استشعار ومراقبة الجهد الكهربائي بالألياف الفلورية

في العادة يقع التحقيق التجريبي لنشاط تفريغ الهالة لزيت البونجا تحت تأثير المجال المغناطيسي المحلي وملامح الجهد الكهربائي المختلفة، والتي تشمل جهد التيار المتردد والتيار المستمر باستخدام مستشعر الألياف الفلورية وكذلك تقنية الاستشعار (UHF)، وذلك كون جهد بدء الإكليل (CIV) لزيت البونجا أعلى تحت جهد التيار المستمر السالب يليه الجهد الموجب للتيار المستمر والتيار المتردد.

الغاية من استشعار ومراقبة الجهد الكهربائي بالألياف الفلورية

يعد تصميم العزل لمحولات الطاقة المملوءة بالزيت أمراً حيوياً لطول عمرها وتشغيلها الموثوق به في شبكة نظام الطاقة، كما تستخدم الزيوت المعدنية بشكل تقليدي كعزل ومبرد في محولات الطاقة، ومع ذلك وبالرغم من النقص الأخير في إمدادات النفط العالمية والنضوب العام للمصادر غير المتجددة؛ فإنه قد يُتوقع حدوث نقص خطير في المستقبل القريب.

وأثناء تركيب المحولات الكهربائية تعتبر الحماية من الحرائق مصدر قلق رئيسي، حيث إنها تقع في كثير من الأحيان في مواقف عالية الخطورة مثل داخل المباني والمنشآت تحت الأرض، ومع ذلك؛ فإن الطبقة الحرارية الأعلى لسوائل الإستر ومقارنة بالزيت المعدني تجعلها مناسبة لوضعها بالقرب من المباني، مما يؤدي إلى انخفاض الطاقة المفقودة.

وفي ضوء ذلك؛ فإنه يتم الآن اختبار المواد العازلة البديلة مثل الزيوت النباتية الاعتيادية، ولتطبيقات المحولات وبالمقارنة مع الزيوت المعدنية التقليدية، فقد أظهرت هذه السوائل المستندة إلى الإستر المشتقة من بذور نباتية مختلفة خصائص أفضل في فئة النار مع زيادة التحلل البيولوجي، كما تم استخدام زيت البونجا في الوقت الحاضر لتطبيقات المحولات.

كما أن أحد الأسباب الأكثر شيوعاً لفشل عزل المحولات الكهربائية هو التفريغ الهالي الناجم عن النتوء من موصل الملف أو عند القطب الأرضي، كما أنه من الصعب تحديد التفريغ الأولي الناتج عن نشاط الإكليل، ويتم استخدام العديد من الأساليب المرتبطة بتقنية الانبعاث الصوتي للطور ومنهجية التردد الراديوي وتحليل الغازات المذابة لاكتشافها في مرحلة مبكرة.

تحليل فشل عزل المحولات الكهربائية بسبب التفريغ الهالي

أحد الأسباب الأكثر شيوعاً لفشل عزل المحولات هو التفريغ الهالي الناجم عن النتوء، كما أنه من موصل الملف أو عند القطب الأرضي ومن الصعب تحديد التفريغ الأولي الناتج عن نشاط الإكليل، كذلك يتم استخدام العديد من الأساليب (تقنية الانبعاث الصوتي للطور ومنهجية التردد الراديوي وتحليل الغازات المذابة) لاكتشافها في مرحلة مبكرة.

أيضاً تم العثور على نبضات التيار المحقون الناشئة عن التفريغ الجزئي في المحولات في نطاق نانو ثانية، وبالتالي تثير الإشارات الكهرومغناطيسية في نطاق (0.3-3) جيجا هرتز (منطقة التردد العالي (UHF))، وعلى هذا النحو تم نشر العديد من الدراسات حول استخدام نهج (UHF) لاكتشاف التفريغ الجزئي (PD).

ومن ناحية أخرى يعد مستشعر الألياف الفلورية تقنية أخرى مثيرة للاهتمام للكشف عن (PD) ولكن لم يتم الإبلاغ عن اختيار الألياف الفلورية المناسبة للكشف عن نشاط (PD) اعتماداً على الخصائص الفيزيائية للسائل العازل ومقارنتها بتقنية (UHF)، كما أن هناك جانب آخر مثير للاهتمام لاكتشاف (PD) هو الاعتماد على المجال المغناطيسي الخارجي.

ووفقاً للنظرية الكهرومغناطيسية الكلاسيكية؛ فإن تأثير المجال المغناطيسي الخارجي بالإضافة إلى المجال الكهربائي المطبق يمكن أن يغير سلوك (PD)، وبالتالي يبقى من الضروري فهم تأثير المجال المغناطيسي المعرض لكل من المجالات الكهربائية (AC ،DC)، بحيث تتراوح كثافة تدفق التسرب المتضمنة في محولات الطاقة من (60) مليون طن إلى (700) طن متري وفي العمل الحالي، كما يتم اختبار النطاق الأدنى من الحقول المغناطيسية لأدائها.

