دراسة تأثير درجة الحرارة على الجهد الكهربائي الزاحف لعزل الزيت

 

تعتبر محولات القدرة الكهربائية أجزاء حيوية في نظام الطاقة الكهربائية، كذلك التوليد أو النقل أو التوزيع. تستخدم المحولات “المغمورة بالزيت” على نطاق واسع في هذه الأنظمة، كما يعتمد نظام العزل لهذه المحولات إلى حد كبير على تركيبة لوحة ضغط الزيت التي تتمتع بقوة عازلة عالية، بحيث يستخدم زيت المحولات لأغراض العزل والتبريد، بينما يستخدم لوح الضغط للعزل بين لفائف المحولات.

 

كما تعتبر واجهة لوحة ضغط الزيت أضعف نقطة عزل، ونظراً لأن هذه الواجهة تحتوي على أقل قوة عازلة زاحفة زاحفة؛ فإنه يأتي هذا بسبب الاختلاف في التصاريح النسبية لزيت المحولات ولوح الضغط المشبع، والذي يدعم نمو الشحنة تحت ضغوط الجهد العالي، كذلك ضغوط وميض الزحف مسؤولة عن التلف الجسيم لنظام عزل المحولات في ظل ظروف تشغيل جهد التيار المتردد العادي، لذلك من المهم تعزيز الجهد الكهربائي الزاحف لواجهة لوحة ضغط الزيت.

 

ولقد وجد أن إضافة نسب قليلة من الجسيمات النانوية لزيت المحولات مكونة سائل نانوي، مما يحسن الخصائص الكهربائية المختلفة للزيت ولوح الضغط المشبع بالزيت، بحيث يأتي هذا التحسن عندما تجذب الجسيمات النانوية الإلكترونات وتعيق حركتها، كما أنه يأتي بسبب زيادة طاقة احتجاز الإلكترون بواسطة الجسيمات النانوية وانخفاض محتوى الرطوبة في الزيت.

 

كما أن هناك العديد من الأبحاث التي تهتم بدراسة تأثير الجسيمات النانوية على الخواص العازلة لزيت المحولات الكهربائية، ومع ذلك؛ فإن القليل منها يتعامل مع تأثيرها على الجهد الكهربائي الزاحف لعزل لوح ضغط الزيت، كما تمت دراسة مفهوم خلط نوعين من الزيت النباتي مع زيت المحولات المعدنية القاعدية (زيت عازل مختلط مكون من 3 عناصر، 3EMO) لتحسين جهد الفلاش في واجهة لوحة ضغط الزيت.

 

أيضاً تم الإبلاغ عن أن استخدام لوح مضغوط مشبع (3EMO) له سماحية نسبية أعلى قليلاً ونسبة أقل من الغازات المذابة أثناء وميض، ومن ثم يتم إجراء اختبارات وميض التيار المتردد باستخدام إلكترودات لوحة الإبرة وأقطاب أصابع الأصابع من أجل محاكاة المجالات الكهربائية غير المنتظمة للغاية وغير المنتظمة إلى حد ما على التوالي.

 

كما تم تحسين جهد الفلاش الزاحف تحت ضغوط النبضات الصاعقة باستخدام جزيئات (Fe3O4) النانوية، ونظراً لأن لوح الضغط المشبع بالسائل النانوي يوفر مقاومة عالية للتصريف الزاحف مقارنة بالقاعدة الأولى للفجوات الكهربائية المختلفة المدروسة، أيضاً تعزز جزيئات (TiO2) النانوية كلاً من جهد الفلاش الزاحف والجهد الجزئي لبدء التفريغ لواجهة لوحة ضغط الزيت تحت أي من ضغوط الجهد النبضي أو التيار المتردد.

 

توصيف الجسيمات النانوية الخاصة بالمحولات

 

في هذا القسم، يتم تقديم توصيف الجسيمات النانوية للمواد النانوية الثلاث المعتمدة، كما يتم التوصيف على أساس المجهر الإلكتروني للإرسال (TEM) وكذلك حيود الأشعة السينية (XRD)، بحيث يتم توفير المواد النانوية الثلاث المعتمدة (CuO و MgO و ZnO) من (EUROMEDEX) في فرنسا، كذلك يتم توفير المواد الثلاث مع أوراق البيانات النسبية الخاصة بها.

 

لذلك يوضح الشكل التالي (1) صور (TEM) للمواد النانوية الثلاث المعتمدة، بحيث يتم تنفيذ صور (TEM) باستخدام مجهر إلكتروني عالي الدقة لنقل الحركة (JEOL JEM-2100) بجهد تسارع (200) كيلو فولت، ومن هذا الشكل؛ فإن الجسيمات النانوية لها أشكال كروية متشابهة بمتوسط ​​حجم جسيم نانوي يبلغ مقداره (35 ± 5) نانومتر لجسيمات النحاس النانوية و (ZnO).

