تطور الزيوت الخاصة بمحولات القدرة الكهربائية

الغاية من تطور الزيوت الخاصة بمحولات القدرة الكهربائية:

تُعرف زيوت المحولات ( محولات القدرة)، بالأساس بأنها زيوت عازلة أو زيوت تبريد معدني، بحيث تكون مشتقة من النفط الخام، كما أنها خليط من الهيدروكربونات المختلفة، والتي تتكون جزئياً من مركبات أليفاتية (مركبات سلسلة مفتوحة) مع الصيغة العامة (C_nH_2n+2 and C_nH_2n).

أنواع الزيوت المستخدمة في محولات القدرة الكهربائية:

الزيوت المعدنية:

هذه هي المنتجات البترولية، مثل زيت المحولات ذو الأساس النفثيني وزيت المحولات ذو الأساس البارافيني، كما تشتهر زيوت المحولات النفثينية بتوزيعها الحراري المتوازن، وهو أحد المشاكل الرئيسية في المحولات، حيث تتميز هذه أيضاً بخاصية تدفق جيدة تحت درجة حرارة منخفضة وخالية من الشمع.

كما أن هذا النوع من الزيوت أفضل لدرجات الحرارة المنخفضة، وعلى الرغم من أنه يتأكسد بسهولة؛ فإن المنتج المتكون من هذه العملية (أي الحمأة) قابل للذوبان، وبالتالي؛ فإنه لن يعيق نظام التبريد للمحول، كما يتم الحصول على زيت المحولات ذو الأساس البارافيني من الزيت الخام البارافيني باستخدام طرق فصل المذيبات.

وهذا معروف بمتانة الحرارة والأكسدة الجيدة وخاصية اللزوجة الجيدة في درجات الحرارة العالية، وذلك بسبب “مؤشر اللزوجة” العالية بسبب وجود الشمع، وعلى الرغم من أن معدل الأكسدة أقل من الزيوت النافثينية؛ فإن المرسب أو الحمأة تتشكل بسبب الأكسدة، كما قد يصبح هذا عائقاً أمام تبديد الحرارة، ونظراً لأن معدل الأكسدة منخفض وفعالية التكلفة والتوافر؛ فإن هذا الزيت يستخدم على نطاق واسع.

الزيوت الاصطناعية:

كانت الزيوت الاصطناعية التي تعتمد على السيليكون بشكل عام شائعة في منتصف السبعينيات، حيث يستخدم هذا بشكل عام في المناطق المعرضة للحريق بسبب خصائصه المقاومة للحريق، كما أن لديها مشاكل قليلة في تبديد الحرارة المنخفض والقدرة العالية على امتصاص الرطوبة، كما أنه أكثر تكلفة من الزيوت المعدنية.

مراحل الانتقال من الزيوت التقليدية:

تعتبر الزيوت البترولية فعالة جداً كزيت محول، ومع ذلك؛ فإنه بسبب القابلية العالية للاشتعال، كما يمكن أن يشتعل التسرب الصغير بالنيران بسهولة، وهذا هو أحد أسباب استخدام الزيوت الاصطناعية في المناطق المعرضة للحريق، وأيضاً تتطلب أكواد الحريق أن تكون هذه المحولات غير قابلة للاشتعال أو محولات من النوع الجاف، خاصةً إذا حدث استخدامها داخل المباني السكنية.

كما أن الزيوت المعدنية خطرة بشكل مباشر على الإنسان والبيئة، بحيث يتوفر هذا في الغالب كمنتج ثانوي لتكرير النفط الخام لتصنيع البنزين والمنتجات البترولية الأخرى، كما يتكون هذا بشكل أساسي من الألكانات وسيكلو ألكانات، أيضاً؛ فإن ضعف تحللها البيولوجي يجعلها تلوثاً محتملاً على المدى الطويل للبيئة، وأيضا هذه مصنفة تحت مادة مسرطنة من قبل منظمة الصحة العالمية.

بديل للزيوت المعدنية:

هناك بدائل قليلة لهذه الزيوت المعدنية، كما أن بعضها من الأحماض الدهنية (Pentaerythritol tetra)، والتي تسمى الإسترات الطبيعية والاصطناعية.

وهناك بعض المزايا عند مقارنتها بالزيوت المعدنية هي:

• تقلبات منخفضة.

• نقطة حريق عالية، بحيث يمكن استخدامها في الأماكن عالية الخطورة.

• نقطة الانسكاب السفلية.

• قدر أكبر من تحمل الرطوبة.

• وظيفة محسنة في درجات الحرارة العالية.

• غير سامة.

• قابلة للتحلل الحيوي.

كما تعتبر الزيوت التي أساسها السيليكون أقل قابلية للاشتعال ولكنها ليست باهظة الثمن فقط من الإسترات ولكنها أيضاً أقل قابلية “للتحلل الحيوي”، كما تجري الأبحاث حول استخدام الزيوت النباتية مثل زيت جوز الهند، ولكن وجد أنها غير مناسبة للظروف المناخية الباردة وأيضاً للجهود التي تزيد عن 230 كيلوفولت.

