مقارنة الموائع العازلة بالزيوت المعدنية في المحولات الكهربائية

منذ تسعينيات القرن الماضي؛ أبلغت العديد من الدراسات عن أداء السوائل العازلة الجديدة مقارنة بالزيوت المعدنية، بحيث يدعم معظم الباحثين استخدام هذه الزيوت الجديدة كبدائل محتملة للزيوت المعدنية، كما تمت مراجعة نتائج البحث وأداء هذه الزيوت الجديدة ومقارنتها بالموائع السابقة.

الهدف من مقارنة الموائع العازلة بالزيوت المعدنية في المحولات الكهربائية

ركزت معظم الأبحاث في سوائل العزل الكهربائي البديلة على التحقيق في أداء العمر التشغيلي وجوانب التدهور وعلامات الشيخوخة مقارنة بالزيت المعدني، كما ثبت في الدراسات أن الإسترات هي مرشحة محتملة للتطبيقات في المحولات المملوءة بالزيت، ومع ذلك؛ فإن الصناعة تتردد في استخدام هذه السوائل العازلة الجديدة، وذلك بسبب عدم توفر منهجيات مخصصة لمراقبة الحالة ونقص المعلومات حول أحداث ما قبل التفريغ وظواهر الانهيار، وإعادة التعبئة واختلاط هذه الزيوت الجديدة.

علاوة على ذلك، لم يتم فحص أداء هذه الزيوت الجديدة في المناخات الباردة في الدراسات، لذلك لم يتم التأكيد على الأداء البيئي وطرق التجديد، حيث أن كل هذه الجوانب يمكن أن تؤدي إلى تسريع تطبيق سوائل الإستر وتحسين المعرفة بهذه المسألة.

كذلك تتم مناقشة التقدم البحثي الأخير بشكل عام، وذلك مع التركيز بشكل خاص على الجوانب المذكورة أعلاه، بحيث يهتم غالبية الباحثين بدراسة جدوى استخدام الزيوت المختلفة في المحولات، كذلك أثبتت الزيوت النباتية أن لديها جهد انهيار عالي وخصائص عازلة جيدة، كما يعد ارتفاع معدل الأكسدة في سوائل الإستر مصدر قلق كبير، والذي يتم قياسه باستخدام المنطقة الواقعة تحت المنحنيات الطيفية الامتصاصية في التحليل الطيفي للأشعة فوق البنفسجية المرئية.

وفي الماضي القريب، أكد العديد من الباحثين على مختلف الإسترات الطبيعية النباتية، بينما واصل بعض الباحثين التحقيق في الإسترات الطبيعية مقارنة بالإسترات المعدنية والاصطناعية، بحيث أصبحت (PFAEs) واحدة من الزيوت النباتية الشعبية في مجال الزيوت البديلة، بحيث تم التحقيق في جدوى استخدام “نيوبينتيل جليكول دايستر” القائم على النخيل للاستخدام في المحولات الكهربائية.

التعديل التحديثي وقابلية الاختلاط الخاصة بموائع المحولات الكهربائية

تتمتع الزيوت المعدنية وسوائل الإستر العازلة للكهرباء بخاصية الامتزاج، بحيث يمكن خلطها بأي نسب، كما يتمثل التحدي في دراسة سلوك الزيوت المختلطة ومعرفة النسبة المثلى للخلط لاستخدامها في المحولات، أيضاً من المتوقع أن يكون للزيوت المختلطة خصائص كهربائية وعازلة وتشغيلية أفضل من الزيوت المعدنية بينما تكون أرخص من سوائل الإستر.

وفي عام (2002)م تم فحص خصائص العزل الكهربائي وسلوك الرطوبة وأداء ورق العزل والإبلاغ عن نسب مختلفة من الزيوت المعدنية وزيت الإستر وأفيد أيضا أن إضافة الإسترات إلى الزيوت المعدنية يحسن أداء الزيت المعدني مع الإشارة إلى عدم توافر الإجراءات المعيارية لخلط الزيوت، كذلك تم العثور على خصائص الزيت المعدني وأداء ورق العزل تتحسن مع إضافة الإسترات إلى الزيوت المعدنية، ولكن تحديد النسبة التي من شأنها أن تؤدي إلى الأداء الأمثل يمثل تحدياً.

كذلك تم تحسين قوة العزل بشكل كبير، وبالتالي تقليل مخاطر حدوث خلل بسبب فشل العزل، بحيث تم فحص المعلمات الحرجة، بما في ذلك اللزوجة الحركية وقوة العزل وميل الشحنة الكهروستاتيكية، بحيث أشارت النتائج إلى أن (20٪) من الزيوت المعدنية التي تم استبدالها بالإسترات الاصطناعية هي مزيج مثالي للاستخدام في المحولات.

