انواع و کارکردهای روغن عایق ترانسفورماتور

ترانسفورماتور قدرت یک دستگاه الکتریکی است که برای تبدیل انرژی استفاده می‌شود و قادر به تبدیل جریان متناوب (AC) با یک ولتاژ و جریان به ولتاژ و جریان دیگری با همان فرکانس است. روغن ترانسفورماتور یک محیط مایع تخصصی است که برای عایق‌بندی و خنک‌سازی ترانسفورماتورها طراحی شده است. این روغن دارای خواص عایقی عالی، پایداری حرارتی، قابلیت خاموش کردن قوس و مقاومت در برابر اکسیداسیون است. این روغن می‌تواند در برابر اثرات میدان‌های الکتریکی ولتاژ بالا در دوره‌های طولانی مقاومت کند و به طور مؤثر از خطاهای داخلی ترانسفورماتور مانند قوس، تخلیه و انفجار جلوگیری کند و در نتیجه عملکرد طبیعی ترانسفورماتورها را تضمین کند. بر اساس منبع روغن پایه، روغن ترانسفورماتور را می‌توان به چهار نوع اصلی طبقه‌بندی کرد: روغن ترانسفورماتور روغن معدنی، روغن ترانسفورماتور روغن گیاهی، روغن ترانسفورماتور روغن سیلیکون و روغن ترانسفورماتور استر مصنوعی.

روغن ترانسفورماتور روغن معدنی در روغن استفاده شده است-ترانسفورماتور غوطه‌وربه دلیل خواص الکتریکی و حرارتی عالی، نزدیک به یک قرن است که مورد استفاده قرار می‌گیرد. تا به امروز، این روغن، روغن ایده‌آل ترانسفورماتور برای ترانسفورماتورهای قدرت با ولتاژ بسیار بالا و ولتاژ بسیار بالا باقی مانده است. روغن ترانسفورماتور معدنی در درجه اول از روغن‌های پایه نفتنیک و روغن‌های پایه پارافینیک مشتق می‌شود. از دیدگاه ساختار مولکولی، این روغن از آلکان‌های زنجیره‌ای مستقیم، ایزوآلکان‌ها، نفتن‌ها و هیدروکربن‌های آروماتیک تشکیل شده است که هر کدام نقش‌های متمایزی را در روغن ترانسفورماتور ایفا می‌کنند. آلکان‌های زنجیره‌ای مستقیم دارای نقاط انجماد بالایی هستند و تمایل دارند در میدان‌های ولتاژ بالا هیدروژن تولید کنند. با توجه به عوامل اقتصادی و عملکردی، آلکان‌های زنجیره‌ای مستقیم معمولاً مستقیماً در تولید روغن ترانسفورماتور استفاده نمی‌شوند. ایزوآلکان‌ها دارای نقاط اشتعال بالای ۱۷۰ درجه سانتیگراد، نقاط انجماد پایین، مقادیر اسیدی پایین، پایداری اکسیداسیون خوب و خواص گاززایی متوسط ​​هستند که آنها را برای روغن ترانسفورماتور مناسب می‌کند. نفتن‌ها نقاط انجماد پایین و نقاط اشتعال نسبتاً پایینی را با خواص گاززایی متوسط ​​نشان می‌دهند و الزامات عملکرد الکتریکی ترانسفورماتورها را برآورده می‌کنند. هیدروکربن‌های مونوآروماتیک در میان هیدروکربن‌های آروماتیک، خواص گاززایی خوبی دارند و می‌توانند در روغن ترانسفورماتور با ولتاژ بسیار بالا استفاده شوند. هیدروکربن‌های آروماتیک چند حلقه‌ای و متراکم، پایداری اکسیداسیون ضعیفی دارند و خطرات سلامتی ایجاد می‌کنند، بنابراین باید از روغن ترانسفورماتور حذف شوند. بنابراین، اجزای ایده‌آل روغن ترانسفورماتور با روغن معدنی، ایزوآلکان‌ها، نفتن‌ها و مقادیر کمی از هیدروکربن‌های مونوآروماتیک هستند.

