تأثير التيار المستمر على مسارات عزل لوح الزيت تحت الجهد المجمع AC-DC

الهدف من دراسة تأثير التيار المستمر على مسارات عزل لوح الزيت

تعمل محولات القدرة في ظل ظروف تشغيل معقدة للغاية مقارنة بمحولات التيار المتردد التقليدية، كما تخضع لفات صمامات المحولات لجهد مشترك بين التيار المتردد والتيار المستمر، بحيث يرتبط أداء هذه المحولات ارتباطاً مباشراً بعمليات السلامة لشبكة الطاقة، كما تجدر الإشارة إلى أن معدل فشل محولات القدرة يبلغ حوالي ضعف معدل فشل محولات التيار المتردد.

ووفقاً للإحصاءات التي نشرتها المنظمة الدولية لشبكات الكهرباء (CIGRE)، والتي تمثل أعطال العزل ما يقرب من نصف جميع الأعطال؛ فإن تصريفات الزحف التي تتطور على طول الطبقات السطحية والداخلية لـ (OIP) تسبب أضراراً لا يمكن إصلاحها لخصائص العزل لـ (OIP).

ومع ذلك؛ فإنه من الصعب استبدال (OIP) التالف في محولات المحولات، لذلك تتأثر درجة تلف (OIP) بشكل مباشر بمسارات تفريغ الزحف المختلفة، ويستدعي هذا الحاجة إلى دراسة تأثير مكون التيار المستمر على مسار تفريغ الزحف في عزل لوح ضغط الزيت تحت الجهد المشترك (AC-DC).

مساهمات تصريف مسارات عزل لوح الزيت تحت الجهد المجمع AC-DC

تؤدي مساهمات تصريف الزحف في فشل عزل لوح ضغط الزيت، بحيث يتفاقم هذا التفريغ عندما يكون هيكل العزل لمحولات المحولات معقداً، كما ويكون توزيع مجال التيار المستمر ومجال التيار المتردد مختلفاً وتختلف موصلية الزيت وألواح الضغط بشكل غير خطي مع شدة المجال الكهربائي ودرجة الحرارة، وهذه العوامل تجعل من المستحيل تجنب المجال الكهربائي العرضي القوي في هيكل العزل المحلي.

وفي المحولات الكهربائية مثل تلك الموجودة في جوانب الفواصل والشرائط والمنطقة المحلية للحلقات الزاوية الطرفية ومنطقة تداخل ألواح الضغط الأسطوانية؛ فقد يؤدي المجال الكهربائي العرضي القوي بسهولة إلى تصريفات الزحف، وحالياً يتم استخدام نموذج لوحة العمود ونموذج لوحة الإبرة لمحاكاة تفريغ الزحف تحت مجالات كهربائية مختلفة.

حيث ينقسم نموذج لوحة الإبرة إلى هيكلين، في الهيكل الأول يكون قطب الإبرة عمودياً على (OIP)، بحيث يتم استخدامه لتحديد التفريغ الجزئي في الطبقات الداخلية من (OIP)، وفي الهيكل الثاني يكون قطب الإبرة موازياً لـ (OIP)، كما يتم استخدامه لتحديد تصريفات الزحف على الطبقة السطحية لـ (OIP)، ويمكن توصيف التصريفات المعيبة المختلفة بناءً على أنماط التصريف وخصائص التردد الزمني وخصائص توليد الغاز.

لذلك غالباً ما يتم الكشف عن علامات “التدهور الشجيري” على المحولات التالفة، وهذه العلامات مشتقة من العلامات البيضاء السابقة، كما يشير التنازل الأبيض إلى أداء وهيكل (OIP) الذي يؤدي إلى انهيار (OIP)، ومع ذلك؛ فإنها تختفي العلامات البيضاء عند ملامستها للهواء، لذلك نادراً ما يتم ملاحظة العلامات البيضاء عند صيانة المحولات.

كما تم الإبلاغ عن أنه حتى إذا اختفت العلامات البيضاء من (OIP)؛ فإن القنوات الأصلية التي تم إنشاؤها بواسطة العلامات البيضاء تستمر في التمدد مع زيادة الجهد الكهربائي، حيث استخدمت نفس الدراسة نموذج لوحة الإبرة لاستكشاف تطور العلامات البيضاء تحت جهد التيار المتردد.

لذلك تم القيام بتسجيل عملية تطوير العلامات البيضاء باستخدام كاميرا عالية السرعة بالإضافة إلى الضرر الناجم عن تصريفات الزحف إلى (OIP)، كما حللت دراسة أخرى تفريغ الزحف والعلامات البيضاء باستخدام نموذج لوحة الإبرة تحت الجهد المشترك (AC-DC).