السلوك الخاص بالموائع المختلطة للمحولات الكهربائية

جذب السلوك المثير للاهتمام وخصائص الزيوت المختلطة انتباه الباحثين المهتمين بالسوائل العازلة المختلطة ، كما وتقدم البحث نحو دراسات العمر التشغيلي طويل الأجل، بحيث يتم التحقق من تقادم الزيوت المختلطة من خلال تعريضها لضغوط حرارية متسارعة، كما دعمت النتائج استخدام الزيوت المختلطة، أيضاً فحصت دراسات العمر التشغيلي التأكسدية لمزيج من الإستر الصناعي والزيوت المعدنية (20:80) الامتصاص ومنتجات الاضمحلال المذابة والتوتر السطحي.

كما وأثبتت أن إضافة الإسترات تبطئ من معدل تحلل الزيت المعدني بشكل كبير، بحيث تم فحص منحنيات مراقبة التحلل طويلة المدى القائمة على التوتر والامتصاص البيني للزيوت المختلطة مقارنة بالزيت المعدني والإسترات الاصطناعية والإسترات الطبيعية، أيضاً يتم فحص منحنيات مراقبة التدهور من خلال عملية العمر التشغيلي الحرارية الواضحة.

وفيما بعد تبيّن بأن معدل تلف الإسترات أبطأ من الزيت المعدني وإضافة سوائل الإستر إلى السوائل المعدنية يؤخر التدهور، بحيث تم الإبلاغ عن الخصائص الحرارية للزيت بنسب مختلفة من الإسترات الاصطناعية والزيوت المعدنية، بما في ذلك قياسات التمدد الحراري والتوصيل الحراري واللزوجة والكثافة وحتى الحرارة النوعية، تم الإبلاغ عن جوانب التحلل الجزئي المستوى لورق العزل السليلوزي الذي يتراوح عمره بين (80٪) من الزيت المعدني و (20٪) من الإسترات الاصطناعية باستخدام التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء لتحويل فورييه.

ظواهر ما قبل الانهيار للعازل المتواجد في المحولات الكهربائية

تتميز القوة العازلة للمواد العازلة عموماً بمقاومة الفولتية قبل تطبيقها في المعدات الكهربائية، بحيث يتم تصنيف هذا التوصيف بناءً على نوع الجهد الكهربائي المستخدم للاختبار، كذلك الموجات النبضية وموجات تردد الطاقة، بحيث يستخدم اختبار الجهد النبضي أيضاً في اختبار مستوى العزل الأساسي (BIL) ويستخدم عادةً لاختبار أنظمة العزل لمحولات الطاقة الكبيرة.

وعادةً ما يستخدم مهندسو العزل الذين يصممون نظام عزل المحولات (BIL) مع هامش أمان إضافي، بحيث تعد ظاهرة الانهيار وظواهر ما قبل الانهيار من الموضوعات المهمة التي يجب البحث عنها لفهم عملية الانهيار، كما استمر البحث في هذه الموضوعات المتعلقة بالزيوت المعدنية لسنوات وتم توثيق المراجعات النقدية للدراسات.

التطبيق في متغيرات الصمام عند التحميل الكهربائي

متغيرات الصمام الكهربائي عند التحميل (OLTCs) هي أجهزة ميكانيكية تتعامل مع الجهد والتيار بين الصنابير، بحيث جعلت العملية المشتركة لجهات الاتصال المنقولة أثناء تشكيل محطات نشطة مغيرات صمام المحولات عنصراً مهماً في محولات الطاقة، كما يستخدم السائل العازل في (OLTCs) للعزل والتبريد الفوري للقوس أثناء عمليات التحويل.

كذلك يجب دراسة أداء سوائل العزل البديلة في خزانات (OLTC) مثل الزيت الموجود في الخزان الرئيسي، بحيث يكون الزيت الموجود في (OLTC) على اتصال مع السليلوز والمعدن والمواد المانعة للتسرب، كذلك يُعزى تدهور السائل العازل في (OLTCs) التقليدية بتبديل الزيت بشكل أساسي إلى تصريفات الشرر والغازات المميزة.

يعتبر أداء الزيوت العازلة الجديدة عند درجات حرارة منخفضة أحد الجوانب المهمة التي يجب مراعاتها، بحيث تغير درجات الحرارة المنخفضة في البلدان الباردة أداء التبريد، والذي يتأثر بشكل كبير باللزوجة ونقطة صب الزيت العازل، أما في البلدان التي تنخفض فيها درجة الحرارة بانتظام إلى أقل من (0) درجة مئوية ؛ فإنه من المحتمل أن تحدث التشوهات التالية.

• انخفاض سيولة الزيت.

• زيادة درجة الحرارة الداخلية.

• فشل أنظمة التبريد.

• زيادة ضغط التشغيل الداخلي.

• التأثير على العمر الإنتاجي.

• تقليل محتوى الرطوبة النسبي.

وأخيراً في هذه الدراسة، تم تقديم التقدم المحرز في البحث وأحدث الجوانب الرئيسية التي يجب معالجتها فيما يتعلق بالاستخدام المحتمل للسوائل العازلة للكهرباء الإستر، وهي متبوعة بمقترحات للبحث في المستقبل، ولوحظ وجود تركيز حاسم على التقدم الأخير وامتزاج وإعادة تعبئة سوائل الإستر، وبالإضافة إلى ذلك؛ فقد تم تقديم مراجعة لسلوك ما قبل الانهيار.