه باید با روغن مورد نظر پر شده و تست ها انجام شود. فاصله ی الکترودها بر اساس نوع تست و استانداردها تعیین می شود. در تصویر یک محفظه ی روغن به همراه الکترودهای آن را مشاهده می کنید.

پروسه تست از نظر فاصله الکترودها، تعداد تست های متوالی، زمان تاخیر بین آن ها و غیره با توجه به روغن و استانداردها مشخص می شود. در دستگاه های جدید کافی است استاندارد را مشخص کرده و تنظیمات دستگاه را انجام دهید. در ادامه تمام مراحل توسط دستگاه انجام شده و گزارش نهایی تهیه خواهد شد. گزارش نهایی می تواند به شکل پرینت، فایل PDF یا فرمت های خاص دستگاه باشد. برخی از دستگاه ها دارای نرم افزار برای دانلود گزارش و تحلیل آن هستند.

اندازه گیری ولتاژ شکست روغن ترانسفورماتور با اعمال ولتاژ به الکترودها انجام می شود. این الکترودها در لحظه ی اول دارای اختلاف پتانسیل صفر هستند. با شروع تست، ولتاژ از صفر با یک شیب خاص افزایش پیدا می کند. افزایش ولتاژ تاحدی ادامه خواهد داشت تا بین دو الکترود یک تخلیه یا آرک ایجاد شود. پس از رخ دادن شکست عایقی، میزان ولتاژ ثبت شده و ادامه تست انجام خواهد شد. در برخی از استانداردها این تست چند مرتبه تکرار شده و میانگین ولتاژهای شکست محاسبه می شود. این ولتاژ با مقدار MEAN VALUE در گزارش های بعدی آورده شده است. ولتاژ شکست یک معیار مناسب برای تشخیص وضعیت روغن از نظر آلودگی ها و نفوذ رطوبت است. در صورت پائین بودن ولتاژ شکست روغن می توان در مراحل اولیه از تصفیه ی فیزیکی و حذف رطوبت استفاده کرد.

سیرکولاسیون روغن چیست؟

سیرکولاسیون به معنی چرخش مایع یا سیال بوده و در صنعت برق مفهوم های مختلفی دارد. به عنوان مثال از این کلمه به شکل های مختلفی مانند سیرکوله کردن روغن یا سیرکولاسیون روغن استفاده می شود. سیرکوله کردن روغن به معنی چرخش آن در یک مسیر خاص است. این مسیر می تواند برای تهویه ترانسفورماتور یا انجام پروسه ی خاصی روی روغن طراحی شده باشد.

در ترانسفورماتورهای قدرت با ولتاژ های بالا، از چرخش روغن برای تهویه استفاده می شود. این چرخش توسط پمپ های خاصی صورت گرفته و روی پلاک ترانس به شکل OF یا Oil Forced مشخص میشود. ترانسفورماتورهای توزیع اغلب به شکل ONAN بوده و گردش هوا و روغن آن ها به شکل طبیعی انجام می شود. منظور از سیرکولاسیون روغن در این بخش استفاده از تجهیزات خاصی برای حذف رطوبت و آلودگی های فیزیکی است.

دستگاه سیرکولاسیون یا تصفیه ی فیزیکی روغن در مدل ها و ابعاد بسیار متنوعی ساخته می شود. دستگاه های بزرگتر می توانند حجم بیشتری از روغن را در زمان کمتری تصفیه کنند. معمولا از دستگاه های بزرگ برای تصفیه روغن ترانسفورماتورهای فوق توزیع و انتقال استفاده می شود. بسیاری از شرکت ها برای سهولت در جابجایی دستگاه، اقدام به نصب سیستم سیرکوله ی روغن روی خودرو یا تریلرها می کنند.

