عایق ترانسفورماتور

سیم پیچ های اولیه و ثانویه جزو اعضای مهم ترانسفورماتور به حساب می آیند که فرآیند القای الکترومغناطیس را بین یکدیگر فرآهم می آورند و در واقع ولتاژ و جریان مورد نیاز برای عملکرد وسایل برقی را فرآهم می آورند. مواد مختلفی وجود دارد که برای عایق بندی سیم پیچ اولیه و ثانویه ترانسفورماتور مورد استفاده قرار میگیرند و در کنار سیم پیچ ها و سایر اجزای این ماشین ایستا، عایق ترانسفورماتور یکی از مهم ترین قسمت های یک ترانس به حساب می آیند که در صورت وجود مقدار کافی عایق در بین بخش های فعال ترانسفورماتور و یا به عبارتی اکتیوپارت ها، امکان عملکرد درست و ایمن دستگاه فرآهم می شود. لازم به ذکر است که مقدار کافی عایق بندی ترانسفورماتور نه تنها برای ایزوله کردن سیم پیچ ها ضروری است، بلکه برای ایزوله کردن هسته از منبع نیز مورد استفاده قرار می گیرد و همچنین ایمنی ترانسفورماتور در برابر اضافه ولتاژ ناگهانی را تضمین می نماید.

عایق بندی ترانسفورماتور

همانطور که اشاره شد عایق ترانسفورماتور یکی از بخش های مهم این دستگاه است. از عایق در ترانسفورماتور برای جداسازی رساناها از یکدیگر و سایر اجزای ترانسفورماتور استفاده می شود. به عبارت بهتر یکی از دلایل اصلی برای از کار افتادن ترانسفورماتور، خراب شدن عایق آن است. به طور کلی می توان عایق بندی ترانسفورماتور را به انواع عایق بندی کلی و عایق بندی جزیی تقسیم و طبقه بندی کرد؛

عایق ترانسفورماتور کلی:

• عایق بین هسته و سیم پیچ فشار ضعیف (LV)،
• عایق بین سیم پیچ فشار ضعیف (LV) و سیم پیچ فشار قوی (HV)،
• عایق بین بالا و پایین سیم پیچ و یوغ،
• عایق بین سیم پیچ فشار قوی و منبع،
• بوشینگ ها،

عایق ترانسفورماتور جزئی:

• عایق بین فلز رساناها در سیم پیچ،
• عایق بین پیچش فلز رسانا در سیم پیچ،
• عایق بین لایه های سیم پیچ،
• عایق بین لمینیت ها،
• عایق بین مفصل ها و رابط ها.

لازم به ذکر است که با توجه به این طبقه بندی می توان خواص و ویژگی های مهمی را برای مواد عایقی در ترانس در نظر گرفت که شامل مقاومت و مقاومت ویژه بالا، کم بودن گذردهی نسبی (توانایی ماده برای متمرکز ساختن خطوط شار میدان الکتروستاتیکی)، استقامت دی الکتریک بالا و در نهایت تلفات دی الکتریک کم می باشد.

انواع عایق ترانسفورماتور

برای مشخص کردن نوع عایق ترانسفورماتور می بایست به نوع ترانسفورماتور و کاربری آن توجه نمایید. انواع ترانسفورماتور شامل، ترانسفورماتور روغنی و ترانسفورماتور خشک می گردد که در ترانسفورماتور روغنی می توان به ترانسفورماتور توزیع روغنی دارای منبع انبساط و ترانسفورماتور هرمتیک اشاره کرد و البته ترانسفورماتور قدرت و ترانسفورماتور ولتاژ و غیره نیز وجود دارند که در اینجا نیاز به جزیی نگری نیست. به طور کلی نوع رایج عایق ترانس برای هسته زمین شده و سیم پیچ فشار ضعیف زمین شده، همچنین بین سیم پیچ فشار قوی و فشار ضعیف، استفاده از پرس برد سخت و یا عایق سخت آغشته شده به روغن ترانسفورماتور که البته می توانند این صفحات عایق به صورت چند لایه و یا کاغذ عایق ترنسفورماتور باشند، می باشد. البته لازم به ذکر است که ممکن است این صفحات دارای منفذ های بسیار کوچک داخلی برای هوا باشند که خود منجر به کاهش قدرت عایق و البته کاهش ظرفیت اتلاف گرما می شود. زمانی که روغن عایق ترانسفورماتور برای آغشته کردن این صفحات انتخاب می گردد، این منفذ های بسیار کوچک پر می شوند، که منجر به بهبود شرایط عایق های ترانسفورماتور شده و دفع حرارت ترانسفورماتور نیز به سادگی صورت می گیرد.
در ترانسفورماتورهایی که بزرگتر هستند و در واقع ترانسفورماتورهای قدرت، از نوار کاغذ ترانسفورماتور با پایه سلولوز استفاده می شود و به طور معمول به دور هر هادی پیچیده می شود. عایق در ترانسفورماتور به صورت لایه به لایه و یا دیسک به دیسک به طور معمول با به کارگیری کاغذ کرافت (KRAFT) آغشته به روغن صورت می گیرد و یا از پرس برد زخیم و یا تخته ترانسفورماتور در قدرت نامی بالاتر استفاده می گردد. اما آیا تنها از روغن برای عایق بندی ترانس استفاده می شود؟