الإعداد التجريبي الخاص بمصدر الجهد العالي والمستشعر

يوضح الشكل التالي (1) الإعداد التجريبي لقياس جهد بداية الإكليل، كما يتم إنشاء النطاق المطلوب للجهد العالي لهذه التجربة بواسطة مضخم (Trek) من (طراز 20 / 20C)، وذلك بإدخال مناسب من مولد وظيفة، ولتحقيقات الانهيار، تم استخدام محول (100) كيلو فولت، (5) كيلو فولت أمبير، (50) هرتز لتوليد جهد التيار المتردد، بينما تم استخدام دائرة مضاعفة الجهد لتوليد جهد التيار المستمر.

وأثناء قياسات الانهيار على زيت البونجا؛ فقد تمت زيادة الجهد بمعدل ثابت قدره (300) فولت/ ثانية، وذلك بمعدل (5) أعطال، كما تم استبدال قطب الإبرة أثناء الدراسات التجريبية لتجنب التباين في جهد الانهيار بسبب التغيير في الموصلية التي تحدث عند طرف الإبرة، وبعد كل انهيار تم التأكد أيضاً من أن الفجوة بين قطب الإبرة والأرض خالية من أي مسار كربوني أو فقاعات تكونت بسبب الانهيار السابق.

كما يتم تطبيق مجال مغناطيسي موحد بالإضافة إلى المجال الكهربائي وتتنوع كثافة تدفقه عن طريق وضع المغناطيس في مواقع مختلفة مع تباعد فجوة متماثل بعيداً عن خلية الاختبار، كذلك تم استخدام مقياس غاوس الرقمي (DGM-202) مع مسبار هول لمعايرة حجم المجال المغناطيسي (B)، وذلك عند طرف الإبرة وأخذت الحقول المغناطيسية الخلفية في الاعتبار عند معايرة مسبار المجال.

استجابة عازلة وقياس كثافة التدفق المغناطيسي

يتم قياس استجابة العزل الكهربائي لزيت البونجا عن طريق توليد إشارات جيبية بترددات مختلفة باستخدام أداة (OMICRON-DIRANA) كما هو موضح في الشكل التالي (1) خلية اختبار الزيت المتصلة بمحلل استجابة (DIRANA) للعزل الكهربائي باستخدام ثلاثة أقطاب كهربائية، وهي الجهد الكهربائي وأقطاب القياس والحماية الكهربائية.

ووفقاً لمعيار (IEC 60247)؛ تبلغ درجة حرارة التشغيل العادية للمحول المغمور بالزيت حوالي (65) درجة مئوية، وفي بعض الأحيان بسبب تكوين نقطة ساخنة موضعية، كما يمكن أن تصل درجة الحرارة إلى (90) درجة مئوية، كذلك يتم الحفاظ على حالة التوازن الحراري خلال الفاصل الزمني للقياس، بحيث يتم تسخين العينات من (30) درجة مئوية إلى (90) درجة مئوية باستخدام نظام تسخين يسمح بدرجة حرارة قصوى تبلغ حوالي (110) درجة مئوية.

وبالنسبة إلى كهربة التدفق؛ بحيث تم استخدام جهاز قرص دوار لقياس تيار التدفق المغناطيسي، حيث تغطي مادة السليلوز كلا جانبي القرص كما هو موضح في الشكل التالي (3)، بحيث تم استخدام قرص من الألومنيوم بسمك (40 مم × 6 مم) في العمل الحالي، بالإضافة الوعاء الأسطواني الذي يحتوي على السائل العازل مصنوع أيضاً من الألومنيوم (85 مم قطر × 100 مم)، حيث تم نقل قوة الطرد المركزي التي تحكم فصل الشحنات في واجهة الزيت أو لوح الضغط باتجاه جدران الوعاء ثم قياسها باستخدام مقياس كيثلي الكهربائي (6517B).

أيضاً يتم التحكم في دوران القرص في النطاق من (0 – 600) دورة في الدقيقة باستخدام محرك مقترن بمنظم سرعة، وأثناء إجراء القياسات بتأثير درجة الحرارة؛ فإنه يتم استخدام مقياس حرارة رقمي داخل مصفوفة الزيت لرصد التغير في توازن درجة الحرارة باستمرار، وللحد من تسرب التيار الشارد من التأثير على القياسات الفعلية، تم وضع كل من نظام القرص الدوار والمحرك داخل قفص فاراداي.

وأخيراً في هذا العمل؛ فقد تم الإبلاغ عن التحقيق التجريبي لتأثير المجال المغناطيسي في نشاط تفريغ الاكليل لزيت البونجا لظروف جهد مختلفة للتيار المتردد والتيار المستمر باستخدام مستشعر الألياف الفلورية وكذلك تقنيات استشعار (UHF).