اخبار صنایع برق و الکترونیک

کاربردهای فناوری نانو در صنعت ترانسفورماتور

ترانسفورماتور وسیله‌ای است که انرژی الکتریکی را در یک سیستم جریان متناوب از یک مدار به مدار دیگر انتقال می‌دهد و می‌تواند ولتاژ کم را به ولتاژ زیاد و بالعکس تبدیل نماید. برخلاف ماشین‌های الکتریکی که انرژی الکتریکی و مکانیکی را به یکدیگر تبدیل می‌کنند، در ترانسفورماتور انرژی به همان شکل الکتریکی باقیمانده و فرکانس آن نیز تغییر نمی‌کند. فقط مقادیر ولتاژ و جریان در اولیه و ثانویه متفاوت خواهد بود. ترانسفورماتورها نه‌تنها به‌عنوان اجزاء اصلی سیستم‌های انتقال و پخش انرژی مطرح هستند، بلکه در تغذیه مدارهای الکترونیک و کنترل، یک‌سوسازی، اندازه‌گیری و کوره‌های الکتریکی نیز نقش مهمی بر عهده دارند [1].

انواع ترانسفورماتورها را می‌توان برحسب وظایف آن‌ها به‌صورت ذیل دسته‌بندی کرد [3 و 2]:

1) ترانسفورماتورهای قدرت در نیروگاه‌ها و پست‌های فشارقوی

2) ترانسفورماتورهای توزیع در پست‌های توزیع زمینی و هوایی، برای پخش انرژی در سطح شهرها و کارخانه‌ها

3) ترانسفورماتورها قدرت برای مقاصد خاص مانند کوره‌های ذوب آلومینیم، یک‌سوسازها و واحدهای جوشکاری

4) اتو ترانسفورماتورها جهت تبدیل ولتاژ با نسبت کم و راه‌اندازی موتورهای القایی

5) ترانسفورماتورهای الکترونیک

6) ترانسفورماتورهای ولتاژ و جریان جهت مقاصد اندازه‌گیری و حفاظت

7) ترانسفورماتورهای زمین برای ایجاد نقطه صفر و زمین کردن نقطه صفر

8) ترانسفورماتورهای آزمایشگاه فشارقوی

از نظر ماده عایقی و ماده خنک‌کننده نیز ترانسفورماتورها را می‌توان به‌صورت ذیل دسته‌بندی کرد [5 و 4]:

———————————————————-

1- ترانسفورماتورهای روغنی[1]

2- ترانسفورماتورهای خشک[2]

3- ترانسفورماتورهای با عایق گازی[3]

 

  1. چالش‌های موجود در ترانسفورماتور و کاربرد نانوفناوری

ترانسفورماتورها یکی از تجهیزات مهم و گران‌قیمت در صنعت برق هستند که عملکرد بهینه و مناسب آن‌ها به عوامل بسیاری وابسته است. به‌طورکلی چالش‌های ترانسفورماتور را می‌توان تحت موارد زیر برشمرد:

  • عدم خنک کاری مناسب و کاهش دما در ترانسفورماتور: در ترانسفورماتورهای روغنی همواره افزایش ضریب انتقال حرارتی روغن و افزایش مقاومت شکست، یکی از چالش‌های اساسی در ترانسفورماتورها بوده است، استفاده از نانوسیال‌ها به‌عنوان ماده عایقی ترانسفورماتور منجر به بهبود خواص حرارتی و افزایش ولتاژ شکست آن خواهد شد و بازدهی و عمر ترانسفورماتور افزایش خواهد یافت.
  • کاهش وزن و مصرف انرژی الکتریکی ترانسفورماتور: استفاده از هسته‌های مغناطیسی نانوساختار، منجر به کاهش تلفات انرژی الکتریکی در مدارات الکتریکی و الکترونیکی می‌شود.
  • جلوگیری از فرسایش ناشی از قوس الکتریکی، چسبیدن، خوردگی و اکسایش در کنتاکت‌ها[4]: استفاده از پوشش‌های نانومتری در کنتاکت‌های تپ‌چنجر[5] منجر به کاهش خوردگی؛ چسبندگی و اکسایش در کنتاک‌ها می‌شود.
  • پایش وضعیت روغن در ترانسفورماتور: استفاده از نانوحسگرها به‌منظور پایش وضعیت روغن ترانسفورماتور به دلیل سادگی و سرعت بالای تشخیص بسیار موردتوجه قرارگرفته است.

در ادامـه به چندین کاربرد مهم فناوری نانو در ترانسفورماتورها ازجمله بهبود خواص عایقی عایق روغن با استفاده از نانوسیال، هسته‌های مغناطیسی نانوساختار، بهبود عملکرد کنتاکت‌های تپ‌چنجر با نانوساختارها، پایش وضعیت عایق ترانسفورماتور با نانوحسگرها و استفاده از نانوپوشش‌ها جهت افزایش عمر ترانسفورماتور پرداخته شده است.

 

  1. فناوری نانو در ترانسفورماتورها

فناوری نانو، دانش کاربردی است که زمینه‌های گسترده‌ای را پوشش می‌دهد. ریز کردن مواد و رساندن آن‌ها به مقیاس نانو منجر به ایجاد خواص و ویژگی‌های جدید در آن‌ها می‌شود. استفاده از مواد نانومتری در صنایع مختلف باعث بهبود کیفیت و افزایش طول عمر قطعات خواهد شد. به‌طورمعمول به موادی نانوساختار گفته می‌شود که حداقل یکی از ابعاد آن‌ها کوچک‌تر از ۱۰۰ نانومتر باشد. [6]

کاربردهای نانوفناوری در صنایع گوناگون پیشرفت چشمگیری داشته است. ترانسفورماتور یکی از اجزای کلیدی صنعت برق است که با استفاده از نانوفناوری تلاش‌هایی برای ارتقا کارایی آن شده است، بخصوص درزمینهٔ بهبود عملکرد سیال‌های عایق پوشش‌های عایق الکتریکی و سیستم‌های کنترل و نظارت در ترانسفورماتورها با استفاده از نانوفناوری تحقیقات زیادی صورت گرفته است. در شکل 1 استفاده از فناوری نانو در بهبود عملکرد قسمت‌های مختلف ترانسفورماتور را نشان داده شده است. [7]

شکل 1- کاربرد نانوفناوری در بهبود عملکرد قسمت‌های مختلف ترانسفورماتور [7]

نانوسیال

نانوسیال ترکیبی از نانوذرات و سیال پایه (سیالی که در آن نانوذرات به‌صورت معلق و پایدار قرار دارند) می‌باشند. معمولاً سیال پایه یکی از انواع سیالات حامل انرژی مثل آب، اتیلن گلیکول و روغن‌موتور است. منظور از نانوذرات، تجمعی از واحدهای سازنده (اتم‌ها، مولکول‌ها) با ابعادی بین ۱- ۱۰۰ نانومتر است که می‌توانند به‌صورت خالص و یا ترکیبی باشند. [8]

به‌صورت تجاری در ترانسفورماتورها از روغن‌های معدنی به دلیل داشتن خاصیت دی‌الکتریکی و خواص فیزیکی و شیمیایی مناسب استفاده می‌شود. سیال‌های دی‌الکتریک در ترانسفورماتور دو نقش اساسی عایق دی‌الکتریکی بودن و سرد کردن محیط را دارند، محققان با استفاده از نانوفناوری (افزودن نانوذرات مختلف به سیالات) به دنبال بهبود خواص حرارتی و افزایش طول عمر روغن‌های معدنی هستند. در ابتدا از نانوذرات فرومغناطیس Fe3O4 استفاده شد که باعث افزایش ولتاژ شکست روغن معدنی تا حدود دو برابر گردید. از نانوذرات مس نیز به‌منظور بهبود هدایت حرارتی روغن استفاده شد که موجب بهبودی حدود 40% گردید [9].

در مراحل بعدی مشاهده شد که استفاده از نانوذرات الماس، منجر به بهبود هدایت حرارتی تا 70% می‌شود.

