DP Value-Furan Analysis

DP Value-Furan Analysis.

ฉนวนภายในหม้อแปลงไฟฟ้ามีสองส่วน คือ

1. ฉนวนน้ำมันหม้อแปลงไฟฟ้า

2. ฉนวนกระดาษ

เมื่อต้องการจะสรุปว่าหม้อแปลงไฟฟ้าหมดอายุหรือไม่ ต้องสรุปจากการเสื่อมสภาพอย่างสมบูรณ์ของคุณสมบัติทางฉนวนของกระดาษภายในตัวหม้อแปลงไฟฟ้าเอง

หนึ่งในตัวการหลักที่ทำให้กระดาษฉนวนเสื่อมสภาพคือ Oxidation   โดย Oxidation จะทำให้มีกรด (Acid) จากนั้นจะเร่งให้เกิด Sludge (คราบดำๆที่ก่อตัวทับถมตามขอบพนังของตัวถังหม้อแปลงไฟฟ้า)

อนึ่ง น้ำที่ปนอยู่ภายในหม้อแปลงไฟฟ้าก็เป็นอีกปัจจัยหนึ่งที่ ทำให้ฉนวนกระดาษเสื่อมค่าลงอย่างสมบูรณ์เช่นกัน

เมื่อฉนวนกระดาษภายในหม้อแปลงไฟฟ้าเสื่อมสภาพ ค่า tensile strength (พูดแบบชาวบ้านๆคือ ค่าความแข็งแรงของกระดาษ) ภายในตัวกระดาษก็จะลดลง ซึ่งจะเกิดความเสี่ยงที่ทำให้ขดลวดภายในหม้อแปลงไฟฟ้าเกิดการลัดวงจรได้ง่ายขึ้น ในขณะที่หม้อแปลงไฟฟ้ามีการสั่นสะเทือนขณะทำงาน หรือหลังจากที่เราไปทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงภายใน เช่น การให้น้ำมันหม้อแปลงไฟฟ้าภายในหมุนเวียนขณะกรองน้ำมันหม้อแปลงไฟฟ้า เป็นต้น

เราสามารถที่จะปรับปรุงคุณภาพฉนวนน้ำมันหม้อแปลงไฟฟ้าให้ดีขึ้นได้ แต่เราไม่สามารถที่จะปรับปรุงคุณภาพฉนวนกระดาษภายในหม้อแปลงไฟฟ้าได้ ดังนั้นจึงเป็นที่มาของการพิจารณาว่า อายุของหม้อแปลงไฟฟ้าก็คืออายุของฉนวนกระดาษภายในหม้อแปลงไฟฟ้า นั่นเอง

กลับมาพิจารณาที่ฉนวนกระดาษ

ฉนวนกระดาษภายในหม้อแปลงไฟฟ้าทำมาจากเซลลูโลส (Cellulose) ประกอบด้วยโมเลกุลของกลูโคส โดยถูกจัดเรียงเป็นแนวโซ่ยาว เมื่อใดก็ตามที่มันสัมผัสกับ อ๊อกซิเจน ความร้อน ละอองน้ำ และกรด  การจับกลุ่มของโมเลกุลของกลูโคส จะเริ่มแตกกระจายออกและแนวโซ่ยาวของมันลดลง และจะส่งผลให้ฉนวนกระดาษเริ่มเปราะ

TJ|H2b Analytical Service, Inc ได้ทำการทดลอง และยกตัวอย่างที่เป็นประโยชน์เพื่อให้อธิบายปราฏการนี้ให้ง่ายขึ้น โดยการจำลองด้วยวิธีการวางกระดาษหนังสือพิมพ์ไว้หน้าระเบียงบ้านภายใต้แสงแดด เมื่อเวลาผ่านไปหลายๆวัน กระดาษหนังสือพิมพ์จะเปลี่ยนสีเป็นสีเหลือง และหลังจากนั้นไม่กี่วันกระดาษก็จะเริ่มเปราะบางมากขึ้นๆ และมันก็อาจจะฉีกขาดได้ง่ายขึ้นเมื่อเราทำการเปิดหนังสือพิมพ์นั้น   ฉนวนกระดาษภายในหม้อแปลงไฟฟ้าก็เกิดปรากฏนี้เช่นกัน แต่ปรากฏการณ์ดังกล่าวของฉนวนกระดาษภายในหม้อแปลงไฟฟ้าจะกินเวลายาวนานกว่า