مواد عایق مورد استفاده در ترانسفورماتور

در حقیقت برای انتخاب عایق های ترانسفورماتور ایران ترانسفو می بایست بتوانند چهار خاصیتی که پیش تر اشاره شد را ارائه نمایند ولی به طور معمول از روغن ترانسفورماتور، کاغذ عایق الکتریکی ، برس برد، چوب و چوب عایق شده، نوار عایق بندی، ورق پایه کاغذ چند لایه فنولیک و ورق پنبه ای چند لایه فنولیک استفاده می شود که در ادامه تصمیم داریم هر یک را به صورت کلی معرفی نماییم.

روغن ترانسفورماتور

روغن ترانسفورماتور یکی از مهمترین نوع عایق در ترانسفورماتور هستند که نه تنها به عنوان عایق بلکه به عنوان خنک کننده هم استفاده می شوند. از طرفی روغن از زنگ زدگی و پوسیدگی اجزای فلزی ترانسفورماتور جلوگیری می نماید. به طور کلی از چهار ماده اصلی برای ساخت روغن ترانسفورماتور از جمله پارافین، نفتن ها، آروماتیک ها و الفین ها استفاده می شود و یک روغن عایقی خوب دارای پارافین اشباع شده و آروماتیک و نفتن کمتر و البته عاری از الفین ها می باشد. برای کسب اطلاعات بیشتر درباره روغن ترانسفورماتور به مقاله اختصاصی مربوط به آن مراجعه فرمایید.

کاغذ عایق الکتریکی یا KRAFT

کاغذ الکتریکی یکی از انواع ارزان قیمت عایق ترانسفورماتور و یکی از بهترین مواد عایقی است که در این دستگاه استفاده می شود. کاغذ عایق الکتریکی دارای استقامت دی الکتریک بالا و عاری از هرگونه ذرات رسانا می باشد. کاغذ کرافت از تراشه های نرم چوب سفید نشده در طی فرآیند سولفات تهیه می شود. این نرم چوب به صورت سفید نشده استفاده می شود از این نظر که با استفاده از فرآیند سفید کردن ذراتی روی چوب قرار می گیرند که ممکن است روی خواص الکتریکی آن تاثیر گذارد. کاغذ کرافت در بخش هایی از جمله عایق سیم پیچ ها با کاغذ کرافت با نفوذ پذیری هوای متوسط، استفاده از کاغذ کرافت با نفوذپذیری هوای متوسط برای بوشینگ های هسته کندانسور، کاغذ کرافت با درجه نفوذپذیری بالا برای عایق بندی های های مسی مستطیل شکل و کاغذ کرافت بسیار نازک (کرپ) برای عایق بندی کابل مسی افشان استفاده می شود. این کاغذها به دلیل مقاومت بالایی که در برابر تنشهای موجود در سیم پیچ ها دارند به کار برده می شوند و علاوه بر این قادرند تنش های حرارتی را در طول سرویس تحمل نمایند.

پرس برد

همانند کاغذ عایق الکتریکی، پرس بردها نیز یکی از انواع رایج در عایق بندی ترانس به حساب می آیند. پرس بردها در واقع لایه ای کاغذی زخیم هستند که از روی هم قرار گرفتن لایه های کاغذهای عایق الکتریکی روی هم و پرس شدن آنها به یکدیگر تشکیل می شوند. انواع مختلفی از پرس بردها وجود دارند که برای عایق کاری ترانس استفاده می شوند.

چوب

چوب چند لایه فشرده نیز یکی دیگر از انواع عایق ترانسفورماتور می باشد و در واقع تخته ای سه لا است که دارای روکش چوب می باشد. چوب لمینیت شده با استفاده از برش های ظریفی از درخت غان به صورت روکش و سپس چسباندن آن ها بهم توسط صمغ، چیدن آنها روی هم و پرس کردن آنها بعد از خشک شدن با گرما تهیه می شوند. چوب چند لایه فشرده دارای استقامت دی الکتریک بسیار مناسبی است و خاصیت جذب روغن عالی دارد. همچنین از تراکم کم، استقامت مکانیکی بالا و البته دوام بالا نیز برخوردار است.

نوار عایق

نوار پنبه ای، نوار بافته شده شیشه ای، نوار تریلن بافته شده و نوارهای شیشه ای آغشته به رزین پلی استر در ترانسفورماتورها همگی برای چسباندن هسته ترانس، پیچ و مهره ها و سایر اجزایی که نیاز به استقامت بالای دی الکتریک دارند به کار برده می شود.

