لماذا يستخدم الزيت في المحولات المغمورة 11 كيلو فولت؟ وأوضح الأدوار الرئيسية

في شبكات توزيع الطاقة العالمية 11 كيلو فولتالمحولات المغمورة بالزيتهي معدات تحويل الطاقة المهيمنة. يتم نشرها على نطاق واسع في شبكات التوزيع الحضرية، والمجمعات الصناعية، وتكامل شبكات الطاقة الكهروضوئية وطاقة الرياح، وكهربة الريف، ومشاريع EPC الخارجية. يستمر العديد من المشترين والمهندسين الكهربائيين وأصحاب المشاريع في طرح سؤال أساسي ولكنه بالغ الأهمية: لماذا يتم ملء محولات الجهد المتوسط ​​هذه بالزيت العازل بدلاً من الهواء أو المواد العازلة الصلبة الأخرى؟
الزيت العازل ليس مجرد وسيلة تعبئة بسيطة. إنها مادة وظيفية لا غنى عنها داخل 11 كيلو فولتالمحولات المغمورة بالزيت، والذي يحدد بشكل مباشر قدرة تبديد الحرارة، وأداء العزل، وعمر خدمة المعدات والاستقرار التشغيلي. تعتمد المحولات من النوع الجاف على الهواء وراتنج الإيبوكسي للعزل، في حين تعتمد المحولات المغمورة بالزيت على زيت عازل معدني (أو زيت إستر صناعي) لتحقيق وظائف متعددة في وقت واحد. تتناول هذه المقالة بالتفصيل الأدوار الأساسية للزيت العازل في المحولات المغمورة بالزيت بجهد 11 كيلو فولت، وتقارن مزايا وقيود المحاليل المغمورة بالزيت، وتقدم الأنواع الشائعة من الزيت العازل، ومعايير قبول الجودة وإرشادات الصيانة. فهو يوفر مراجع فنية احترافية للزوار على مواقع الويب المستقلة، مما يساعد ممارسي الطاقة على اتخاذ أحكام سليمة أثناء اختيار المشروع، وقبول المعدات والصيانة اليومية.

يوجد داخل محول 11 كيلو فولت أجزاء حية مثل الملفات ذات الجهد العالي، والملفات ذات الجهد المنخفض، والقلب الحديدي، بالإضافة إلى المكونات الأرضية. مطلوب عزل موثوق بين المكونات لمنع الأعطال وأخطاء الدائرة القصيرة. للهواء قدرة عازلة محدودة وهو عرضة للتفريغ الكهربائي في المساحات الضيقة، في ظل المجالات الكهربائية العالية والظروف الرطبة. يتميز الزيت العازل للمحولات بقوة عازلة عالية. إنه يملأ جميع الفجوات الصغيرة بين قلب الحديد واللفات، ويطرد الهواء تمامًا، ويعزل بشكل فعال اللفات ذات الجهد العالي عن اللفات ذات الجهد المنخفض، ويفصل اللفات عن قلب الحديد المؤرض وقشرة خزان الزيت.
عندما يتحمل المحول جهد تردد الطاقة والجهد النبضي البرق، فإن الزيت العازل يمنع تركيز المجال الكهربائي المحلي ويقلل من مخاطر التفريغ الجزئي. وفقًا للمعيار IEC 60156، يجب أن يصل الزيت العازل المعدني الجديد المؤهل إلى مستوى جهد الانهيار المحدد لضمان التشغيل الآمن في ظل الجهد المقدر وظروف الجهد الزائد المؤقتة. إذا أصبح الزيت العازل رطبًا أو ملوثًا أو قديمًا، فسوف ينخفض ​​جهد الانهيار بسرعة، ويرتفع خطر انهيار العزل الداخلي بشكل حاد. وهذا هو السبب الأساسي الذي يجعل المحولات المغمورة بالزيت تحتاج إلى اختبارات منتظمة لتحمل الزيت.

أثناء تشغيل المحول، يؤدي فقدان التباطؤ وفقدان التيار الدوامي للقلب الحديدي مع فقدان حمل الملف إلى توليد الحرارة بشكل مستمر. ارتفاع درجة الحرارة هو السبب الرئيسي لشيخوخة العزل الصلب. إذا لم يكن من الممكن تبديد الحرارة في الوقت المناسب، فسوف يتدهور عزل الملفات بسرعة، مما يؤدي إلى تقصير عمر خدمة المحولات وحتى يؤدي إلى احتراق المعدات في الحالات الشديدة.
يتمتع الزيت العازل بموصلية حرارية مناسبة ويشكل دورانًا داخليًا من خلال تداول الزيت الطبيعي (ONAN) أو تبريد الهواء القسري (ONAF). الزيت العازل المُسخن بالقرب من قلب الحديد واللفات له كثافة أقل ويتدفق للأعلى. يتم نقل الحرارة إلى جدار الخزان والمشعات، بينما يتدفق الزيت المبرد إلى الأسفل ليحمل الحرارة بعيدًا عن مصادر الحرارة بشكل مستمر. يتميز نظام تبريد دوران الزيت هذا بالهيكل البسيط وكفاءة التبادل الحراري العالية. بالمقارنة مع تبريد الهواء، يمكن أن يدعم تبريد الزيت سعة أكبر ضمن مساحة أصغر، وهذا هو السبب الرئيسي الذي يجعل محولات التوزيع ذات السعة الكبيرة تفضل التصميم المغمور بالزيت.