در تحقیقات مختلف از نانوساختارهای دیگری مانند نانوذرات سرامیکی Al2O3/AlN، SiO2، TiO2 و نانولوله‌های کربنی چند دیواره استفاده شده است که هرکدام از آن‌ها به‌تناسب، موجب بهبود خواص انتقال حرارت و مقاومت ولتاژ شکست شده است. یکی از عوامل تأثیرگذاری نانوذرات بر روی خواص روغن، اندازه آن‌ها است. هرچه اندازه کوچک‌تر باشد، حرکت براونی نانوذرات در سیال بیشتر می‌شود و ته‌نشین شدن ذرات و چسبیدن نانوذرات به یکدیگر کمتر رخ می‌دهد. یکی دیگر از عوامل مهم، درصد وزنی نانوذرات در داخل سیال است. برای هرکدام از نانوذرات بسته به جنس و اندازه آن‌ها، یک غلظت بهینه وجود دارد که در آن غلظت نانوسیال بهترین خواص را دارد. به‌عنوان‌مثال در شکل 2 ولتاژ شکست برای غلظت‌های مختلف نانوذرات Fe3O4 رسم شده است و همان‌طور که مشاهده می‌شود، با افزایش غلظت نانوذرات ابتدا ولتاژ شکست افزایش می‌یابد و بعد از یک مقدار مشخص با افزایش غلظت نانوذرات ولتاژ شکست کاهش می‌یابد، و مقدار بهینه غلظت نانوذرات Fe3O4 نقطه بیشینه نمودار است. [11 و 10]

 شکل 2-مقاومت شکست دی‌الکتریکی جریان AC در غلظت‌های مختلف نانوذرات Fe3O4 در سیال روغن معدنی [8]

 

هسته‌های مغناطیسی نانوساختار

هسته‌های مغناطیسی یکی از اجزای مهم در ترانسفورماتورها هستند که عمدتاً به‌صورت ورقه‌ای از جنس آلیاژ آهن-سیلیکون می‌باشند. هسته ترانسفورماتور یک مدار مغناطیسی مناسب با حداقل فاصله هوایی و حداقل مقاومت مغناطیسی است تا جریان مغناطیسی به‌راحتی از آن عبور کند و شار عبوری از سیم‌پیچ متمرکز شود. برای کم کردن تلفات، هسته آهنی ترانسفورماتور را نمی‌توان به‌طور یکپارچه ساخت. معمولاً هسته‌ها را از ورقه‌های نازک فلزی که نسبت به یکدیگر عایق هستند می‌سازند. ضخامت ورقه‌ها حدود 3/0 میلی‌متر و حتی کمتر است. استفاده از هسته‌های مغناطیسی نانوساختار امکان حداقل شدن انرژی مصرف الکتریکی در مدارات الکتریکی و الکترونیکی را آورده فراهم است.

وقتی ترانسفورماتور شروع به کار می‌کند، تلفات برقی موسوم به “تلفات هسته” در آن به وجود می‌آید. از کل تلفات موجود در سیستم‌های انتقال و توزیع از نقطه تولید تا محل مصرف، حدود ۳۰ تا ۴۰ درصد آن مربوط به تلفات در ترانسفورماتورها و فیدرها است. [12]

هسته‌های نانوبلورین نرم مغناطیس به‌طور ویژه برای کاربردهای مغناطیسی مختلف تولیدشده و به‌سرعت در حال رشد هستند. بیشترین کاربرد هسته‌های نانوبلورین نرم مغناطیس در ترانسفورماتورها است. نظر به اینکه سیستم‌های مغناطیسی نوین قابلیت کار در دما و فرکانس بالا را دارند و از طرفی این ویژگی‌ها در مواد مغناطیسی متداول موجود نیست، کاربرد مواد مغناطیسی نرم نانوساختار در الکترونیک قدرت، سیستم توزیع انرژی در حال گسترش است. [13]

در این ترکیبات از یک ساختار آمورف به‌منظور افزایش مقاومت الکتریکی در ابتدا استفاده می‌شود و در مراحل بعدی با استفاده از یک عملیات حرارتی کنترل شده، دانه‌های نانوکریستالین در داخل زمینه آمورف جوانه می‌زند. مواد آمورف با استفاده از روش‌های انجماد فوق‌سریع ساخته می‌شوند. درشکل 3 تشکیل ساختار کریستالی در این مواد نشان داده شده است.

شکل 3- استفاده از عملیات حرارتی کنترل شده و مشاهده تشکیل دانه‌های نانوکریستال با استفاده از میکروسکوپ الکترونی [14]

استفاده از ترکیبی از ساختار آمورف و نانوکریستالین باعث کاهش میدان پسماندزدا (Hc) و به‌تبع آن کاهش تلفات مغناطیسی می‌شود. ضمن اینکه با طراحی مناسب آلیاژ می‌توان به مغناطش‌های اشباع بالا نیز دست‌یافت. معمولاً این ترکیبات از عناصری مانند آهن، سیلیکون، مس، بور و … تشکیل می‌شود. خواص شگفت و بی‌نظیر مواد مغناطیسی نرم در اندازه دانه کمتر از حدود 20 نانومتر ایجاد می‌شود. مواد مغناطیسی نرم نانوساختار تجاری شده به سه دسته کلی تقسیم می‌شوند که عبارت‌اند از:

——————————

  • فاینمت[6]
  • نانوپرم[7]
  • هیتپرم[8]

در شکل 4 خواص مغناطیسی این سه محصول صنعتی با یکدیگر مقایسه شده است.

شکل 4- خواص آلیاژهای مغناطیسی نرم نانوساختار

نانو کریستال‌ها بر پایه آهن مغناطیس نرم حدود بیست سال است که استفاده می‌شود. علاوه بر آلیاژهای تجاری فاینمت، نانوپرم، هیتپرم، به‌تازگی نوع جدیدی از مواد نرم مغناطیس توسط شرکت NANOMET توسعه داده شده است و در شکل 5 نمونه‌ای از این فلز به همراه ترکیب آن نشان داده شده است. [15]

شکل 5- آلیاژ مغناطیسی NANOMET® (Fe81.2Co4Si0.5B9.5P4Cu0.8) [15]

 

گزارش‌های ارائه شده توسط NANOMET بیان می‌کند که Hc ساختار معرفی شده در حدود A/m 7/6 و Bs آن در حدود T 84/1 است. اصلاح و بهینه کردن نانو کریستال‌ها به‌عنوان هسته می‌تواند به کاهش تلفات در ترانسفورماتور کمک کند و بازدهی را افزایش دهد [16]. هسته‌های نانوساختار خواص مغناطیسی شگفتی‌آوری دارند و نمونه‌ای از این هسته‌ها در شکل 6 نشان داده شده است.

شکل 6-هسته‌های نانوبلوری [13]

 

نانوفناوری در عایق سازی الکتریکی مواد جامد ترانسفورماتور

یکی از عوامل مهمی که تأثیر زیادی بر عمر قطعات ترانسفورماتور دارد، عایق کردن مواد جامد است. در ساختار ترانسفورماتورهای روغنی قدرت، از تعداد زیادی مواد سلولزی مانند کاغذها، تخته‌های فشرده، ورقه‌های چگالی بالا و… استفاده شده است. به‌عنوان‌مثال در واحدهای پست بزرگ، وزن مجموع این اجزا به چند تن می‌رسد. سلولز یک پلیمر است که جزء سازنده کاغذ و چوب است، کاغذها و تخته‌های فشرده برای عایق الکتریکی، معمولاً از خمیر چوب که فرآیندهای شیمیایی کرافت روی آن انجام شده است، ساخته می‌شود، ازاین‌رو به کاغذ و تخته کرافت نام‌گذاری شده‌اند.]18 و 17 [

اخیراً از مواد نانوساختار برای بهبود خواص حرارتی و مکانیکی ترانسفورماتورها عایق جامد استفاده شده است. در این تحقیقات با افزودن نانوذرات پودر SiO2 به روغن معدنی ترانسفورماتور ولتاژ شکست کرافت 15 درصد بهبودیافته است. افزودن نانو رس به کاغذهای کرافت مقاومت الکتریکی و کششی کاغذ را بهبود می‌دهد. در نمودار 7 ولتاژ شکست کاغذ کرافت نانو رسی برحسب تغییر غلظت نانو رس نشان داده شده است. ]19 [

شکل 7- تأثیر افزایش غلظت نانو رس بر ولتاژ شکست کاغذهای کرافت نانو رسی]20 [

نانوفناوری در بوشینگ‌ها

عایق‌های ولتاژ بیرونی ترانسفورماتور مانند بوش‌ها، قطع کننده‌های جریان، گیرها، پست خطوط و … به‌عنوان اجزای کلیدی سیستم‌های الکتریکی می‌باشند. آن‌ها باید الزامات مکانیکی و شیمیایی، مانند مقاومت در مقابل تخریب پرتو فرابنفش و محیط‌های آلوده را برخوردار باشند، تا بتوانند سال‌ها کارایی داشته باشند. به‌طور تجاری بوشینگ‌های سرامیکی از ترکیب سرامیک‌هایی مانند آلومینا و یا سیلیکا ساخته می‌شوند. نانوفناوری به دو صورت می‌تواند در بهبود کارایی بوشینگ‌ها استفاده شود، اول تقویت عملکرد مکانیکی و الکتریکی آن‌ها با استفاده از نانوذرات و دوم ایجاد نانوپوشش‌های آب‌گریز و خودتمیزشونده. در شکل 8 برخی از این پوشش‌ها نشان داده شده است ]22 و 21 [.