کلاس عایق ترانسفورماتور

برای عایق بندی ترانس برق می بایست به افزایش دمای متوسط سیم پیچها، افزایش دمای نقطه داغ، حداکثر دمای سیم پیچ ها توجه شود. در صورتی که به ترتیب متوسط دما 55 درجه سانتی گراد، نقطه داغ 65 درجه سانتی گراد و حداکثر دمای سیم پیچ ها 105 درجه سانتی گراد باشد، می بایست کلاس عایق ترانس A در نظر گرفته شود و رتبه بندی عایق در کلاس 105 قرار می گیرد. اگر درجه حرارت متوسط 80 درجه سانتی گراد، افزایش دمای نقطه داغ 110 درجه سانتی گراد و حداکثر دمای سیم پیچ نیز 150 درجه سانتی گراد باشد می بایست در کلاس B و در رتبه کلاس 150 و یا 130 تهیه شوند. برای رتبه کلاس 180 و کلاس عایقی F، دمای متوسط 1150، دمای نقطه داغ 145 و دمای حداکثری 180 درجه سانتی گراد در نظر گرفته شده است. از طرفی برای رتبه عایق کلاس 200، کلاس عایق N و درجه حرارت متوسط 130، نقطه داغ 160 و حداکثر 200 درجه سانتی گراد در نظر گرفته شده است. لازم به ذکر است که در کلاس نهایی H که دارای رتبه بندی عایق کلاس 220 می باشد، دمای متوسط سیم پیچ ها 150 درجه سانتی گراد، دمای نقطه داغ تا 180 درجه سانتی گراد و حداکثر دمای سیم پیچ ها 220 درجه سانتی گراد افزایش می یابند.

پرسش های متداول پیرامون عایق ترانسفورماتور

1. عایق ترانسفورماتور چیست؟ منظور از عایق ترانسفورماتور در واقع فرآهم آوردن شرایطی است که از تماس مستقیم رسانا ها با یکدیگر در خود یک سیم پیچ، سیم پیچ های ترانسفورماتور نسبت به یکدیگر، هسته نسبت به منبع و سایر اجزا جلوگیری شود تا از بروز آسیب به دستگاه پیشگیری شود.
2. کلاس عایق ترانسفورماتور چند حالت دارد؟ برای عایق بندی ترانسفورماتور می بایست به افزایش دمای متوسط سیم پیچها، افزایش دمای نقطه داغ، حداکثر دمای سیم پیچ ها توجه شود و به ترتیب در کلاس عایق A حداکثر دما 105 درجه سانتی گراد، در کلاس B حداکثر دما می تواند 130 یا 150 درجه سانتی گراد باشد. در کلاس F حداکثر دما 180، در کلاس N حداکثر دما 220 و در نهایت در کلاس H حداکثر دما 220 درجه سانتی گراد است.
3. از چه عایقی بیشتر در عایق بندی ترانسفورماتور استفاده می شود؟ به طور عمده منظور از عایق ترانسفورماتور روغن ترانسفورماتور و کاغذ ترانسفورماتور است که به صورت عمده در فرآیند عایق بندی ترانسفورماتور مورد استفاده قرار می گیرند. دلیل استفاده از این صفحات و البته روغن ترانس خواص دی الکتریک خوب آن ها در طی فعالیت دستگاه می باشد.
4. انواع عایق ترانسفورماتور شامل چه مواردی می شود؟ ترانسفورماتورها دارای انواع مختلفی عایق هستند که می توانند برای عایق بندی ترانسفورماتور به کار برده شوند که شامل روغن ترانسفورماتور، کاغذ عایق الکتریکی یا KRAFT، پرس برد، چوب، نوار عایق و غیره می شود.
5. عایق بندی ترانسفورماتور بر اساس چه طبقه بندی صورت می گیرد؟ عایق بندی ترانسفورماتور را به انواع عایق بندی کلی و عایق بندی جزیی تقسیم و طبقه بندی کرد که به ترتیب شامل، عایق بین هسته و سیم پیچ فشار ضعیف (LV)، عایق بین سیم پیچ فشار ضعیف (LV) و سیم پیچ فشار قوی (HV)، عایق بین بالا و پایین سیم پیچ و یوغ، عایق بین سیم پیچ فشار قوی و منبع، بوشینگ ها برای عایق بندی کلی و عایق بین فلز رساناها در سیم پیچ، عایق بین پیچش فلز رسانا در سیم پیچ، عایق بین لایه های سیم پیچ، عایق بین لمینیت ها، عایق بین مفصل ها و رابط ها برای عایق بندی جزئی می شود.

منابع:

• انتشارات wiley- Transformer Insulation Materials and Ageing
• Electricalclassroom- Insulation materials used in transformers
• testguy-Transformer Insulation Classes