เราสามารถหาการเสื่อมสภาพของเซลลูโลส (Cellulose) ผ่านการนับจำนวนโดยใช้การทำ Degree of Polymerization หรือเรียกสั้นๆว่า DP Value  โดย DP Value คือค่าเฉลี่ยของความยาวแนวโซ่ของเซลลูโลส (Cellulose) ในหน่วยของกลูโคสซึ่งเป็นตัวที่ทำให้กระดาษเกิดความเป็นฉนวน

หากแนวโซ่ของเซลลูโลส (Cellulose) สั้นลงๆจากกระบวนการเสื่อมสภาพ (จากกระบวนการต่อไปนี้ เช่น Oxidation, pyrolysis และ hydrolysis) ค่า DP Value ก็จะลดลงตามไปด้วย

โดยทั่วไปแล้ว ฉนวนกระดาษใหม่ๆจะมีค่า DP Value อยู่ที่ 1500-1800 และหลังจากที่ผ่านกระบวนการทดสอบและทำการอบแห้งภายในโรงงานผลิตหม้อแปลงไฟฟ้าก่อนส่งมอบให้ลูกค้าค่า DP Value ของมันจะลดลงมาอยู่ที่ประมาณ 800-1200     เนื่องจากค่า DP Value นี้มีขอบเขตที่กว้าง จึงเป็นเรื่องจำเป็นอย่างยิ่งที่เราจะต้องรับรู้ค่า DP Value (แนะนำให้ทดสอบน้ำมันหม้อแปลงไฟฟ้า หัวข้ออื่นๆ เช่น IFT, Acid, Breakdown voltage, particle, DGA, water content ด้วย) ของหม้อแปลงไฟฟ้าใหม่ที่เพิ่งจะถูกทำการติดตั้ง ทั้งนี้เพื่อให้ได้ค่า Baseline ( ค่าพื้นฐานเริ่มต้น) เพื่อใช้เปรียบเทียบกับผลการทดสอบ DP Value (และผลการทดสอบน้ำมันหม้อแปลงไฟฟ้าหัวข้ออื่นๆ ) สำหรับวาระการทดสอบในปีถัดไปหรือในอนาคต

การเปรียบเทียบค่า DP Value นี้ จะทำให้เราสามารถดูแนวโน้มของการเสื่อมของฉนวนกระดาษของหม้อแปลงไฟฟ้าได้   จากการศึกษาของ TJ|H2b พบว่า มีกรณีศึกษามากมายพบว่า เราสามารถลดอัตราการเร่งการเสื่อมสภาพของฉนวนกระดาษได้ โดยการปรับปรุงการใช้งานหม้อแปลงไฟฟ้า และพัฒนาวิธีการบำรุงรักษาให้สอดคล้องกับสภาพของหม้อแปลงไฟฟ้า

DP Value นั้นยังสามารถนำมาใช้ในการตรวจดูหม้อแปลงไฟฟ้าเก่าๆว่ามันสิ้นอายุขัยหรือยังได้อีกด้วย   หากแนวโซ่ของเซลลูโลส (Cellulose) สั้นลงๆ มันจะสูญเสีย tensile strength (ความแข็งแรง) ซึ่งมันจะไปลดความสามารถของฉนวนกระดาษในการทนทานต่อฟอลท์ การลัดวงจร หรือแม้แต่ความเครียดทางกลอื่นๆ เมื่อค่า DP Value อยู่ที่ 450-500 จะถือว่าค่า tensile strength ของฉนวนกระดาษลดลงมาประมาณ 50% หากค่า DP Value ลดลงถึง 200 เมื่อใด จะถือว่า tensile strength ของฉนวนกระดาษถูกทำลายไปสิ้นหมดแล้ว     และจะถือว่าหม้อแปลงไฟฟ้าได้หมดสิ้นอายุขัยไปแล้ว

ต่อย่างไรก็ตาม แม้ว่าค่า DP Value จะสูงถึง 450 แต่ก็มีรายงานเรื่องการเกิดการลัดวงจรขึ้นเนื่องจากการเสื่อมค่าของฉนวน จึงมีคำแนะนำเพิ่มเติมว่า เราควรกำหนดค่าอันตรายจาก DP Value ให้สูงกว่า 200