به‌منظور تقویت خواص مکانیکی از مواد مختلفی استفاده می‌شود.. استفاده از نانوذرات آلومینا و سیلیکا منجر به بهبود حدود 15 درصدی خواص مکانیکی شده است. از نانوذرات آلومینا و زیرکونیا به‌منظور بهبود خواص مقاومت خمشی استفاده شده و درنتیجه آن ولتاژ شکست 30 درصد و مقاومت خمشی حدود 38 درصد بهبودیافته است. با استفاده از نانوذرات تیتانیا، سیلیکا و همچنین کربنات کلسیم (CaCO3) پوشش‌های خودتمیزشونده، آب‌گریز و در مناطق سردسیر ضد یخ برای بوشینگ‌ها و دیگر تجهیزات ساخته شده است]24 و 23 [.

شکل 8- اثر نانوفناوری بر روی خواص بوشینگ ها]25 [

در دنیا و در داخل کشــور، شــرکت‌های مختلفی درزمینهٔ تولید پوشــش‌های آب‌گریز و خودتمیزشــونده فعالیــت دارند. بــرای مثال، شــرکت آمریکایــی Aculon پوشــش‌های نازکــی تولید می‌کند کــه دارای ویژگی آب‌گریز و یا چربی‌گریز هســتند. این پوشــش‌ها علاوه بر خاصیت آب‌گریزی و چربی‌گریزی، مقاومت به خوردگی مناســبی نیز بر روی ســطوح مختلف مانند فلزات، اکسیدهای فلزی، شیشه، سرامیک‌ها، ذرات، نیمه‌رساناها و حتی برخی ســطوح پلیمری ایجاد می‌نمایند. این روکش به‌صورت کووالانسی به سطح ماده موردنظر پیوند می‌یابد و در شرایط عادی بسیار پایدار است. ]26 [

از دیگــر شــرکت‌های خارجــی معتبــر فعــال در ایــن زمینه می‌توان بــه، Alexim،BASF و یا شــرکت یا Diamon-Fusion International اشاره کرد. ]29،28،27 [ازجمله شرکت‌های فعال در این زمینه در داخل کشور می‌توان به شرکت تعاونی رنگ و رزین الوان اشاره کرد.]30 [

 

استفاده از نانوفناوری در مانیتورینگ

با توجه به اهمیت ترانسفورماتورها برای تامین انرژی، تعمیر و نگهداری آن‌ها ضروری است و می‌بایست شرایط کاری ترانسفورماتور دائماً کنترل شود. سیستم نظارت و تشخیص، شامل اندازه‌گیری متغیرهای کلیدی برای شناسایی و تشخیص مشکل قبل از خارج شدن ترانسفورماتور از خط انجام می‌شود.

نظارت و تشخیص ترانسفورماتور به‌صورت معمول با استفاده از حسگرهای اندازه‌گیری پارامترهای اساسی برای تعیین شرایط عملکرد ترانسفورماتور انجام می‌گیرد. معمولاً در ترانسفورماتورها سیستم نظارت و تشخیص به ارزیابی قسمت‌های فعال (هسته و سیم‌پیچ)، سیستم عایق (سیال دی‌الکتریک و کاغذ)، سیستم خنک‌کننده و لوازم جانبی مانند بوش‌ها و تپچنجر می‌پردازد. در حال حاضر صنعتگران به دنبال حسگرهایی هستند که دقت و حساسیت بالایی با استفاده از فناوری‌های جدید داشته باشد. اخیراً از فناوری نانو برای تشخیص سریع‌تر و دقیق‌تر مشکل ترانسفورماتورها به‌منظور تعمیرات و نگهداری آن‌ها، استفاده شده است.

نانوحسگرها به دلیل ابعاد کوچک و نسبت سطح بزرگ از دقت، حساسیت و میزان واکنش‌پذیری بـالایی برخوردارنـد و می‌توانند نسبت به حضور چند اتم از یک گاز هم عکس‌العمل نشان دهند. حسگرهای نـانو در مقایسـه بـا حسـگرهای معمولی دارای حساسیت بالاتر، زمان عکس‌العمل کوتاه‌تر، مصرف توان کمتر، هزینه کمتر، انتخاب پذیری بهتـر و دوام و استحکام بیشتر می‌باشند ]32 و 31 [

در سال 2004 شرکت Applied Nanotech یک حسگر تشخیص هیدروژن درونی ترانسفورماتور با استفاده از نانوذرات آلیاژ پالادیوم روی یک زیرلایه دی‌الکتریک ساخت. شکل 9 تصویر میکروسکوپ الکترونی از این حسگر را نشان می‌دهد ]33 [.

شکل 9- تصویر میکروسکوپ الکترونی از یک حسگر گازی نانوذرات پالادیوم بر روی یک سطح دی‌الکتریک]33 [

نتایج تجربی نشان می‌دهد که حسگرهای مبتنی بر نانوذرات آلیاژ پالادیوم توانایی تشخیص هیدروژن در روغن ترانسفورماتور را از 20 تا 4000 ppm را دارند و می‌تواند سطح گاز H2 را کمتر از 10 ثانیه تشخیص دهد. این فناوری بسیار کوچک است و مانند یک مربع کوچک چند میلی‌متری است که می‌تواند به‌راحتی در کنار ترانسفورماتور جا گیرد و به‌طور مداوم و مستمر شرایط ترانسفورماتور را کنترل کرد.

دیگر حسگرهایی که برای تشخیص گازهای متان، CO و H2 داخل روغن ترانسفورماتور اخیراً توسط محققان ساخته شده است، حسگرهایی با استفاده از نانوذرات ZnO ساخته شده است که به‌صورت یک لایه نازک از جنس منگنز دوپ شده با نانوذرات ZnO است که توانایی تشخیص CH4 و H2 و CO را در دماهایی مختلف دارد و می‌تواند پدیده‌های کرنا[9]، قوس الکتریکی و دمای بیش‌ازحد در عایق‌های سلولزی را پیش‌بینی کند ]34 [.

حسگر گازی با استفاده از نانومیله های ZnO ساخته شده است که توانایی تشخیصی گاز H2 را با غلظت 5 تا 100 ppm در روغن ترانسفورماتور دارد. حسگرهای دیگری هم با نانوذرات SnO2 و نانولوله‌های کربنی (CNT) ساخته شده است و اخیراً حسگری با استفاده از CNT و نیکل دوپ شده با CNT ساخته شده که توانایی تشخیص گازهای C2H2، C2H4 و C2H6 را دارد. ]35 [

استفاده از نانوفناوری در دیگر اجزا ترانسفورماتور

در قسمت‌های مختلف ترانسفورماتورها از مواد مختلفی مانند مس و آلومینیوم برای سیم‌پیچ‌ها، فولاد برای ساختارهای داخلی و مخزن، آلیاژهای فولاد-سیلیکون و فلزات آمورف برای هسته‌های مغناطیسی، واشرهای پلیمری، و … استفاده می‌شود و فناوری نانو به بهبود کارایی این مواد صنعتی رایج کمک می‌کند.

مس و آلومینیوم به‌عنوان رسانای سیم‌پیچ‌ها ترانسفورماتورهای برق استفاده می‌شود. دانشمندان با استفاده از نانولوله‌های کربنی موادی ساخته‌اند که نسبت مس و آلومینیویم دارای رسانایی الکتریکی و مقاومت مکانیکی بهتری هستند و امکان استفاده از این مواد در سیم‌پیچ‌ها در آینده وجود دارد ]37 و 36 [.

 

در ساخت تانک ترانسفورماتور و اجزا دیگر مانند رادیاتور، نگه‌دارنده‌ها و ساختار داخلی عمدتاً از فولاد به شکل صفحه و ورقه استفاده می‌شود. محققان فولادهای نانوساختاری تولید کردند که دارای خواص مکانیکی بسیار عالی است و شرکت Tata Steel در حال حاضر اقدام به تولید وسیع فولادهایی با زمینه فریت که به‌وسیله نانوذرات وانادیوم کاربید تقویت شده، نموده است که در شکل 10 نمونه‌ای از این محصول مشاهده می‌شود ]38 [.

