التفريغ الجزئي في المحولات المغمورة بالزيت: طبيعة وأسباب ارتفاع مستويات التفريغ الجزئي بشكل مفرط

1. مقدمة

التفريغ الجزئي (PD) في الزيت المغمور محولات الطاقة لا يزال هذا الأمر يمثل تحدياً معترفاً به عالمياً في صناعة المحولات الكهربائية. وقد تكبد العديد من المصنّعين خسائر فادحة نتيجةً للأعطال المرتبطة بالتفريغ الجزئي.

قد تحدث تجاوزات في مستويات التلوث أثناء الاختبارات في المصنع، أو عمليات التفتيش التي تجريها جهات خارجية، أو في مواقع العملاء. وغالبًا ما يكون تحديد مصادر التلوث أشبه بـ"البحث عن إبرة في كومة قش"، مما يؤدي إلى إعادة العمل لعدة أيام أو حتى أشهر، متسببًا في خسائر كبيرة في الجودة للمصنعين أو المستخدمين النهائيين.

لذلك، فإن التشخيص العلمي وتحديد أسباب فرط نشاط البنكرياس بسرعة أمر بالغ الأهمية.

02 التعريف والطبيعة

على الرغم من عدم وجود تعريف رسمي، إلا أن المؤلف يعرف مرض باركنسون على النحو التالي:
[تفريغ يحدث في مواقع محددة داخل المحول ولم يتسبب بعد في انهيار فوري للعزل أو حدوث وميض كهربائي.]

تختلف سيناريوهات PD اختلافًا كبيرًا ولكنها تشترك في جوهر مشترك:
[تتسبب العيوب الهيكلية أو المادية أو التصنيعية في نظام العزل في تشوه موضعي للمجال الكهربائي يتجاوز قوة العزل الكهربائي عند تلك النقطة، مما يؤدي إلى انهيار تأين متكرر على نطاق دقيق وغير نافذ.]

باختصار، تكمن طبيعة التفريغ الجزئي في تركيز المجال الكهربائي الموضعي الذي يتجاوز قوة مجال بدء التفريغ الجزئي.

03 الأسباب الرئيسية

استنادًا إلى آليات التفريغ الجزئي، فإن أي عامل يسبب مجالات كهربائية موضعية مفرطة قد يؤدي إلى تجاوزات التفريغ الجزئي.

3.1 مواقع PD
قد ينشأ مرض باركنسون من:

البطانات

 

مغيرات الصنبور OLTC/DETC

 

العملاء المحتملين

 

اللفات

 

مكونات التأريض

 

أسطح العزل/العيوب الداخلية

 

زيت المحولات

المواقع الأكثر عرضة للخطر:الفراغات الهوائية في العزل الصلب أو فقاعات الغاز في الزيت.
سبب:تحت تأثير الإجهاد الكهربائي، تتناسب شدة المجال الكهربائي عكسيًا مع ثابت العزل الكهربائي (ε).

عزل الورق ε ≈ 4.4

 

الفراغات الهوائية ε ≈ 2.0
→ تتعرض الفراغات الهوائية لقوة مجال أعلى بمقدار 2.2 مرة تقريبًا.
مع قوة انهيار منخفضة (التيار المتردد ≈2 كيلو فولت/ممتصبح الفراغات/الفقاعات نقاط ضعف لبدء عملية PD.

3.2 أنواع PD
أنواع مرض باركنسون الشائعة في محول مغمور بالزيتs:

تفريغ فقاعات الغاز

 

التفريغ الناجم عن الرطوبة(عزل الرطوبة)

 

تفريغ حاد من قطب كهربائي(أطراف الأقطاب الكهربائية ذات الجهد العالي/الأرضي)

 

تفريغ الجهد العائم

 

تفريغ فجوة الزيت على شكل إسفين

 

انبعاث من جزيئات معدنية/ملوثة

 

عيوب الالتصاق(استخدام غراء زائد/رديء الجودة في ألواح التثبيت/الحلقات الطرفية)

أهم النقاط الرئيسية:

نادراً ما تكون تجاوزات PD مرتبطة بالتصميم (احتمالية ≈0.5٪).
أكثر من 95% من هذه المشاكل ناتجة عن عيوب في المواد أو العمليات أو التصنيع.

الأساس المنطقي:عند تحويل الفولتية الزائدة (LI، LIC، SI، LTAC) إلى جهد تحمل مكافئ لمدة دقيقة واحدة بتردد الطاقة (تحويل DILجميعها تتجاوز جهد اختبار التفريغ الجزئي (IVPD). تم تصميم العزل الرئيسي/الطولي لتحمل أعلى سيناريو للجهد الزائد.

لا.	نوع PD	موقع	الآلية	الحالات الشائعة
1	تفريغ قطب كهربائي حاد	أجزاء التثبيت، الخزان، جلبة الرفع، أطراف التوصيل بالضغط	نصف قطر انحناء صغير ← كثافة شحنة عالية ← تركيز مجال شديد	مسامير غير محمية بالقرب من أقطاب الجهد العالي؛ حواف حادة على التدريع المغناطيسي
2	تفريغ فقاعات الغاز/الفراغات	فقاعات في الزيت / فراغات في العزل الصلب	ثابت عزل كهربائي منخفض (ε≈1) ← إجهاد مجال عالي + قوة انهيار منخفضة (2 كيلو فولت/مم)	فراغ غير كامل؛ تعبئة سريعة بالزيت؛ مادة لاصقة زائدة/ضعيفة في الحلقات الطرفية/كرات المعادلة
3	التفريغ الناتج عن الرطوبة	اللفائف، والعزل الأساسي، والأسلاك	تقلل الرطوبة من قوة العزل الكهربائي بنسبة 60-70%	عدم كفاية تجفيف اللب؛ التعرض المفرط للهواء المحيط أثناء التجميع
4	تفريغ الجهد العائم	لوح مضغوط، دعامات رصاص، محولات مغناطيسية	تراكم الشحنة ← نبضة تفريغ مفاجئة	درع مغناطيسي غير مؤرض؛ حلقات كهروستاتيكية ضعيفة الاتصال
5	تصريف الملوثات	الماء/الألياف/جزيئات المعادن في الزيت	يؤدي تشوه المجال بالإضافة إلى الماء إلى زيادة إجهاد المجال بمقدار 2.9 ضعف	ترشيح غير كافٍ للزيت؛ قلب ملوث؛ تسرب الرطوبة

04 التوقعات

يُعد فهم أنواع الخلل الوظيفي الشائعة وآلياته ومواقعه ودراسات الحالة أمرًا ضروريًا لتحديد المشكلات وإصلاحها بشكل دقيق.

بالإضافة إلى مبادئ توصيل المحولات، والتصميم الهيكلي، وخصائص شكل موجة التفريغ الجزئي، وتحديد القطبية، والاختبارات التشخيصية، فإن هذه المعرفة تمكن من تحديد السبب الجذري بسرعة وتقليل خسائر الجودة.