التأكد من السلوك الآمن لتقييم الرطوبة لنظام عزل المحولات

ضرورة التأكد من السلوك الآمن لتقييم الرطوبة لنظام عزل المحولات

تعتبر الرطوبة العامل الرئيسي الذي يؤثر على قوة العزل الكهربائي لمحولات القدرة “المغمورة بالزيت”، وفي الوقت الحاضر، تُستخدم منحنيات “توازن الرطوبة” لتقييم محتوى الرطوبة داخل الورق العازل، ومع ذلك؛ فإن هذه الطريقة تعتمد على درجة الحرارة وليست دقيقة للغاية.

وفي الوقت نفسه؛ فقد تم استخدام زيت العزل النباتي تدريجياً في محولات القدرة الكهربائية بسبب نقطة القابلية للاشتعال العالية وسهولة التحلل والرطوبة الجيدة، ونظراً لأن طريقة تقييم الرطوبة للزيوت المعدنية التقليدية ليست مناسبة للزيوت النباتية؛ فمن الضروري تطوير طريقة جديدة موثوقة لتقييم الرطوبة للزيت الخاص بالعزل والتبريد للمحولات الكهربائية.

وفي الآونة الأخيرة، استخدم طيف التردد العازل (FDS) على نطاق واسع لتشخيص محتوى الماء في نظام عزل الورق والزيت، حيث تعتمد دقة هذه الطريقة على درجة حرارة التشغيل التي قد تسبب أخطاء في نتائج اختبار (FDS)، حيث أن النتائج المعروضة تكشف أن درجة حرارة تشغيل المحول تؤثر على منحنى فقد العزل الكهربائي لمحتوى الماء وتم اقتراح طريقة للقضاء على تأثير درجة الحرارة.

ومع ذلك؛ فإن هذه الطريقة فعالة للزيوت العازلة المعدنية فقط، لذلك تم اقتراح مبدأ ترجمة درجة حرارة التردد للقضاء على تأثير درجة الحرارة على (FDS) ويتم تقييم محتوى الماء في المحولات باستخدام منحنيات طبيعية في، ومع ذلك؛ فإن هذه المنحنيات ليست دقيقة للغاية بسبب الانسيابيات المستمرة للماء بين الورق والزيت.

بحيث يؤثر أيضاً على “طاقة التنشيط” للعزل الصلب، لذلك تم اقتراح “منحنى تطبيع التردد الكهربائي ودرجة الحرارة” للزيت المعدني تحت محتويات رطوبة مختلفة، ولكن تأثير انتقال الماء بين العزل الصلب والسائل لا يؤخذ في الاعتبار في عملية التطبيع، مما يؤثر على نتائج هذه الطريقة.

وكما ذكر في الأعلى؛ فإنه يمكن تلخيص المساهمة الرئيسية لهذه الورقة على النحو التالي:

• اقتراح طريقة لتقييم الرطوبة، والتي يمكن أن تقضي على تأثير درجة الحرارة على النتائج التي تم الحصول عليها.

• اقتراح طريقة تطبيع جديدة لمنحنيات (FDS) لنظام عزل ورق الزيت النباتي.

تحضير عينات العزل بالورق الزيتي

تم فحص الطرق المقترحة على عينات من الزيت النباتي وورق الكرافت العازل، حيث أن ورق الكرافت العازل المستخدم في التجربة بقطر (130) مم وسمك (5) مم؛ يتكون كل نظام عزل من خمس أوراق من أوراق العزل وعينات زيت نباتي عازل، وقبل التجربة؛ فإنه تم تجفيف جميع عينات الزيت والورق الجديدة عند (90) درجة مئوية لمدة (48) ساعة للتحكم في محتوى الرطوبة الأولي للزيت.

كما أن ذلك تم ما بين (100-120 ملجم / كجم)، وتلك الخاصة بالورق العازل حوالي (0.1٪)، بحيث يتم الكشف عن محتوى الرطوبة الأولي للعينات بواسطة جهاز قياس الرطوبة (HKF700)، كما ويتم تنفيذ خطوات التشغيل وفقاً لمعيار (IEC 60814).

وبعد عملية التجفيف؛ فإنه يتم غمر عينة الورق العازل في الزيت تدريجياً، وذلك لمدة (48) ساعة عند (30) درجة مئوية، كما يتم بعد ذلك إجراء قياس رطوبة ورق الزيت النباتي على النحو التالي:

أولاً: يتم وزن الورقة لتحديد وزنها الأولي (m0).

ثانياً: يتم حساب الوزن (m1) للورق العازل المشرب بمحتوى رطوبة (w)، وذلك باستخدام المعادلة (1).