شکل 10- فولاد نانوساختار تولیدشده توسط شرکت هندی فولاد Tata ]38 [

واشرها در آب‌بندی سیستم‌ها نقش مهمی دارند. واشرهای ترانسفورماتور باید توانایی عایق کردن سیال از نفوذ به قسمت‌های دیگر را داشته باشد. خواص مکانیکی مناسب به‌منظور مقاومت در برابر تنش‌ها و بارهای وارد شده و همچنین خواص حرارتی مناسب به‌منظور کار در دماهای بالا و پایین ازجمله الزامات این واشرها است. یکی از کارهایی که در این زمینه انجام شده است. افزودن نانوذرات سلولز به پلیمرها موجب بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی واشر می‌شود، افزودن نانو سیلیکا و نانولوله کربنی به پلیمرها، موجب بهبود کارایی واشرها می‌شود ]39 [.

از دیگر اقداماتی که درزمینهٔ واشر انجام شده است، افزودن نانوذرات سیلیکا و نانولوله‌های کربنی است. شرکت Viton در حال حاضر واشرهایی با ساختار نانولوله‌های کربنی تولید کرده است و در حال تحقیق برای بهبود کارایی آن‌ها است. پتنت‌هایی مربوط به تولید واشرهای حاوی نانوذرات سرامیکی وجود دارد که این واشرها ویژگی‌های مقاومت مکانیکی بالا، مقاومت به روغن، مقاوم در محیط‌های اسیدی و قلیایی، مقاوم در دماهای زیاد و کم و طول عمر زیاد دارند ]41 و 40 [.

شکل 11- واشر شرکت Viton ]42 [

بیرون مخازن ترانسفورماتور برای حفاظت از خوردگی و تخریب رنگ زده می‌شود. کاربرد نانوفناوری در پوشش‌های ضد خوردگی قابل‌توجه است و در سال‌های اخیر گسترش یافته است. اختلاط نانوساختارهای معدنی با پوشش‌های آلی، یکی از روش‌های رایج در تولید نانوکامپوزیت‌هایی است که خواص بهتری نسبت به دیگر محصولات تجاری مانند محافظت در برابر خوردگی، پایداری در مقابل پرتو فرابنفش، خودتمیزشوندگی، مقاومت مکانیکی و خراش، مقاومت در برابر آتش دارند. کارخانه Nanovere Technologies محصول تجاری نانوپوشش به نام Nano-Clear تولید کرده است که خواصی مانند حفاظت در برابر خوردگی و مقاومت شیمیایی دارد] 43 [. شرکت NanoTech محصولی برای پوشش‌دهی فلزات ارائه کرده است که مقاوم به خوردگی و دوستدار محیط‌زیست است و به‌راحتی با روش‌های مختلف پوشش‌دهی مانند اسپری کردن می‌توان آن را روی فلز پوشش داد. در شکل زیر نمونه‌ای از این محصول را مشاهده می‌شود.]43 [

شکل 12- محصول پوشش مقاوم به خوردگی شرکت NanoTech ]43 [

 

پیش‌بینی می‌شود که در 5 تا 10 سال آینده کاربرد فناوری نانو در صنعت برق بسیار گسترش یابد. همگام ساختن، صنعت و دانشگاه و پشتیبانی صنعت از تحقیقات کاربردی دانشگاه لازمه تحقق این مسئله است.

همان‌طور که گفته شد فناوری نانو در قسمت‌های مختلف ترانسفورماتور کاربرد دارد و می‌توان از این فناوری در راستای بهبود کیفیت و کارایی ترانسفورماتور استفاده کرد. در جدول 1 به‌طور خلاصه برخی از کاربردهای فناوری نانو در قسمت‌های مختلف ترانسفورماتور آورده شده است. ]7 [

جدول 1– برخی از کاربردهای فناوری نانو در قسمت‌های مختلف ترانسفورماتور

خواص بهبودیافته جنس نانوذره مورداستفاده قسمت مورداستفاده
افزایش مقاومت دی‌الکتریک روغن Fe3O4 روغن‌های معدنی در ترانسفورماتور
افزایش رسانایی حرارتی روغن الماس روغن‌های معدنی در ترانسفورماتور
افزایش رسانایی حرارتی روغن Al2O3/AlN روغن‌های معدنی در ترانسفورماتور
افزایش مقاومت دی‌الکتریک روغن SiO2 روغن‌های معدنی در ترانسفورماتور
افزایش مقاومت دی‌الکتریک و مکانیکی کاغذ MMT کاغذهای نارسانا
افزایش مقاومت دی‌الکتریک کاغذ SiO2 کاغذهای نارسانا
افزایش مقاومت مکانیکی کاغذ Nanocellulose کاغذهای نارسانا
افزایش مقاومت مکانیکی عایق Al2O3 عایق‌ها
افزایش مقاومت مکانیکی و مقاومت دی‌الکتریک عایق Al2O3 and ZrO2 عایق‌ها
تشخیص گاز H2 در محدوده 20–4000 ppm Palladium alloy مانیتورینگ و حسگر
تشخیص گاز H, CO و CH4 ZnO مانیتورینگ و حسگر
تشخیص گاز H2 در محدوده 5–100 ppm Palladium-decorated zinc oxide مانیتورینگ و حسگر
تشخیص گاز CH4, C2H6, C2H4, C2H2 SnO2 مانیتورینگ و حسگر
  1. محصولات صنعتی

در جهان محصولاتی برای ترانسفورماتورها توسط بسیاری از شرکت‌های معتبر معرفی شده است که در ساخت آن‌ها از فناوری نانو استفاده شده است. در جدول 2 برخی از این محصولات معرفی شده است.

 جدول 2– محصولات خارجی فناوری نانو برای استفاده در ترانسفورماتور

کاربرد در ترانسفورماتور شرکت نام محصول
استفاده در هسته سیم‌پیچ ترانسفورماتور Tianjin Huaan International Trade نانوکریستال های آلیاژی مغناطیس نرم پایه آهن
استفاده در عایق‌های کاغذی ترانسفورماتور NOMEX®-nanocellulose مواد عایق شامل نانو سلولز
استفاده در عایق‌های کاغذی ترانسفورماتور Simens الیاف سلولزی و نانولوله بورون نیتراید
استفاده در هسته سیم‌پیچ ترانسفورماتور Hitachi Metals America هسته‌های حلقوی سری FT-3KM ساخته شده با مواد نانوکریستال فاینمت FT-3KM
استفاده در هسته سیم‌پیچ ترانسفورماتور Hitachi Metals America هسته‌های حلقوی سری FT-3KL K ساخته شده با مواد نانوکریستال فاینمت FT-3KL
استفاده در هسته سیم‌پیچ ترانسفورماتور Hitachi Metals America هسته‌های حلقوی سری FT-3KM N ساخته شده با مواد نانوکریستال فاینمت FT-3KM
استفاده در هسته سیم‌پیچ ترانسفورماتور Hitachi Metals America هسته‌های حلقوی سری FT-3KL F ساخته شده با مواد نانوکریستال فاینمت FT-3TL
استفاده در هسته سیم‌پیچ ترانسفورماتور Hitachi Metals America هسته‌های مربعی سری FT-3KM S ساخته شده با مواد نانوکریستال فاینمت FT-3KM
استفاده در هسته سیم‌پیچ ترانسفورماتور Hitachi Metals America سری FT-3AM فینمنت مهره‌هایی برای جلوگیری از جریان گردابی ساخته شده از مواد نانوکریستال فاینمت FT-3KM
استفاده در هسته سیم‌پیچ ترانسفورماتور Hitachi Metals America هسته‌های حلقوی سری MP برای جلوگیری از جریان گردابی ساخته شده با مواد نانوکریستال فاینمت FT-3SH
استفاده در هسته سیم‌پیچ ترانسفورماتور Hitachi Metals America هسته‌های حلقوی سری FT-3K50T F ساخته شده با مواد نانوکریستال فاینمت FT-3K50T
استفاده در هسته سیم‌پیچ ترانسفورماتور Hitachi Metals America هسته‌های حلقوی سری FT-8K50D F ساخته شده با مواد نانوکریستال فاینمت FT-8K50D
استفاده در هسته سیم‌پیچ ترانسفورماتور Hitachi Metals America هسته‌های حلقوی سری FT-8K50D F برای سوییچ در ترانسفورماتور قدرت، ساخته شده با مواد نانوکریستال فاینمت FT-8K50D
استفاده در هسته سیم‌پیچ ترانسفورماتور MAGNETEC نانو پرم با اندازه دانه متوسط 10 نانومتر
استفاده در هسته سیم‌پیچ ترانسفورماتور vacuumschmelze ویتروپرم
استفاده در بدنه فلزی تانک ترانسفورماتور Tata Steel فولاد پیشرفته با خواص مکانیکی استثنائی
استفاده در بدنه فلزی تانک ترانسفورماتور NanoSteel فولادهای پیشرفته تجاری با خواص مکانیکی استثنائی ساخته شده با نانوساختارها
استفاده در مانیتورینگ ترانسفورماتور Applied Nanotech, Inc حسگرهای گازی ساخته شده با نانوذرات فلزی
استفاده در هسته سیم‌پیچ ترانسفورماتور TIANJIN CAREL TECH CO هسته‌های نانوکریستالی فلزی
استفاده در هسته سیم‌پیچ ترانسفورماتور Chengdu Jinshang Science & Technology Co هسته‌های نانوکریستالی فلزی
استفاده در هسته سیم‌پیچ ترانسفورماتور Jiangsu Tewec Electrical Co هسته‌های نانوکریستالی فلزی
استفاده در هسته سیم‌پیچ ترانسفورماتور Nanostructured & Amorphous Materials, Inc. هسته‌های نانوکریستالی فلزی
استفاده در هسته سیم‌پیچ ترانسفورماتور Vikarsh,stamping india pvt.LTD هسته‌های نانوکریستالی فلزی
استفاده در هسته سیم‌پیچ ترانسفورماتور CWS,Bytemark هسته‌های نانوکریستالی فلزی
استفاده در هسته سیم‌پیچ ترانسفورماتور NICORE Electrical Manufactory هسته‌های نانوکریستالی فلزی
استفاده در واشربندی ترانسفورماتور Farapishtaz Hoonam rubber مخزن‌های نانوکامپوزیتی
استفاده در بوشینگ ها و مقرها برای پوشش‌های خودتمیزشونده و ضد سایش و خوردگی Nano-Clear پوشش‌های خودتمیزشونده و مقاوم در برابر خوردگی و سایش