دستگاه سیرکوله ی روغن دارای یک ورودی و یک خروجی است. بخش ورودی دستگاه سیرکولاسیون اغلب به شیر تخلیه ی روغن ترانس متصل می شود. با این کار روغن از قسمت پائین تانک ترانسفورماتور خارج و به سیستم سیرکولاسیون وارد می شود. پس از تصفیه ی فیزیکی و حذف رطوبت، روغن از بالای ترانسفورماتور مانند کنسرواتور وارد تانک اصلی خواهد شد. معمولا عملکرد دستگاه به شکل لیتر بر دقیقه یا لیتر بر ساعت مشخص می شود. با تقسیم حجم روغن ترانسفورماتور بر ظرفیت دستگاه می توان زمان تقریبی یک سیکل تصفیه را محاسبه کرد. تعداد سیکل چرخش روغن به میزان آلودگی های موجود بستگی دارد. قبل و بعد از سیرکولاسیون روغن از تست های مختلفی مانند میگر و تست ولتاژ شکست روغن ترانسفورماتور استفاده می شود.

تست میگر  و اندازه گیری DAR و PI

قبل از سیرکولاسیون روغن چند تست عایقی روی ترانسفورماتور انجام شد. این تست ها از نوع فشار قوی به بدنه بوده و جهت اندازه گیری مقاومت عایقی و محاسبه ی اندیس های آن هستند. در تصویر زیر نحوه ی اتصال میگر 2 سیمه به ترانسفورماتور را مشاهده می کنید. در این دیاگرام سیم لاین میگر به بوشینگ های فشار قوی و سیم ارت به بدنه ی ترانس متصل شده است. جهت افزایش دقت اندازه گیری، بوشینگ های فشار ضعیف نیز اتصال کوتاه و به بدنه متصل خواهند شد. وضعیت سطح روغن هنگام تست نرمال بوده و بوشینگ ها آلودگی خاصی نداشتند. در ادامه نتیجه ی تست های DAR و PI با ولتاژهای 500، 2500 و 5000 ولت آورده شده است.

نتیجه تست DAR در 500 ولت

نتیجه تست PI در 500 ولت

در تصویر نمودار کاهش جریان و افزایش مقاومت در تست 500 ولت را مشاهده می کنید. میزان مقاومت این ترانس در 30 ثانیه معادل 809 مگا اهم بوده و در پایان 10 دقیقه به 1.25 گیگا اهم می رسد. اندیس های DAR و PI این ترانس در ولتاژ 500 ولت مشکوک هستند.

ظرفیت خازنی ترانس فوق در پایان 10 دقیقه معادل 12.69 نانو فاراد اندازه گیری شده است. در تصویر اطلاعات ثبت شده توسط میگر 3128 کیوریتسو را مشاهده می کنید.

نتیجه تست DAR در 2500 ولت

نتیجه تست PI در 2500 ولت

برای بررسی وضعیت عایق، ولتاژ میگر را به 2500 ولت افزایش داده و تست تکرار شد. مقدار مقاومت در 30 ثانیه معادل 991 ثبت شد که در مقایسه با تست قبلی 86 مگا اهم افزایش داشته است. افزایش مقاومت در پی افزایش ولتاژ، نشانه ی رفتار خوب عایق است. هردو اندیس DAR و PI در مقایسه با تست قبلی افزایش پیدا کرده اند ولی هنوز در بازه ی مشکوک قرار دارند. در تصویر نمودار ثبت شده توسط میگر را مشاهده می کنید. افزایش ناگهانی جریان و کاهش مقاومت عایق ممکن است بعلت وجود ناخالصی فیزیکی، آب یا ذرات معلق در روغن باشد.

افزایش ولتاژ به معنی شارژ بهتر سیم پیچ ها و افزایش ظرفیت خازنی است. در تصویر ظرفیت خازنی ترانسفورماتور با ولتاژ 2500 ولت در پایان 10 دقیقه معادل 16.08 نانو فاراد اندازه گیری شده است.