TJ|H2b ทำการค้นคว้าและทดลอง โดยตรวจดูสภาพของฉนวนกระดาษในเชิงลึกในแนวนิติวิทยาศาสตร์     และพบว่าพบว่า หากฉนวนกระดาษใหม่สภาพโครงสร้างของฉนวนกระดาษจะวางตัวเชื่อมต่อกันสมบูรณ์ แต่หากฉนวนกระดาษเสื่อมค่าหรือหมดอายุแล้วสภาพโครงสร้างของฉนวนกระดาษจะแตกกระจายดังรูปที่ 1 และ 2 ด้านล่าง

01(ใหม่)

(รูปที่ 1. โครงสร้างของฉนวนกระดาษใหม่ที่แข็งแรง)

02(เก่า)

(รูปที่ 2. โครงสร้างของฉนวนกระดาษเก่าที่เสื่อมสภาพ)

ยังมีอีกหลายวิธีที่จะตัดสินค่า DP Value ของฉนวนกระดาษ วิธีการตรงๆคือการตัดตัวอย่างฉนวนกระดาษจากหม้อแปลงไฟฟ้าแล้วส่งให้ห้องปฏิบัติการตรวจสอบ นี่เป็นวิธีที่แม่นยำที่สุดที่จะรับรู้ค่า DP Value ของฉนวนกระดาษอย่างแท้จริงแต่ก็มีจัดอ่อนอยู่หลายข้อ เช่น ในทางปฏิบัติแล้วเราไม่สามารถที่จะตัดฉนวนกระดาษได้เนื่องจากว่ามันเป็นลักษณะการงานทดสอบเชิงทำลายและเราต้องทำการดับไฟฟ้าเพื่อให้หม้อแปลงหยุดการทำงาน อีกทั้งการตัดฉนวนกระดาษออกจะส่งผลเชิงลบกับหม้อแปลงไฟฟ้า และท้ายสุดแล้ว สภาพภายในของหม้อแปลงไฟฟ้าจะไม่เหมือนเดิม      อย่างไรก็ตาม หากมีความจำเป็นจริงในกรณีที่จะทดสอบค่า DP Value เพื่อที่จะให้ได้ค่า DP Value ที่แสดงสภาพของฉนวนกระดาษอย่างแท้จริงต้องตัดกระดาษจากหลากหลายตำแหน่งของหม้อแปลงไฟฟ้าไปตรวจสอบ

อย่างไรก็ตามยังคงมีอีกวิธีหนึ่งที่สามารถหาค่า DP Value ได้ นั่นก็คือการทดสอบจากค่า Furan Analysis

เมื่อเซลลูโลส (Cellulose) เสื่อมค่า กลุ่มของ glycosidic ที่คอยจับยึดโมเลกุลของกลูโคสจะแตกตัวออก และจะทำการลัดวงจรของแนวโซ่เซลลูโลส และทำการปลดปล่อยกลูโคสเข้าไปในน้ำมันหม้อแปลงไฟฟ้า กลูโคสซึ่งเป็นโมเลกุลที่ไม่มีสเถียรภาพจะแปรผันตัวเองกลายไปเป็น Furan

เมื่อเป็น Furan แล้ว   Furan จะเป็นโมเลกุลที่มีสเถียรภาพ(ซึ่งจะถูกสร้างขึ้นมาในกรณีที่เซลลูโลสมีการเสื่อมค่าเท่านั้น) และละลายปนอยู่ในน้ำมันหม้อแปลงไฟฟ้า   ซึ่งมันก็เป็นสสารในอุดมคติหนึ่งเดียวเท่านั้นที่เราจะสามารถทำการวัดหาปริมาณของมันเพื่อนำไปประเมินหาการเสื่อมสภาพของฉนวนกระดาษนั่นเอง

การเก็บตัวอย่างน้ำมันหม้อแปลงไฟฟ้าเพื่อหาค่า DP value จากการทดสอบ Furan เป็นการทดสอบเชิงไม่ทำลาย การทดสอบ Furan นี้จะทดสอบด้วย liquid Chromatography ที่ความดันสูง และจะได้สสารอนุพันธ์ของ Furan จำนวน 5 สสาร โดยสสารอนุพันธ์ของFuran คือ

1) 2-furaldehyde

2) furfuryl alcohol

3) 2-acetylfuran

4) 5-methyl-2-furaldehyde

5) 5-hydroxymethyl1-2-furaldehyde

ค่าของสสารอนุพันธ์ตัวที่หนึ่งคือ 2-furaldehyde คือค่าที่พบมากที่สุดของสสารของอนุพันธ์ Furan ทั้งหมด แต่อย่างไรก็ตามเราก็จะพบค่าสสารอนุพันธ์ทั้งสี่ตัว ที่เหลือเป็นประโยชน์ในการระบุสภาพของฉนวนกระดาษอย่างมีนัยสำคัญเช่นกัน ดังนั้นเราไม่ควรมองข้ามค่าสสารอนุพันธ์ทั้งสี่ที่เหลือนี้