در کشور شرکت‌های دانش‌بنیان بسیاری وجود دارد که درزمینهٔ فناوری نانو فعالیت دارند و این پتانسیل وجود دارد که شرکت‌های تولید ترانسفورماتور از این شرکت‌های دانش‌بنیان برای افزایش بازدهی و راندمان محصولات خود استفاده کنند. در جدول 3 شرکت‌های دانش‌بنیانی که محصولات آن‌ها توانایی ارتقا بازدهی شرکت‌های تولید ترانسفورماتور را دارند و این محصولات دارای نشان نانومقیاس می‌باشند، معرفی شده است.

جدول 3- شرکت‌های دانش‌بنیانی که محصولات آن‌ها توانایی ارتقا محصولات شرکت‌های تولید ترانسفورماتور و نشان نانومقیاس را دارند.

نام شرکت تولیدی محصول
بسپار سازان ایرانیان نانوپوشش‌های صنعتی
پارسا پلیمر شریف پلی‌پروپیلن مقاوم به خراش (نانوکامپوزیت پایه پلی اولفینی)
پوشش صنعت نانو فن تهران نانورنگ
فناوری نانوساختار آسیا نانوالیاف پلیمری
نانوپوشش فلز نانوسیال خنک‌کننده
نانو لوتوس کیمیا پوشش‌های نانوساختار
نانو آزما دستگاه تولید نانوالیاف برای تولید حسگرهای گازی

 

 

برخی شرکت‌های دیگر وجود دارند که محصولاتی مرتبط با ارتقا بازدهی ترانسفورماتورها تولید می‌کنند ولی دارای نشان نانومقیاس نمی‌باشند که در جدول 4 به معرفی شرکت و محصول آن‌ها پرداخته شده است.

جدول 4- شرکت‌های دانش‌بنیانی که محصولات آن‌ها توانایی ارتقا کارایی ترانسفورماتور دارند ولی نشان نانومقیاس ندارند

نام شرکت تولیدی نوع محصول
پویا نانو فناوران پارس پودر آلومینیوم مخلوط با ذرات SiC قطعات نانوکامپوزیتی
پوشش‌های نانوساختار نانواکسید تیتانیوم
فرا پلیمر هستی نانوکامپوزیت پلی ترفتالات با خاک رس
کیمیا پژوه آفاق کویر  نانوذرات مغناطیسی اکسید آهن
مجتمع فناوری‌های نوین فدک نانواکسید سیلیس
مهندسین مشاور علوم و فناوری نانومواد پارس پودر فولاد/نانوکاربید تیتانیوم
نانو پارس اسپادانا نانواکسید روی
نانو پودر پویا نانولوله‌های کربنی
دانش‌بنیان نانو نوین پلیمر ژل نانو الیاف سلولزی
نیکو پاک نقش جهان نانوکلی
کیمیا نانو دانش نانوسیالات

شرکت‌های تولید و بازسازی ترانسفورماتور در ایران می‌توانند با استفاده از فناوری نانو محصولات خود را ارتقا دهند و برخی هزینه‌های نگهداری و تولید ترانسفورماتور را کاهش دهند. در ادامه (جدول 5) برخی از شرکت‌هایی که درزمینهٔ تولید و بازسازی ترانسفورماتور فعالیت می‌کنند، آورده شده است.

جدول 5-برخی شرکت‌های تولید و بازسازی ترانسفورماتور در ایران

طراحی و ساخت ترانسفورماتورهای توزیع – فوق توزیع و قدرت ایران ترانسفو
طراحی و ساخت ترانسفورماتورهای توزیع – فوق توزیع و قدرت کیان ترانسفو
 تولید انواع ترانسفورماتورهای قدرت شبکه، نیروگاهی، صنایع، راکتورهای موازی، ترانسفورماتورهای توزیع آریا ترانسفو
بازسازی ترانسفورماتورهای توزیع و قدرت پیچش سیم توس
طراحی ساخت و تولید انواع ترانسفورماتور (کاهنده، افزاینده، جریان، سه فاز و تک فاز تا توان KVA 50 (طراحی، ساخت و خدمات سیم‌پیچی و لخت کردن سیم‌های روکش‌دار (سر سیم) و کابل اتوماسیون، ساخت و تعمیر انواع ماشین‌آلات سیم‌پیچی. ترانس فاران
تولیدکننده ترانسفورماتورهای توزیع از KVA 25 تا KVA 2500 ترانسفورماتور صنعت ری
تعمیر و بازسازی ترانسفورماتورهای قدرت با ظرفیت 500 مگاولت آمپر در کشورهای سوریه – لیبی – پاکستان – ترکمنستان رسانه
تست و تصفیه و تزریق روغن ترانسفورماتورهای توزیع و فوق توزیع online – offline محیا ترانس نیروی پارس
ترانسفورماتورهای توزیع و ویژه روغنی کوشکن
تولیدکننده و سازنده تجهیزات برقی درزمینهٔ: طراحی و ساخت تجهیزات تست فشارقوی تا دو میلیون ولت – سازنده انواع سلف – ترانسفورمرهای صنعتی فشارقوی و ضعیف – ساخت فیلترهای الکتروستاتیک جهت تصفیه اگزوز کارخانه‌ها مهندسی سراج
تولیدکننده انواع ترانسفورمرهای جریان و ولتاژ – انواع ترانسفورمرهای تغذیه تروئید نوین هریس پویا
رانس های اندازه‌گیری جریان kV 4-600 ترانس‌های اندازه‌گیری ولتاژ kV 4-600 بوشینگ خازنی kV27,5341- ترانس‌های جریان بوشینگی – ترانس‌های جریان پنجره‌ای – قطعات رزینی نیرو ترانس
تولیدکننده انواع ترانسفورماتورهای اندازه‌گیری و حفاظتی جریان و ولتاژ تا 36 کیلوولت مگ الکتریک
تولید و بازسازی ترانسفورمرهای توزیع و فوق توزیع

 

 شرکت توس نیرو
تولیدکننده موتورها سه فازه القایی، ژنراتورهای بادی، قطب‌های موتورها و ژنراتورهای جریان مستقیم و بازسازی کلیه ماشین‌های الکتریکی شرکت فن ژنراتور
ژنراتورهای جریان مستقیم و بازسازی کلیه ماشین‌های الکتریکی  شرکت توربو ژنراتور
ژنراتورهای جریان مستقیم و بازسازی کلیه ماشین‌های الکتریکی شرکت رشد صنعت
تولیدکننده ترانسفورمرهای جریان و ولتاژ الکتروپژواک آرین
تولیدکننده ترانسفورمرهای جریان و ولتاژ نوین هاریس پویا

پتنتها و اختراعات مختلفی در مورد افزایش بهره‌وری ترانسفورماتورها با استفاده از فناوری نانو به ثبت رسیده است و این مسئله نشان‌دهنده اهمیت این موضوع در سطح جهان است. در جدول 6 چند نمونه از این پتنت ها آورده شده است.