نتیجه تست DAR در 5000 ولت

نتیجه تست PI در 5000 ولت

در مرحله ی آخر ولتاژ میگر به 5000 ولت افزایش و زمان تست به 5 دقیقه کاهش داده شد. با این تست مقدار DAR از ناحیه ی مشکوک عبور کرده و به نزدیکی حالت خوب رسید. مقدار PI در ولتاژ 5 کیلو ولت در ناحیه ی مشکوک باقی ماند. در تصویر صفحه ی میگر پس از پایان 5 دقیقه را مشاهده می کنید.

تست دی الکتریک روغن ترانسفورماتور قبل از سیرکولاسیون

در این مثال از شیر تخلیه ی پائین ترانس برای نمونه برداری روغن استفاده گردید. روغن پائین مخزن ترانس بعلت نشست لجن دارای آلودگی بیشتری در مقایسه با روغن داخل کنسرواتور است. قبل از هر کاری باید مقداری از روغن را در ظرف تمیز و خشک ریخته و به خوبی حرکت داد. این مقدار از روغن برای حذف آلودگی های احتمالی ظرف بوده و دور ریخته می شود. توجه داشته باشید که ظرف نمونه برداری و محفظه تست دستگاه باید کامل خشک و بدون آلودگی باشد. با توجه به وجود دستگاه تست در محل ترانسفورماتور، نمونه ی روغن مستقیم در ظرفت دستگاه ریخته شد.
برای شروع تست مقدار دیگری از روغن ترانس نمونه برداری شد. این روغن به اندازه ی یک پروسه ی تست بوده که گزارش آن در تصویر سمت چپ آورده شده است. قسمت بالای گزارش مربوط به ساعت، تاریخ، استاندارد، اطلاعات مربوط به الکترودها، دما، فرکانس و غیره است. بخش بعدی گزارش مربوط به ولتاژ شکست روغن ترانسفورماتور در 6 تست مجزا می باشد. این تست ها به صورت خودکار انجام شده و بین آن ها 2 دقیقه تاخیر وجود دارد. عدد MEAN VALUE میانگین ولتاژ شکست 6 تست متوالی بوده و به عنوان مبنا در نظر گرفته می شود. میانگین ولتاژ شکست در تست اول 36.1 کیلو ولت است.
مجدد مقداری از روغن نمونه برداری شده و تست ولتاژ شکست تکرار شد. در این تست میانگین ولتاژ شکست معادل 40.5 کیلو ولت به دست آمد. گزارش تست دوم در تصویر سمت راست آورده شده است. مقدار ولتاژ 40.5 کیلو ولت به عنوان مبنی قبل از سیرکولاسیون روغن در نظر گرفته شد. تعداد تست ها و نحوه ی انجام آن ها باید طبق دستورالعمل محلی، ملی یا بین المللی انجام شود.

تست ولتاژ شکست روغن ترانسفورماتور پس از سیرکولاسیون

پس از سیرکولاسیون روغن تست ولتاژ شکست یا تست دی الکتریک روغن ترانس انجام شد. این تست دارای استاندارد مشابه با تست های اولیه بوده و گزارش آن در تصویر زیر آورده شده است. میانگین ولتاژ شکست تست نهایی و پس از سیرکولاسیون روغن معادل 47.6 کیلو ولت محاسبه شد. ولتاژ میانگین قبل از سیرکولاسیون 40.5 کیلو ولت بوده که پس از رطوبت زدایی مقدار 7.1 کیلو ولت افزایش پیدا کرده است.

جمع بندی

اندازه گیری مقاومت عایقی با میگر و تست دی الکتریک روغن ترانسفورماتور از آیتم های روتین برای تشخیص شرایط ترانسفورماتور مخصوصا در سطح توزیع است. وجود ناخالصی و حباب ها در عایق مایع باعث تخلیه جزئی می شود. تخلیه ی جزئی همان آرک های کوچک داخل عایق بوده که رفته رفته به تخلیه ی کامل منجر خواهد شد. به منظور حذف رطوبت و تصفیه فیزیکی روغن از پروسه های مختلفی استفاده می شود. از روش های مهم در این زمینه می توان به فیلتراسیون، سیرکولاسیون، رطوبت زدایی و لجن زدایی اشاره کرد.