استخدام الجسيمات النانوية:

في معظم التطبيقات، تعتبر تقنية النانو هي الحل النهائي لحساسيتها، حيث كانت هناك بعض الدراسات حول الجسيمات النانوية لأكاسيد التيتانيوم وأكاسيد الحديد في تطبيقات زيت المحولات، كما وقد لوحظ الحد الأقصى من التعزيز لـ (BDV)، وذلك باستخدام هذه الجسيمات التي يتم تحقيقها عن طريق إضافة أنواع مختلفة من الأكاسيد إلى سوائل الإستر الواعدة لجعلها أفضل من ذي قبل والتي يمكن من خلالها زيادة الكفاءة.

كما تحتوي العديد من الزيوت على مركبات عطرية معينة (مركبات السلسلة المغلقة أو الحلقات) ذات الصلة بالبنزين والنفتالين ومشتقاتها ذات السلاسل الأليفاتية، بحيث يجب أن يقوم زيت المحولات الجيد بعزل ومنع وميض الأجزاء المكشوفة داخل الجهاز ويجب أن يقوم بتحويل الحرارة بشكل فعال من القلب إلى السطح المشع، ويعتبر دائماً زيت المحولات ذو القوة العازلة العالية للتطبيق الذي يتم استخدامه فيه.

اختبارات زيت محولات القدرة الكهربائية:

اختبار قوة العزل:

يتم تطبيق جهد تيار متردد متزايد للتردد المقنن على الأقطاب الكهربائية المغمورة في زيت الاختبار (مع فجوة 2.5 مم)، وبمعدل 2 كيلو فولت / ثانية تقريباً، وذلك بدءاً من الصفر حتى القيمة التي تنتج الانهيار، بحيث ستحتوي مجموعة الاختبار على إمكانية إيقاف التشغيل التلقائي لجهد الإمداد في غضون 0.02 ثانية.

كما يجب أن يكرر الاختبار ست مرات على نفس حشوة الخلية ويشار إلى المتوسط الحسابي للنتائج على أنه القوة الكهربائية أو (BDV) (جهد الكسر) للزيت قيد الاختبار، أيضاً يجب إجراء الاختبار في مكان جاف خالي من الغبار والجهد المطبق في كل مرة بعد اختفاء أي فقاعات هواء، ويجب أن تكون الفترات الزمنية خمس دقائق، خاصةً إذا كان لا يمكن ملاحظة اختفاء فقاعة الهواء.

كما أن هناك العديد من الطرق الأخرى والمستخدمة لفحص زيوت المحولات الكهربائية، ومن أشهر هذه الفحوصات:

• فحص رطوبة الزيت.

• اختبار حموضة الزيت.

• فحص التوتر السطحي للزيت.

• اختبار عامل التبديد العازل للكبريت المسبب للتآكل في الزيت.

• اختبار استقرار الأكسدة.

• المقاومة النوعية للزيت.

• فحص نقطة الوميض.

• فحص نقطة الصب.

• فحص اللزوجة.

• اختبار الحمأة.

• تحليل الغازات المذابة (DGA).

طرق معالجة زيت المحولات الكهربائية:

من الأرجح بأنه تتم إزالة المواد الصلبة وجزيئات الماء من زيت المحولات باستخدام فواصل طرد مركزي، وذلك بصرف النظر عن العملية المذكورة أعلاه؛ فإنه يتم أيضاً إجراء عمليات إزالة الهواء والترشيح والجفاف لتحسين جودة زيت المحولات الكهربائية.

وفي المحولات الصغيرة؛ فإنه تتم تنقية الزيت مباشرة عن طريق إزالة الزيت وتنظيف المعدات، وذلك بمجرد اكتمال التنظيف، بحيث يتم نقل الزيت باستخدام محطات التصفية، وبالنسبة للمحولات الكبيرة؛ فإن ذلك يتم بدون إزالة الزيت، بحيث يتم تدويره من خلال جهاز التنقية الخاص، أخيراً تتم هذه العملية دون تنشيط المحولات، أي دون إدراجها ضمن نطاق الخدمة.

كما تستخدم مثبطات خاصة لتمديد أو تأخير عملية الأكسدة، بحيث يتم استخدام مواد مثل (Ditertiary Butyl Para Cresol (DBPC))، وهذه العملية تسمى “منع النفط”، ومن خلال هذه العملية؛ فإنه يمكن إطالة عمر الزيت بمقدار ثلاث إلى أربع مرات من الفترة الفعلية، حيث يستخدم التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء أو كروماتوغرافيا الغاز أو كروماتوغرافيا الطبقة الرقيقة للكشف عن وجود (DBPC) في الزيت.