جدول 6 – پتنت‌ها و اختراعات مختلف در مورد افزایش بهره‌وری ترانسفورماتور

Abstract Inventores Original Assignee Title شماره پتنت
ساخت کامپوزیت نانو رس کامپوزیت در قسمت‌های عایق ترانسفورماتور Thomas M. Golner, Shirish P. Mehta, Padma P. Varanasi Waukesha Electric Systems, Inc. عایق برای ترانسفورماتورهای قدرت US 20120249275 A1
ساخت الیاف کربن برای افزایش استحکام محافظ‌های پلیمری در ترانسفورماتور Hoan D. Le, Steve A. Shaw, Stephen Clifford ABB Technology AG روش تولید ترانسفورماتورهای خشک با

محافظ پلیمری

 EP 2201582 A1
ساخت پلی آمید های حاوی نانوذرات

به‌عنوان لایه عایق محافظ سیم‌پیچ روغن Al2O3,SiO2,TiO2

 Martin Weinberg                 Martin Weinberg عایق الکتریکی پلی‌اتیلن برای استفاده در ترانسفورماتور روغنی US 20140022039 A1
 ساخت حسگر نانوالکترومکانیکی با استفاده از نانوسیم‌ها برای اندازه‌گیری میزان کشش در ترانسفورماتور پوش- پول Yunje Oh (Medina, MN), Edward Cyrankowski (Woodbury, MN), Zhiwei Shan (Plymouth, MN), Syed Amanula
Syed Asif (Bloomington, MN)		 HYSITRON INCORPORATED (Minneapolis, MN) سیستم تست نانوالکترومکانیکی و میکروالکترومکانیکی برای اندازه‌گیری میزان کشش در ترانسفورماتور پوش- پول Us20100095780
ساخت آلیاژ آهن به‌عنوان هسته با اندازه دانه متوسط 100 نانومتر در ترانسفورمرهای فرکانس پایین Yoshihito Yoshizawa, Kiyotaka Yamauchi Hitachi Metals, Ltd. ترانسفورماتور با فرکانس پایین

 

 US 5069731 A
ساخت حسگرهای ساخته شده با نانوسیم‌های پالادیم – نقره در ترانسفورماتور Greg Monty, Kwok Ng, Mohshi
Yang		 Nano-Proprietary, Inc استفاده از نانوسیم‌های فلزی برای استفاده
در سنسورهای تشخیص گاز هیدروژن		 US 6849911 B2
استفاده از کامپوزیت‌های حاوی نانوذرات هسته – پوسته با خاصیت رسانندگی حرارتی بالا و عایق الکتریکی بودن برای سیم‌پیچ‌ها Gary Stevens, James D. B. Smith, John
W. Wood		 Siemens Energy, Inc. نانوساختارهای هسته – پوسته با کنترل خواص فیزیکی و عملکرد
عایق الکتریک بودن کامپوزیت		 US7851059 B2
استفاده از نانوذرات پالادیوم در ساخت حسگر ترکیبی فشار و هیدروژن Joshua J. Herz, David Billings Qualitrol Company, Llc سنسور ترکیبی هیدروژن و فشار

 

 US 8511160 B2
پوشش نانو الماس با هدایت حرارتی بالا برای عایق‌های گالوانیک در ترانسفورماتورها Peter J. Hopper, William French, Ann
Gabrys		 National Semiconductor Corporation لایه هدایت گرما برای
عایق سازی گالوانیک		 US 8519506 B2
ساخت پوشش پلیمری عایق الکتریکی حاوی نانوذرات اکسید آهن و کرم Anders Bjorklund, Henrik Hillborg,
Fredrik Sahlen		 Abb Research Ltd. رسانای الکتریکی با پوشش
عایق الکتریکی		 US9019060 B2
ساخت سیم‌پیچ‌های مغناطیسی با نانو ذرت نقره که دارای رسانایی گرمایی زیادتری هستند و سریع سرد می‌شوند برای ترانسفورماتورهای فرکانس بالا. Weijun Yin General Electric Company روش ساخت سیم مگنت با فرکانس بالا و درجه حرارت بالا US 9153379 B2
افزایش رسانایی سیم‌پیچ‌ها با استفاده از نانوساختارهای کربنی Yaron Mayer, Al Baur Yaron Mayer, Baur Al J.C سیم‌پیچ مبتنی بر

اجزاء (مانند کویل ها،

ترانسفورماتورها، فیلترها و موتورها) بر اساس نانوفناوری

 US 20020163414 A1
استفاده از نانوذرات مغناطیسی کامپوزیت‌های پلیمری و سرامیکی عایق مورداستفاده در ترانسفورماتور و کاهش تلفات سیستم Yide Zhang, Shihe Wang, Danny Xiao Yide Zhang, Shihe Wang, Danny Xiao ساخت عایق
کامپوزیتی با نانوذرات مغناطیسی و
کاهش تلفات هسته		 US 20030129405 A1
ساخت روغن معدنی حاوی پودر نانو الماس با اندازه زیر 100 نانومتر که موجب افزایش انتقال حرارت می‌شود Jimmy Davidson, Dale Bradshaw Vanderbilt University ترکیبات با مواد نانوذرات پودر رسانا و
استفاده برای انتقال
حرارت بین منبع گرما و افت گرما		 US 20050151114 A1
ساخت حسگر هیدروژن برای استفاده در ترانسفورماتور با استفاده از نانوذرات تیتانیوم Kwok Ng, Greg Monty, Yunjun Li, ZvYaniv, Prabhu Soundarrajan Nano-Proprietary, Inc. روش و دستگاه برای سنجش
گاز هیدروژن		 US 20090133474 A1
ساخت هسته نانو کریستالی مغناطیسی نرم که موجب افزایش بازدهی ترانسفورماتور می‌شود. Yoshihito Yoshizawa, Motoki Ohta Yoshihito Yoshizawa, Motoki Ohta نوار نازک نانو کریستال مغناطیسی آلیاژ آمورف
آلومینیوم و
هسته مغناطیسی		 US 20100230010 A1
افزایش مقاومت شکست و رسانایی حرارتی روغن با نانوذرات اکسید معدنی غیر مغناطیسی Weijun Yin GENERAL ELECTRIC COMPANY نانوسیال های دی‌الکتریک US 20130285781
ساخت کاغذهای عایق نانو سلولزی با استحکام بالا در محیط روغن Mark Andrew Harmer, Ann Y. Liauw,
Byoung Sam Kang, Mark A. Scialdone		 E I Du Pont De Nemours And Company مواد عایق حاوی
نانوسلولز		 US 20140186576 A1
ساخت نانوکامپوزیت‌های سرامیکی عایق الکتریکی با خواص مغناطیسی و خواص مکانیکی بسیار مناسب برای ترانسفورماتور Rishi Raj, Atanu Saha, Sandeep Shah The Regents Of The University Of
Colorado		 سرامیک نانوکامپوزیت اکسید و
فازها و روش‌های غیر اکسیدی برای
تولیدات مشابه		 US 20050247904 A1
استفاده از نانوذرات غیر مغناطیسی در افزایش مقاومت و هدایت حرارتی روغن Olof Hjortstam Abb Research Ltd, EKEN, Gunilla عایق مایع WO 2008071704 A1
ساخت صفحات عایق با نانوذرات غیرآلی و افزایش استحکام صفحات Anneli Jendenmalm, Orlando Girlanda,
Pawel Klys, Santanu Singha		 bb Technology Ltd مواد عایق الکتریکی معدنی WO 2016146796 A1

پتنت های مختلفی وجود دارد که به‌صورت مستقیم از آن‌ها در بهبود بازدهی و کارایی ترانسفورماتورها استفاده نشده است ولی این ظرفیت را دارند که از آن‌ها برای بهبود عملکرد اجزا مختلف ترانسفورماتور استفاده کرد به‌عنوان‌مثال در پتنتی از نانوساختارهای کربنی برای افزایش مقاومت حرارتی و ضریب هدایت حرارتی سیال استفاده شده است و قابلیت بهبود عملکرد خنک کردن ترانسفورماتور را دارد، برخی از این نوع پتنت ها در جدول 7 آورده شده است.