 

 

ومع ذلك، وجد أن متوسط ​​حجم الجسيمات النانوية هو (35 ± 3) نانومتر للجسيمات النانوية (MgO)، كما يوضح الشكل التالي (2) أنماط (XRD) للجسيمات النانوية الثلاثة، بحيث يتم الحصول على أنماط (XRD) باستخدام نظام مقياس حيود المسحوق (XPERT-PRO) ومع (2) ثيتا (20 درجة – 80 درجة)، وذلك مع الحد الأدنى لحجم الخطوة (2) ثيتا: (0.001) وعند الطول الموجي (Kα = 1.54614o)، ومن نتائج هذا الرقم نقاء المواد النانوية أكبر من (99٪).

 

 

الإجراءات التجريبية المرتبطة بتوصيف الجسيمات النانوية

 

في هذا القسم، يتم تقديم إجراءات عينات لوح ضغط الزيت المملوءة بالنانو. كما تمت مناقشة اختبار الجهد الكهربائي الزاحف، وأخيراً تم فحص قياس السماحية النسبية للزيت والزيت المملوء بالنانو وألواح ضغط الزيت وعينات ألواح ضغط الزيت المملوءة بالنانو مع الأخذ في الاعتبار درجات الحرارة المعتمدة.

 

إعداد عينة: تم تحضير عينات لوح ضغط الزيت المملوءة بالنانو المستخدمة في هذه الدراسة مع الأخذ في الاعتبار المواد النانوية الثلاثة المعتمدة، كما يصف المخطط الانسيابي الموضح في الشكل التالي (3) إجراءات تحضير لوح ضغط الزيت المملوء بالنانو.

 

 

أولاً يتم تحضير زيت المحولات المعبأ بالنانو مع الأخذ في الاعتبار ثلاثة مستويات تركيز مختلفة (0.05 و 0.1 و 0.2 جم / لتر) بالإضافة إلى الزيت الأساسي، كما يتم غمس الجسيمات النانوية ذات التركيزات المستهدفة في زيت المحول الأساسي وخلطها بواسطة محرض مغناطيسي لمدة (10) دقائق، وبعد ذلك تم صوتنه زيت المحولات المملوءة بالنانو باستخدام مجانس بالموجات فوق الصوتية لمدة (10) دقائق أخرى.

 

كما يتم ضبط الزيت النانوي الذي تم الحصول عليه لمدة (24) ساعة في غرفة مفرغة لاستخراج الفراغات الدقيقة، بحيث يتم تقطيع لوح الضغط المستخدم إلى مستطيلات بأبعاد (30 مم × 40 مم) وسمك يبلغ حوالي (2 مم)، بحيث يتم غمس لوح الضغط في عينات زيت المحولات المحضرة عند جميع مستويات التركيز المعتمدة للمواد النانوية الثلاث لمدة (5) دقائق.

 

كما أن هناك لوح الضغط المعتمد مصنوع من شبكة منظمة من ألياف الخشب، بحيث يتم تصنيع لوح الضغط عن طريق ضغط الأوراق الورقية معاً وتجفيفها تحت الحرارة والضغط العالي في مكبس هيدروليكي مصمم خصيصاً كثافة اللوح المضغوط (1200 كجم / م 3).

 

اختبار الجهد الزاحف (Flashover): يتم إجراء اختبار وميض الزحف مع الأخذ في الاعتبار تكوين قطب لوحة الإبرة كما هو معلن في الشكل التالي (4)، كما يتم توصيل قطب الإبرة (نصف قطر طرفه 3 ميكرومتر) على سطح لوحة الضغط ومتصل بجانب الجهد العالي، ومع ذلك يتم توصيل قطب اللوحة بالجانب الأرضي، كما يتم ضبط طول الفجوة بين الأقطاب الكهربائية عند (5) مم.

 

كذلك تم استخدام جهاز اختبار عازل للسائل بقوة (60) كيلو فولت، بحيث تصنيف (50) هرتز في هذه التجربة، كما يتم ضبط معدل ارتفاع الجهد عند (500) فولت / ثانية، حيث إن كل نتيجة تم قياسها هي متوسط عشر قيم لجهود الفلاش الزاحف مع فاصل زمني مدته دقيقة واحدة بين كل مرتين متتاليين من حدوث وميض ضوئي، وأيضاً يتم إجراء التقييم مع الأخذ في الاعتبار زحف وميض الضوء عند احتمالية (10٪) و (50٪).

 

 

قياسات السماحية النسبية: في هذا العمل تم دراسة تأثير درجة الحرارة على زيت السماحية النسبية، الزيت المملوء بالنانو، لوح ضغط الزيت وعينات لوحة ضغط الزيت المملوءة بالنانو، ومن ثم يتم قياس التصاريح النسبية للزيت والزيت المملوء بالنانو وألواح ضغط الزيت وعينات ألواح ضغط الزيت المملوءة بالنانو مع الأخذ في الاعتبار درجات الحرارة المعتمدة (30 ، 50 ، 80 و 120 درجة مئوية)، كما يتم قياس السماحية النسبية لكل من الزيت المملوء بالنانو ولوح ضغط الزيت المملوء بالنانو باستخدام مقياس (LCR) دقيق مع الأخذ في الاعتبار نطاق التردد الكهربائي من (20) هرتز إلى (2) ميجا هرتز.