สสารอนุพันธ์ทั้ง 5 สสารนี้จะถูกนำมาคำนวณตามสูตรทางวิทยาศาสต์เพื่อทำการประมาณหาค่าของ DP Value   จากการศึกษาของห้องปฏิบัติการจาก TJ|H2b และห้องปฏิบัติการอื่นๆพบว่า ค่า DP Value ที่ได้จากการทดสอบโดยตรงจากฉนวนกระดาษที่ถูกตัดมาจากหม้อแปลงไฟฟ้ากับค่า DP Value ที่ได้จากการคำนวณผ่านการทดสอบ Furan มีค่าใกล้เคียงกันอย่างมาก

อนึ่ง มีคำแนะนำเพิ่มเติมว่า การกรองน้ำมันหม้อแปลงไฟฟ้าด้วย Fuller’s earth ( ดินชนิดหนึ่งที่ดูดซับและคัดกรองการเจอปนภายในหม้อแปลงไฟฟ้าและใช้ในการปรับปรุงสีของน้ำมันหม้อแปลงไฟฟ้า) จะทำให้สสารอนุพันธ์ทั้ง 5 สสารของ Furan ถูกดูดซับออกไปจากน้ำมันหม้อแปลงไฟฟ้าด้วย ซึ่งจะส่งผลให้ค่า DP Value (ที่คำนวนจากการทำ Furan) เป็นค่า DP Value ที่ไม่ได้เป็นตัวบ่งบอกสภาพของฉนวนกระดาษที่แท้จริง ด้วยเหตุผลนี้ จึงขอแนะนำว่าเราไม่ควรที่จะทำการหาค่า DP Value ทันทีทันใดหลังจากที่เราทำการกรองน้ำมันหม้อแปลงไฟฟ้า

เฉกเช่นเดียวกับการทดสอบ water content   ค่าของ สสารอนุพันธ์ทั้ง 5 สสารของ Furan จะปรากฏขึ้นเมื่อการเปลี่ยนแปลงทางพลวัตของน้ำมันและกระดาษอยู่ในภาวะสมดุลย์แล้ว   ดังนั้น เมื่อค่าสสารอนุพันธ์ทั้ง 5 สสารของ Furan ถูกดูดซับออกจากน้ำมันหม้อแปลงไฟฟ้าแล้ว(หลังจากการกรองน้ำมันหม้อแปลงไฟฟ้า) เราต้องรอกระบวนการสร้างสมดุลย์ระหว่างน้ำมันหม้อแปลงไฟฟ้ากับกระดาษก่อน หลังจากทำการกรองน้ำมันหม้อแปลงแล้วเราควรรอถึงประมาณอย่างน้อย 6 เดือน ถึงจะทำการเก็บตัวอย่างน้ำมันหม้อแปลงไฟฟ้าเพื่อทดสอบหาค่า DP Value จากการทดสอบ Furan test ( เนื่องจากกระบวนการพลวัตของน้ำมันและกระดาษอยู่ในภาวะสมดุลย์แล้ว)

ไม่ว่าจะทดสอบหาค่า DP Value จากฉนวนกระดาษที่ถูกตัดมาโดยตรงหรือการทดสอบหาค่า DP Value จากการคำนวณผ่านการทดสอบจากการทดสอบ Furan test เราก็สามารถที่จะติดตามภาพของฉนวนกระดาษภายในหม้อแปลงไฟฟ้าและเราสามารถที่จะ…

1.คาดการอายุขัยที่หลงเหลืออยู่ของหม้อแปลงไฟฟ้าได้

2.ชะลอการเสื่อมสภาพ (ยืดอายุ) ของฉนวนกระดาษให้ได้นานที่สุดเท่าที่จะทำได้ โดยพัฒนาปรับปรุงการใช้งานหม้อแปลงไฟฟ้าและวิธีการบำรุงรักษาให้ดีขึ้น

สนใจทดสอบน้ำมันหม้อแปลงไฟฟ้า ติดต่อ info@measurestation.com หรือ 024167809

ทดสอบโดย TJ|H2b analytical services, Inc ,TJ|H2b Analytical You Rely On.