جدول 7 –پتنت‌های مختلفی که می‌توان از آن‌ها برای افزایش بازدهی ترانسفورماتورها استفاده کرد

Abstract Inventores Original Assignee Title شماره پتنت
افزایش مقاومت حرارتی و ضریب هدایت حرارتی سیال با استفاده از نانوذرات کربنی Haiping Hong, John Andrew Waynick Haiping Hong, John Andrew Waynick نانوسیال حاوی نانوذرات کربنی

 

 US 20110003721 A1
افزایش ضریب هدایت حرارتی با استفاده از نانوذرات (Al2O3), (TiO2) و (Fe2O3) John Melvin Olson Acta Technology Inc نانوسیال و یک روش ساخت سیال‌ها برای انتقال گرما و دیگر کاربردها US 20130062555 A1
افزایش بازیافت روغن با استفاده از افزودن نانوساختارهای گرافن اصلاح شده Zhifeng Ren, Feng Wang, Dan Luo University Of Houston System سورفکتانت برای بهبود عملکرد روغن WO 2017015120 A1
افزایش خواص عایق الکتریکی بودن و ضریب حرارتی سیال با افزودن نانولوله‌های کربنی چند دیواره  

Sedarous; Salah S

 LIQUIDCOOL SOLUTIONS, INC. نانوسیال برای استفاده در الکترونیک به‌عنوان خنک‌کننده US 20120186789 A1
استفاده از پوشش نارسانای الکتریکی کامپوزیتی نانوساختار مغناطیسی

Co/SiO2

برای کاهش تلفات در هسته

 

 Xinqing Ma, Yide Zhang, Shihui Ge, Zongtao Zhang, Dajing Yan, Danny T. Xiao Inframat Corporation روش تولید فیلم ضخیم کامپوزیتی نانوذرات مغناطیسی US7485366 B2
استفاده از پوشش‌های نانوکامپوزیتی مغناطیسی نارسانا برای کاهش تلفات در هسته Yide Zhang, Shihe Wang, Danny Xiao Inframat Corporation روش تولید پوشش عایق کامپوزیتی نانوذرات مغناطیسی برای کاهش تلفات هسته US6720074 B2
ساخت هسته برای ترانسفورماتورهای سه فاز با تلفات کم با دانه‌های هرمی شکل با ابعاد نانومتری Dong Jun Dong Jun هسته آهن هرمی برای ترانسفورماتور قدرت سه فازی

 

 CN 2562322 Y
ساخت نانو کریستال‌هایی با دانه‌های در ابعاد نانو و بازدهی بالا Zhang Pengzhou, Cao Weimin, Zhu Lin, Zhu Hongyu, Chen Fei, Chen Xiang Nanjing Guodian Environmental Protection Equipment Co., Ltd روش ساخت هسته نانوکریستال ترانسفورماتور الگو خاصی برای آن CN 101572182 B
ساخت هسته با ساختار نانوکریستالی برای ترانسفورماتورهای معکوس Sun Ze Song, Li Yushan, Lin Zhiqing Qinhuangdao City Yan Qin Nano Technology Co., Ltd هسته ترانسفورماتور کم نویز برای منبع تغذیه CN 101923941 A
ساخت هسته‌های حلقوی با ساختار نانوکریستالی Masamu Naoe, Yasuhiro Hamaguchi, Kazuhiro Hagiwara Hitachi Metals Ltd هسته مغناطیسی حلقه‌ای با استفاده از آلیاژ و مغناطیس نرم نانوکریستیال آهن و قطعات مغناطیسی با استفاده از هسته مغناطیسی حلقه‌ای ذکر شده است EP2958116 A4
ساخت هسته نانو کریستال با دانه‌های در ابعاد نانو و بازدهی بالا Ronald Martis Alliedsignal Inc.  که دارای Fe-NI آلیاژ مغناطیسی نرم دارای ساختار نانوبلور هستند US 5340413 A
ساخت هسته‌های نانو کریستالی با نفوذپذیری بالا Yoshihito Yoshizawa, Yoshio Bizen, Shin Nakajima, Shunsuke Arakawa Hitachi Metals, Ltd. روش تولید آلیاژ نانوکریستال با داشتن نفوذپذیری بالا US 5611871 A
استفاده از نانو الیاف برای افزایش مقاومت به حرارت پلیمرهای عایق الکتریکی David M. Wilson, 7 weitere » 3M Innovative Properties Company کابل‌های کامپوزیتی با پلیمر ترموست تقویت شده با نانوذرات US20130167502 A1
ساخت حسگر هیدروژن با نانوذرات پالادیوم و نیکل Thomas Visel, Prabhu Soundarrajan, Igor Pavlovsky Thomas Visel, Prabhu Soundarrajan, Igor Pavlovsky سنسور هیدروژن پالادیوم-نیکل US20070125153 A1
ساخت حسگر هیدروژن با استفاده از (palladium-silver) نانوسیم‌های Greg Monty, Kwok Ng, Mohshi Yang Nano-Proprietary, Inc. ساخت نانوسیم‌های فلزی برای استفاده به‌عنوان حسگرهای هیدروژن با دامنه متغیر

 

 US 7104111 B2
ساخت حسگر هیدروژن با نانوساختارهای پالادیوم Venkat R. Bhethanabotla, Shekhar Bhansali University Of South Florida حسگر هیدروژن با امواج آکوستیکی سطحی

 

 US 7047792 B1
استفاده از ساختارهایی با تخلخل‌های نانومتری در ساخت حسگر گازی James L. Gole, Lenward T. Seals, Peter J. Georgia Tech Research Corporation سنسورهای متخلخل گاز و روش تهیه آن US6673644 B2
ساخت حسگر گازی با لایه‌های نانومتری مواد پیزوالکتریک Glenn M. Tom Advanced Technology Materials, Inc. حسگر هیدروژن کریستال پیزوالکتریک و روش سنجش هیدروژن با استفاده از آن US 6029500 A
ساخت حسگر هیدروژن با لایه‌هایی با ضخامت نانومتری Yang-Tse Cheng, Andrea A. Poli, Mark Alexander Meltser General Motors Corporation سنسور هیدروژن لایه نازک US 5886614 A

 

خلاصه مدیریتی

همان‌طور که در این گزارش بیان شد، فناوری نانو در قسمت‌های مختلفی از ترانسفورماتور مانند سیال‌های عایق الکتریکی و رسانای حرارتی، مخزن، بوشینگ، واشر، سیم‌پیچ، هسته مغناطیسی، مانیتورینگ و نظارت کاربرد دارد و می‌تواند موجب بهبود بازدهی و افزایش عمر ترانسفورماتور شود. در جهان شرکت‌های مختلفی وجود دارند که درزمینهٔ استفاده از فناوری نانو برای بهبود بخش‌های مختلف ترانسفورماتور فعالیت دارند، شرکت‌های معروفی مانند هیتاچی، تاتا استیل، نانوتک و … که هر یک از فناوری نانو برای بهبود یک بخش از ترانسفورماتور استفاده کرده‌اند. با استفاده از فناوری نانو می‌توان بازدهی ترانسفورماتور و همچنین فاصله زمانی تعمیر و نگهداری و عمر آن را افزایش داد. این امر موجب کاهش هزینه تولید در نیروگاه‌های برق و توزیع خواهد شد.

متأسفانه در حال حاضر از فناوری نانو در بخش‌های مخالف ترانسفورماتور استفاده نمی‌شود که شاید مهم‌ترین دلایل آن کمبود آگاهی و همچنین عدم تقاضا از سوی صنعت باشد. امید است این گزارش موجبات آگاهی بیشتر در این زمینه را فراهم کند.

