تأثير تواجد جزيئات أكسيد الألمنيوم على الأداء الكهربائي لزيت المحولات

الكشف عن تأثير جزيئات أكسيد الألمنيوم على الأداء الكهربائي لزيت المحولات

الزيوت المعدنية هي واحدة من سوائل العزل الرئيسية للمعدات عالية الجهد في جميع أنحاء العالم، كما وتوفر قوتها العازلة العالية دعماً عازلاً للتشغيل العادي للأجهزة عالية الجهد، كما يعتبر تطوير زيت المحولات ذو القوة العازلة العالية أمراً في غاية الأهمية بسبب الطلب على المحولات ذات الحجم الصغير ومعدل الجهد العالي في الأنظمة الكهربائية.

وهناك عمل جديد بشكل خاص يهدف إلى تحسين خاصية العزل لزيت المحولات الكهربائية هو تطوير السوائل النانوية العازلة (NFs) عن طريق تعليق الجسيمات النانوية (NPs) في زيت المحولات، لذلك في عام 1998م، تمت إضافة (NPs) المغناطيسية إلى زيت المحولات وقياس الخصائص العازلة الناتجة.

كما تظهر نتائج الانهيار الكهربائي أنه وبالنسبة إلى اللافتات الموجبة؛ فإنه يبلغ “جهد انهيار” (NFs) تقريباً ضعف الجهد الكهربائي للزيوت الأساسية أثناء اختبارات الاندفاع البرق، كذلك النتائج مشجعة للغاية وتثير انتباه العديد من الباحثين نحو الخصائص العازلة للكهرباء (NFs).

حيث أعد الباحثون اللاحقون (NFs) عن طريق تشتيت (NPs) المكونة من أشباه الموصلات والعوازل والمواد ذات الخصائص المختلفة، كما واختبروا خصائصها الكهربائية، لذلك لقد ثبت أن هذه (NFs) لديها “قوة انهيار عازلة” أكبر بكثير من زيت المحولات الأساسية.

وفي الدراسات المذكورة أعلاه؛ فإنه يبقى محتوى الماء في (NF) ثابتاً أو لا يتم اعتباره، كما يعتبر الماء من أهم العوامل المؤثرة على عزل زيت المحولات، كما أن توليد المياه أمر لا مفر منه في بيئة الجهد العالي ودرجة الحرارة العالية للمحول.

ولقد وجد أن احتمال وجود مجموعات مائية متعددة الجزيئات سيزداد بشكل كبير تحت الرطوبة النسبية العالية في زيت المحولات، مما يؤدي إلى “تراكم شحنة الفضاء”، أيضاً يؤدي إلى تشويه المجال الكهربائي المحلي الداخلي وإنشاء روابط ضعيفة، حيث أظهرت العديد من الدراسات أن الماء لا يؤثر فقط على خصائص العزل لزيت المحولات ولكن له أيضاً قيمة عملية عالية.

وبالإضافة إلى ذلك؛ فإنه من الجدير بالذكر أن إدخال (NPs) المغناطيسية عن طريق (Fe3O4)، بحيث يمكن أن يخفف بشكل فعال من ضرر الماء على الخواص العازلة، كما يفتح الباب أمام إدخال المواد المضافة إلى زيت المحولات لتقليل التأثير المدمر للمياه على خصائص العزل الكهربائي، لكن وحتى الآن؛ فقد ركز جزء صغير فقط من مجموعات البحث على التأثير المدمر للرطوبة على الخصائص العازلة لزيت المحولات المعدلة.

طريقة قياس تأثير استخدام جزيئات أكسيد الألمنيوم

يسمى الزيت المعدني المستخدم في هذه الدراسة (kakamayi # 25)، بحيث يستخدم هذا النوع من “الزيوت المعدنية” على نطاق واسع في “المحولات عالية الجهد” ومحطات تحويل التيار المستمر (HVDC) ذات الجهد العالي، كما أن السماحية النسبية للزيت هي (2.2ε0)، حيث ε0) ،(8.85 × 10−12 F / m)) هي سماحية الفراغ.

كما تم ادراج (Al2O3 NPs) المستخدمة في التجربة من (DK Nanotechnology)، بحيث يتميز الشكل المورفولوجي لـ (Al2O3 NP) والمُعد بمجهر إلكتروني (JEOL JEM-2100F) عالي الدقة للإرسال (TEM)، كما يبلغ متوسط قطر (Al2O3 NPs) أقل من 20 نانومتر، وذلك كما هو موضح في الشكل التالي.

طريقة تحضير (NF)

يتم تحضير (Al2O3 NF) القائم على الزيوت المعدنية عن طريق تشتيت (Al2O3 NPs) في الزيت المعدني، كما تم ادخال (Al2O3 NPs) المستخدمة في هذه التجربة من شركة (Beijing DK Nanotechnology Company)، كما يتم ترك أسطح “الألومينا” (NP) المستلمة دون معالجة.