روغن ترانسفورماتور روغن نباتی از محصولات روغنی طبیعی از طریق پرس، پالایش و اصلاح تولید می‌شود. این روغن مزایایی مانند نقطه اشتعال بالا، عملکرد الکتریکی خوب، منابع مواد اولیه فراوان، تجدیدپذیری و زیست‌تخریب‌پذیری را ارائه می‌دهد. اجزای اصلی روغن نباتی تری‌گلیسیریدها هستند و نوع و نسبت اسیدهای چرب در بین روغن‌های گیاهی مختلف به طور قابل توجهی متفاوت است. برای ایجاد تعادل بین مقاومت در برابر اکسیداسیون و سیالیت در دمای پایین روغن ترانسفورماتور، روغن‌های گیاهی با محتوای اسید چرب تک غیراشباع بالاتر، انتخاب بهینه برای تولید روغن ترانسفورماتور روغن نباتی هستند. اگرچه روغن ترانسفورماتور روغن نباتی مزایای خاصی نسبت به روغن ترانسفورماتور روغن معدنی دارد، اما هنوز با چالش‌هایی روبرو است. این چالش‌ها شامل هزینه‌های بالاتر - تقریباً سه تا چهار برابر روغن معدنی - ویسکوزیته بالاتر، حساسیت به هیدرولیز و تولید مواد اسیدی، عملکرد ضعیف در دمای پایین، مشکلات اکسیداسیون و ژل شدن، استانداردهای متناقض عملکرد روغن، تجربه محدود در نگهداری و فرآیندهای ناقص است. این عوامل ترویج و کاربرد روغن ترانسفورماتور روغن نباتی را محدود می‌کنند.

روغن ترانسفورماتور روغن سیلیکون نه تنها خواص عایق الکتریکی عالی، بلکه مزایایی مانند نقطه اشتعال بالا، نقطه ریزش پایین و حداقل تغییر ویسکوزیته با دما را نیز ارائه می‌دهد. این روغن اغلب به عنوان جایگزینی برای روغن ترانسفورماتور سنتی در ترانسفورماتورهای با ظرفیت کم زیر 35 کیلوولت استفاده می‌شود. با این حال، روغن ترانسفورماتور روغن سیلیکون به محصولات تجزیه ناشی از تخلیه جزئی یا شکست حساس است، پایداری نسبتاً کمی در برابر جرقه‌های الکتریکی دارد و تحت تنش الکتریکی مکرر، پایداری عایق را کاهش می‌دهد. بنابراین، روغن ترانسفورماتور روغن سیلیکون معمولاً در ترانسفورماتورهای زیر 35 کیلوولت استفاده می‌شود و دمای کارکرد نباید بیش از حد بالا باشد. شایان ذکر است که روغن سیلیکون در قرن گذشته به دلیل عملکرد برتر ایمنی در برابر آتش محبوبیت پیدا کرده است. با این حال، به دلیل معایب زیست‌محیطی و هزینه‌ای آن، به طور گسترده مورد استفاده قرار نگرفته است. در حال حاضر، استفاده از روغن سیلیکون در سطح جهانی رو به کاهش است و فقط در برخی کشورها یا مناطق (مانند ایالات متحده) و صنایع خاص (مانند ترانسفورماتورهای ماشین تونلی) ادامه دارد.

روغن ترانسفورماتور استر مصنوعی در درجه اول از روغن پایه پلیول استر استفاده می‌کند. برجسته‌ترین ویژگی آن زیست‌تخریب‌پذیری عالی است که به آن اجازه می‌دهد توسط میکروارگانیسم‌های فعال (باکتری‌ها) در مدت کوتاهی به دی‌اکسید کربن و آب تجزیه شود و هیچ آسیبی به محیط زیست وارد نکند. این امر آن را به ویژه برای کاربردهایی با الزامات زیست‌محیطی بالا، مانند مزارع بادی فراساحلی، مناسب می‌کند. روغن ترانسفورماتور استر مصنوعی علاوه بر زیست‌تخریب‌پذیری، ویژگی‌های عملکردی جامعی از جمله عملکرد خوب در برابر آتش‌سوزی، خواص عایق الکتریکی، مقاومت در برابر اکسیداسیون و مقاومت در برابر پیری را ارائه می‌دهد. علاوه بر این، روغن ترانسفورماتور استر مصنوعی قطبیت قوی و میل ترکیبی بالایی برای مولکول‌های آب از خود نشان می‌دهد و ولتاژ شکست بالایی را حتی در رطوبت بالا حفظ می‌کند. مقاومت رطوبتی آن از روغن ترانسفورماتور روغن معدنی و روغن ترانسفورماتور روغن سیلیکونی پیشی می‌گیرد.