——————————

مراجع:

 

  1. http://www.energyenergy.ir
  2. http://www.seeanco.com/transformer-and-its-application-in-industry
  3. www.kbc.ir
  4. https://owlcation.com/stem/Cooling-of-transformers
  5. https://ekahroba.com
  6. https://en.wikipedia.org/wiki/Nanotechnology
  7. J.E. Contreras, E.A. Rodriguez, J. Taha-Tijerina “Nanotechnology applications for electrical transformers” Electric Power Systems Research, 2016
  8. Muhammad Rafiq, Yuzhen Lv, and Chengrong Li” A Review on Properties, Opportunities, and Challenges of Transformer Oil-Based Nanofluids” Journal of Nanomaterials,2016
  9. “Investigation of thermal conductivity and viscosity of Fe3O4 nanofluid for heat transfer applications” L. Syam Sundar, Manoj K. Singha, Antonio C.M. Sousa, International Communications in Heat and Mass Transfer,Volume 44, May 2013, Pages 7–14
  10. V. Segal, A. Rabinovich, D. Nattrass, K. Raj, A. Nunes, Experimental study ofmagnetic colloidal fluids behavior in power transformers, J. Magn. Magn.Mater. 215–216 (2000) 513–515.
  11. Y. Xuan, Q. Li, Heat transfer enhancement of nanofluids, Int. J. Heat FluidFlow 21 (2000) 58–64.
  12. http://www.taghivahidi.com
  13. Shen, W., et al., High-density nanocrystalline core transformer for high-power high-frequency resonant converter. Industry Applications, IEEE Transactions on, 2008. 44(1): p. 213-222.
  14. http://nanoc.imr.tohoku.ac.jp/eng/research.html
  15. K. Takenaka, N. Nishiyama, A.D. Setyawan1, P. Sharma, A. Makino,Performance of a prototype power transformer constructed bynanocrystalline Fe-Co-Si-B-P-Cu soft magnetic alloys, J. Appl. Phys. 117(2015).
  16. A.D. Setyawan, K. Takenaka, P. Sharma, M. Nishijima, N. Nishiyama, A.Makino, Magnetic properties of 120-mm wide ribbons of high Bs and lowcore-loss NANOMET®alloy, J. Appl. Phys. 117 (2015).
  17. T.A. Prevost, T.V. Oommen, Cellulose insulation in oil-filled powertransformers: part I-history and development, IEEE Electr. Insul. Mag. 22(2006) 28–35
  18. A.M. Emsley, X. Xiao, R.J. Heywood, M. Ali, Degradation of cellulosicinsulation in power transformers. Part 2: formation of furan products ininsulating oil, IEEE Proc.—Sci. Meas. Technol. 147 (2000) 110–114.
  19. T.V. Oommen, T.A. Prevost, Cellulose insulation in oil-filled powertransformers: part II-maintaining insulation integrity and life, IEEE Electr.Insul. Mag. 22 (2006) 5–14.
  20. Y. Yuan, R. Liao, A novel nanomodified cellulose insulation paper for powertransformer, J. Nanomater. Hindawi (2014) 1–6.
  21. S.M. Gubanski, Outdoor high voltage insulation, IEEE Trans. Dielectr. Electr.Insul. 17 (2010), 325–325.
  22. R. Hackam, Outdoor HV composite polymeric insulators, IEEE Trans.Dielectr. Electr. Insul. 6 (1999) 557–585.
  23. W.M. Carty, U. Senapati, Porcelain-raw materials, processing phaseevolution, and mechanical behavior, J. Am
  24. C. Guo, R. Liao, Y. Yuan, Z. Zuo, A. Zhuang, Glaze icing on superhydrophobiccoating prepared by nanoparticles filling combined with etching method forinsulators, J. Nanomater. (2015) 1–7.. Ceram. Soc. 81 (1998) 3–20.
  25. J.E. Contreras, Influencia de la inserción de nano-óxidos cerámicos sobre lamicroestructura y propiedades de una porcelana triaxial, PhD Thesis,FIME-UANL, Mexico,
  26. http://met.jdsharif.ac.ir/
  27. www.aculon.com
  28. www.aleximgroup.com
  29. www.basf.com/group/corporate/en/innovations/eventspresentations/nanotechnology
  30. www.diamonfusion.com
  31. J.H. Harlow, Electric Power Transformer Engineering, 2nd ed., CRC Press,2007.
  32. A. Chatterjee, R. Sarkar, N.K. Roy, P. Kumbhakar, Online monitoring oftransformers using gas sensor fabricated by nanotechnology, Int. Trans.Electr. Energy Syst. 23 (2013) 867–875.
  33. Nanotechnology Now News, Nanotechnology Sensor Helps Predict ElectricalTransformer Failure, Applied Nanotech, 2004.
  34. Q. Zhou, W. Chen, S. Peng, X. Su, Nano-tin oxide gas sensor detectioncharacteristic for hydrocarbon gases dissolved in transformer oil, Int. Conf.High Volt. Eng. Appl. 38 (2012) 4–38, 7.
  35. J. Lu, X. Zhang, X. Wu, Z. Dai, J. Zhang, A Ni-doped carbon nanotube sensorfor detecting oil-dissolved gases in transformers, Sensors (Basel) 15 (2015)13522–13532.
  36. C.T. White, T.N. Todorov, Carbon nanotubes as long ballistic conductors,Nature 393 (2007) 240–242
  37. P. Poncharal, C. Berger, Y. Yi, Z.L. Wang, W.A. de Heer, Room temperatureballistic conduction in carbon nanotubes, J. Phys. Chem. B 106 (2002)12104–12118.
  38. Steel’s inner strength, Technology, Engineering, http://phys.org/news/2014-06-steel-strength.html, 2014.
  39. W. Bai, New application of crystalline cellulose in rubber composites, in:PhD Thesis, Oregon State University, 2009
  40. K. Rajkumar, P. Ranjan, P. Thavamani, P. Jeyanthi, P. Pazhanisamy,Dispersion studies of nanosilica in NBR based polymer nanocomposite,Rasayan. J. Chem. 6 (2013) 122–133.
  41. M. Tamez, Long lasting, high reliability gaskets for leakage-free oilimmersed transformers, in: 10th Annual Tech. Conf., Weidmann DiagnosticSolutions, 2011
  42. http://www.liquip.com/products/tanker/tanker-accessories/gaskets/viton-a-gaskets
  43. https://www.nanotechcoatings.com/concrete-coating

========================

[1] Oil immersed power Transformer

[2] Dry type transformer

[3] Gas insulated transformer

4 Contacts

[5] Tap changer

[6] Fe73.5Si13.5B9Nb3Cu1)Finement(

[7] Fe88Zr7B4Cu1(Nanoperm)

[8] Fe44Co44Zr7B4Cu1(Hitperm)

[9] Corona

———————————————————————

تهیه و تنظیم:

  • گروه ترویج کاربردهای فناوری نانو در صنعت برق

بخش ترویج صنعتی ستاد توسعه فناوری های نانو و میکرو

 ====================================================================================

[جهت دسترسی به گزارش نهایی محصولات و شرکتهای دارای گواهی نانومقیاس ستاد توسعه فناوریهای نانو و میکرو به «کتب مرجع محصولات و تجهیزات نانو و صنعت» به نشانی (INDnano.ir/category/book) مراجعه کنید]

[همچنین برای دانلود فایل PDF کلیه گزارشات بهمراه جزئیات، به بخش گزارش های صنعتی پایگاه اینترنتی رسانه تخصصی نانو و صنعت (www.INDnano.ir/category/report) مراجعه نمایید]

 ====================================================================================

مطالب مرتبط
درباره رسانه نانو و صنعت

ستادویژه‌توسعه‌فناوری‌نانو معاونت علمی وفناوری ریاست جمهوری در راستای تحقق اهداف سند چشم انداز توسعه صنعتی فناوری نانوی ایران، به عنوان بخشی از اقدامات خود، امر ترویج صنعتی و مدیریتی را به منظور معرفی و بکارگیری توان داخلی و با هدف ثروت آفرینی دانش‌بنیان و تولید فناورانه، در دستور کار خود قرار داده است. بر این اساس، پایگاه اینترنتی «رسانه نانو و صنعت» ستاد ویژه توسعه فناوری نانو (رسانه تخصصی فناوری نانو در صنایع و سازمانهای کشور)، به منظور «ارائه الگوهای موفق پیشرفت ملی برای مدیران و متخصصان برتر در سازمان‌های اثرگذار، پژوهشی، تولیدی و صنعتی کشور»، «تبیین توانمندیها و دستاوردهای صنعتی نانوفناوران ایران»، و «معرفی خدمات کارگروه های صنعت، بازار، توسعه فناوری، سرمایه های انسانی، بین‌الملل و مؤسسه خدمات فناوری تا بازار»، در دسترس هموطنان گرامی قرار گرفته است.

تازه‌ترین اخبار نانو و صنعت
RSS آخرین اخبار ستاد ویژه توسعه فناوری نانو
مطالب پیشنهادی نانو و صنعت