ثالثاً: توضع العينة الورقية بعد ذلك على “طبق زجاجي” مفتوح لترطيبها بشكل طبيعي ويقاس وزنها كل (5) دقائق حتى يصل وزن الورقة إلى (m1)، وأخيراً عندما يصل محتوى الرطوبة للورق العازل المحسوب باستخدام (1) إلى (0.2٪، 1.4٪، 2.5٪ و 3.4٪ )؛ فإنه يتم وضع الورق العازل والزيت في جهاز ثلاثي الأقطاب لمحاكاة نظام عزل محول الطاقة كما هو موضح في الشكل التالي:

تأثير الرطوبة على (FDS)

تكون منحنيات السماحية (*lgε) لعينات ورق الزيت النباتي لمحتويات رطوبة مختلفة عند (30) درجة مئوية موضحة في الشكل التالي (2)، وذلك لتسهيل فهم أفضل لهذه المنحنيات، وهناك مقياس لوغاريتمي في النطاق (−4 إلى 3)، بحيث يمثل يتم استخدام نطاق تردد الاختبار (10−4 إلى 103) هرتز للمحور السيني.

كما يمكن أن نرى من الشكل (2) أن الأجزاء الحقيقية والخيالية لمنحنيات سماحية العزل (lgε ′ -lgε ′) تزداد مع زيادة محتوى الماء في عينة الورق الزيتي ضمن مدى التردد من (10−4-1Hz)، ويُعزى ذلك إلى حقيقة أن زيادة الرطوبة تؤدي إلى زيادة أداء الاستقطاب لنظام عزل الورق الزيتي.

ومع انخفاض تردد الاختبار؛ فإنه يمكن إجراء عملية الاستقطاب السريع للماء تماماً، وبالتالي تزداد سماحية نظام العزل في نطاق التردد المنخفض مع زيادة محتوى الماء، وذلك كلما زاد محتوى الماء، زادت سرعة ثابت العزل الكهربائي، ونظراً للتردد العالي نسبياً، كما لا يمكن تطوير عملية الاستقطاب لنظام عزل الورق الزيتي في نطاق التردد من (1 إلى 103) هرتز ولا يُظهر منحنى (lgε) تغيراً واضحاً ضمن هذا النطاق.

كما وتجدر الإشارة إلى أن الرطوبة لا تؤثر فقط على فقدان الاستقطاب في نظام العزل بالورق الزيتي، بل تزيد أيضاً من الموصلية، لذلك يكون فقدان الموصلية هو السائد بالنسبة لنظام العزل بالورق الزيتي في نطاق التردد المنخفض، وبالتالي يزداد منحنى (lgε ′) مع زيادة محتوى الماء، ومع ذلك وفي نطاق التردد العالي؛ فإنه لا يمكن تطوير عملية استقطاب نظام العزل ولا يوجد سوى فقدان استقطاب لحظي.

وأخيراً؛ فإنه يمكن رؤية تأثير الرطوبة على طيف مجال التردد لنظام عزل ورق الزيت النباتي بوضوح في تغيير (lgε ′) ضمن نطاق التردد (10−4-1Hz)، وفي هذا النطاق؛ فإنه يسرع محتوى الرطوبة من معدل تغير (lgε) بقيمة ذروة عند (10−4) هرتز.

في هذا الطرح، تم اقتراح طريقة لتقييم محتوى الرطوبة الدقيق لعزل ورق الزيت النباتي، بحيث تهدف هذه الطريقة إلى القضاء على تأثير درجة الحرارة على تقييم محتوى الرطوبة في العزل الصلب، كما تعمل الطريقة المقترحة أيضاً على تحسين تطبيع طيف المجال الترددي للزيت النباتي العازل للمحول، حيث يمكن استخلاص الاستنتاجات الرئيسية للنتائج التي تم الحصول عليها على النحو التالي:

• تعمل الرطوبة على تسريع معدل تغيير “سماحية” نظام عزل ورق الزيت النباتي ضمن نطاق التردد بقيم تتراوح ما بين (10-4-1) هرتز، كما يرتبط محتوى الرطوبة ارتباطًا وثيقاً بالعامل المميز (L) الذي يمكن استخدامه لتقييم الرطوبة.

• تؤثر درجة حرارة التشغيل على العامل المميز في نطاق التردد المنخفض، وبالتالي؛ فإنه يمكن تقسيم التأثير الكلي إلى جزأين أساسيين، وهما تأثير درجة الحرارة الذي يزيد (L) وتأثير انتقال الرطوبة الذي يقلل (L).

• تؤثر الرطوبة ودرجة الحرارة على طاقة التنشيط للورق المشبع بالزيت، كما أن هناك ارتباط أسي بين محتوى الرطوبة وطاقة التنشيط.

• وفقاً لمبدأ تراكب درجة حرارة التردد وتأثير الرطوبة؛ فإنه يتم اقتراح طريقة لتطبيع منحنيات (FDS) للورق الزيتي العازل بمحتويات رطوبة مختلفة عند درجة حرارة محددة مسبقاً والتحقق من صحتها من خلال دراسة حالة عملية.