الإعداد التجريبي الخاص بتأثير التيار المستمر على مسارات عزل لوح الزيت

عينة تجريبية وقطب كهربائي

كان زيت المحولات المستخدم في هذه الدراسة هو (KI50X)، حيث تم تسخين الزيت أولاً إلى 60 درجة مئوية ثم تمت تصفيته من خلال مرشح زيت تفريغ لمدة ساعتين لإزالة الرطوبة والمواد الجسيمية والغازات.

حيث تم تقطيع ألواح الضغط (سمك 1 مم) أولاً إلى المواصفات الموضحة في الشكل 1 (A)، كما تم تجفيفها بعد ذلك عند (105) درجة مئوية لمدة (48) ساعة لإزالة الرطوبة، وبعد ذلك؛ فإنه تم تجفيفها بالتفريغ عند (85) درجة مئوية و (50) باسكال لمدة (24) ساعة لإزالة الغازات.

كما تم بعد ذلك غمر ألواح الضغط بالكامل في خزان زيت مملوء بالزيت في فراغ عند (85) درجة مئوية و (50) باسكال لمدة (48) ساعة، كما أنتج هذا الإجراء عينات من ألواح الضغط مشربة بالكامل بمستويات رطوبة حوالي (0.3٪) من الوزن الكلي.

كما كان شكل طرف الإبرة شبه مخروطي للتأكد من أن الإبرة و (OIP) مناسبين، كذلك كان نصف قطر الانحناء للجزء الأمامي من طرف الإبرة (27-28) مايكرومتر، بينما كان جانبه (14-15) مايكرومتر، بحيث تم استخدام دعامة عزل لإصلاح (OIP)، كما كان (OIP) عمودياً على قطب اللوحة للتأكد من أن قطب الإبرة و (OIP) وقطب اللوحة قد تم دمجهما في الشكل (1).

الدائرة التجريبية والإجراءات

في هذه الدراسة تم الكشف عن التفريغ من العينات باستخدام طريقة “التيار النبضي”، كما كانت جميع المحولات المستخدمة في هذه التجارب عبارة عن محولات خالية من التفريغ الجزئي وتفريغها عند أقل من (5) درجات مئوية عند (200) كيلو فولت.

كما أن شكل (C1) و (C2) مقسم الجهد (MPD600) بمثابة كاشف تفريغ تم تعيينه في نطاق تردد يتراوح من (0) إلى (20) ميجاهرتز، بحيث تم استخدام (I SPEED TR) لتسجيل الظاهرة على (OIP) أثناء التجارب.

كذلك تم تصوير الجهاز بتردد يصل إلى (10000) إطار في الثانية (الشكل 2)، وذلك أثناء تصميم وبناء المنصة، كما تم اتخاذ تدابير لقمع تداخل الإكليل، بحيث تم تصنيع خيوط الجهد العالي من قضبان توجيه مصقولة ومصقولة من الألمنيوم، لذلك تسبب هذا في شطب جميع الموصلات بدون طرف أو مسمار، وفي النظام بأكمله؛ فإنه كان تداخل التفريغ الجزئي أقل من (10 pC) عند( 100RMS + 100) كيلو فولت.

تم تطبيق الفولتية (AC) و (DC) على التوالي على جانب العينة، بحيث تم توصيل قطب الإبرة بنظام تطبيق جهد التيار المتردد بينما تم توصيل قطب اللوحة بنظام تطبيق جهد التيار المستمر، كما يتم تحديد عامل التموج (RF) للجهد المشترك بين التيار المتردد والتيار المتردد من خلال المعادلة (1)، حيث أن (UDC) هي قيمة التيار المستمر و (UAC) هي قيمة جذر متوسط التربيع (RMS) للتيار المتردد.

لذلك يعتمد التردد الراديوي للجهد المشترك بين التيار المتردد والتيار المباشر على وضع توصيل لفات محول المحول وعدد مقومات الجسر، بحيث هدفت هذه الدراسة إلى استكشاف محولات القدرة المستخدمة في نظام نقل التيار المباشر عالي الجهد مع مقومين للجسر.

وكانت “الترددات الراديوية” (1) و (1/3) تقريباً، وذلك لاستكشاف تأثير استقطاب مكون التيار المستمر على مسارات تفريغ الزحف، كما تم أخذ (RF = ± 1) كأمثلة (RF = +1) يعني تطبيق مكون تيار مستمر إيجابي بينما (RF = −1) يعني تطبيق مكون (DC) سلبي.

لذلك يستغرق حقل التيار المستمر (20) دقيقة حتى يستقر، لذلك تم تحميل جهد التيار المستمر مسبقاً لمدة 20 دقيقة ثم تم فرض جهد التيار المتردد، وذلك بمجرد تركيب جهد التيار المتردد؛ فقد استقر لمدة 4 دقائق، وبعد ذلك؛ فإنه تم تسجيل معاملات التفريغ لمدة دقيقة واحدة لتمثيل معاملات التفريغ خلال 25 (20 + 4 + 1) دقيقة.