حيث توضع المادة في فرن التجفيف بالفراغ عند (525) كلفن لمدة 24 ساعة، بحيث يتم تحضير دفعات من (10 مجم / لتر) و (20 مجم / لتر) و (30 مجم / لتر) و (40 مجم / لتر) و (50 مجم / لتر)، ومن تركيز حجم (Al2O3 NF) عن طريق التقليب الميكانيكي لمدة 20 دقيقة.

ولتجنب تكتل الجسيمات؛ فإنه يتم استخدام معدات التشتت بالموجات فوق الصوتية لتفريق (NPs) بشكل موحد إلى زيت المحولات، كما أن (Al2O3 NF) المعدني القائم على الزيت المعدني عديم اللون وشفاف، وبعد ذلك ولتجنب تأثير الفقاعات الدقيقة التي يمكن إنشاؤها أثناء المعالجة الصوتية والتحريك الميكانيكي؛ فإنه يتم تفريغ جميع العينات في فرن تفريغ لمدة 24 ساعة تقريباً.

ونظراً لارتفاع مستوى الرطوبة المحيطة في المختبر أثناء الاختبار (الرطوبة النسبية 25-65٪)؛ فإنه لا يمكن تقليل محتوى الرطوبة في العينات إلى أقل من (0.003 مل / لتر)، وذلك للحصول على عينات ذات رطوبة نسبية مناسبة، حيث تم اعتماد غرفة ثابتة درجة الحرارة والرطوبة.

وكما توضع العينات في الحاوية لمدة 15 يوماً بحيث يتم توزيع الرطوبة بالتساوي في العينات للوصول إلى حالة مستقرة، لذلك خذ عينة (1200 مل) مع 40٪ رطوبة نسبية كمثال في درجة حرارة الغرفة (298 كلفن)، حيث أن الماء في العينة تبلغ (0.011) جم.

انهيار التيار المتردد

قوة انهيار التيار المتردد هي أقصى مستوى للجهد، حيث يفقد زيت المحول العزل ويسمح للتيار بالمرور عبره، كما أنه أحد أهم العوامل في تصميم المحولات، بحيث يتم قياس جهد انهيار التيار المتردد للعينات المعدة وفقاً لمعيار (ASTMD1816) باستخدام معدات الأعطال الكهربائية.

كما تبلغ فجوة الأقطاب الكهربائية المغطاة بالكرة النحاسية (2.5) مم، حيث أن معدل زيادة الجهد 2 كيلو فولت / ثانية، كما يتم ضبط الفاصل الزمني بعد كل انهيار على 3 دقائق، بحيث يتم اختبار محتوى الماء في جميع العينات قبل وبعد كل اختبار انهيار جهد.

أيضاً يتم اختبار جهد الانهيار لكل عينة 5 مرات ويتم أحياناً قياس 6 مجموعات من البيانات في كل مرة، وذلك عند درجة حرارة الاختبار 25 درجة مئوية، حيث أن نطاق التغيير لمحتوى الماء من (NF) والزيوت الأساسية هو (0.001-0.005) مل / لتر.

وجود أطياف عازلة

لقياس الخصائص الكهربائية؛ فإنه يتم استخدام مفهوم 80 مطياف عازل عريض النطاق، بحيث يمكن لهذا الجهاز قياس الخصائص العازلة (السماحية المعقدة، عامل فقدان العزل الكهربائي، السعة المعقدة، التوصيل المعقد، إلخ) للعوازل في عرض نطاق واسع للغاية وتحت ظروف درجة حرارة متغيرة.

حيث تتراوح نطاقات التردد لجهاز الاختبار هذا من (3 × 10−6) هرتز إلى 3 جيجا هرتز ودرجة حرارة الاختبار من 113 كلفن إلى 723 كلفن، كما ويمكن أن تصل الدقة إلى (10−5)، ويمكن تكوين برنامج (WinDE-TA) للمقارنة وتحليل منحنيات الطيف العازل المختلفة، حيث يتراوح مدى تردد الاختبار بين (10-1) هرتز و (105) هرتز ودرجة الحرارة من (260) كلفن إلى (363) كلفن.

وصف جهد القطع

من المعروف أنه يمكن استخدام قياسات التيار المحفز حرارياً (TSC) للتحقق من طبيعة وأصل ناقلات الشحنة في المواد العازلة، بما في ذلك التغيير في عدد وطاقة مواقع المصيدة، كما أن (TSC) هو التيار المنطلق من عازل كهربائي سابق الإجهاد نتيجة للتسخين.

أولاً؛ فإنه يتم تطبيق حقل تيار مستمر سالب يبلغ (2.5 كيلو فولت / مم)، وعلى العينة المختبرة لمدة 20 دقيقة عند 323 كلفن، وبعد ذلك؛ فإنه يتم خفض درجة الحرارة بسرعة إلى 260 كلفن، وبعد ذلك يتم تفريغ مكثف الأقطاب الكهربائية المكافئ لمدة دقيقة واحدة، وأخيراً يبدأ الجهاز في قياس (TSC) عن طريق رفع درجة الحرارة بمعدل (2 كلفن / دقيقة)، وذلك لضمان دقة الاختبار، بحيث يتم اختبار كل عينة ثلاث مرات.