إن العزل الورقي الملتف حول ملفات المحولات هو مادة عضوية. سوف يتأكسد تدريجيًا ويصبح هشًا تحت درجة الحرارة العالية والتعرض للأكسجين، مما يفقد القدرة على العزل. بعد ملء خزان الزيت بالزيت العازل، يمكن عزل الأكسجين والرطوبة لحماية عزل الورق المتعرج. يمكن للزيت العازل أن يذيب كمية صغيرة من الأكسجين، ويقلل من تفاعلات الأكسدة لعزل الورق، ويبطئ شيخوخة نظام العزل بأكمله ويطيل عمر الخدمة الإجمالي للمحول.
وفي الوقت نفسه، يقوم الزيت العازل بتغطية المكونات المعدنية ويقلل من خطر التآكل التأكسدي على الأسطح المعدنية للنواة الحديدية واللفات. وتجدر الإشارة إلى أن هذا التأثير الوقائي ليس دائمًا. على مدى فترة طويلة من التشغيل، يتأكسد الزيت العازل ببطء وينتج أحماض عضوية وحمأة زيتية. تلتصق حمأة الزيت باللفات وأسطح المبرد، مما يعيق تبديد الحرارة ويزيد من تسريع تدهور المعدات. لذلك، تحتاج المحولات المغمورة بالزيت إلى الكشف المنتظم عن قيمة الحمض ومحتوى الرطوبة. يلزم ترشيح الزيت أو استبدال الزيت عند الضرورة.

هناك قيمة أساسية أخرى يتم التغاضي عنها بسهولة للزيت العازل، وهي بمثابة وسيلة لتشخيص الأخطاء. عندما تحدث أخطاء كامنة مثل ارتفاع درجة الحرارة المحلية، والأقواس الكهربائية والتفريغ بدوره إلى بدوره داخل المحول، فإن ارتفاع درجة الحرارة يؤدي إلى التحلل الحراري للزيت العازل ويولد غازات مميزة بما في ذلك الهيدروجين والميثان والأسيتيلين. تذوب هذه الغازات في الزيت العازل. يقوم فنيو الصيانة بإجراء تحليل الغاز المذاب (DGA) عن طريق جمع عينات الزيت لاختبار تكوين الغازات المذابة وتركيزها. يمكن تحديد المخاطر الكامنة قبل أن تتطور الأعطال إلى حوادث ماس كهربائي شديدة.
هذه ميزة تشخيصية فريدة للمحولات المغمورة بالزيت. بالكاد تسمح المحولات من النوع الجاف بأخذ العينات للحصول على خصائص الخطأ الداخلي. في المقابل، تحقق المحولات المغمورة بالزيت إنذارًا مبكرًا غير تدخلي بالخطأ بالاعتماد على الزيت العازل، مما يقلل بشكل كبير من مخاطر انقطاع التيار الكهربائي المفاجئ وتلف المعدات. يعمل مرحل Buchholz أيضًا على مخاليط النفط والغاز الناتجة عن الأعطال لإطلاق الإنذارات أو الحماية من التعثر، وقد تم بناء آلية الحماية هذه على نظام الزيت العازل.

الزيوت المعدنية العازلة: النوع الأكثر استخدامًا على نطاق واسع في السوق بتكلفة معتدلة وأداء عازل وحراري مستقر، يتوافق مع المواصفة IEC 60296. تستخدم معظم محولات التوزيع التقليدية بقدرة 11 كيلو فولت الزيوت المعدنية. عيبه هو القابلية للاشتعال. تعتبر أنظمة الحماية من الحرائق مطلوبة عند استخدامها في الغرف المغلقة والمناطق المكتظة بالسكان.
زيت إستر صناعي وزيت إستر طبيعي: زيوت عازلة صديقة للبيئة وقابلة للتحلل مع نقطة وميض عالية ومخاطر حريق منخفضة. يسبب التسرب تلوثًا أقل للتربة والمسطحات المائية. يتم استخدامها على نطاق واسع في غرف توزيع الطاقة تحت الأرض في المناطق الحضرية والأحياء السكنية ومناطق حماية مصادر المياه وغيرها من المشاريع ذات المتطلبات الصارمة للسلامة من الحرائق والبيئة. الجانب السلبي هو ارتفاع تكلفة الشراء مقارنة بالزيوت المعدنية.
يجب أن يتم تحديد الاختيار بشكل شامل بناءً على بيئة التثبيت وأكواد مكافحة الحرائق ومعايير الشبكة المحلية وميزانية المشروع.

إن استخدام الزيت العازل له أيضًا عيوب. هناك خطر تسرب الزيت العازل، والذي قد يكون ناجمًا عن تقادم لحامات الخزانات وحشوات الختم. الزيوت المعدنية قابلة للاشتعال ويجب تجهيز تدابير الحماية من الحرائق. يتحلل الزيت العازل بمرور الوقت، ويعد إجراء اختبار منتظم لجودة الزيت أمرًا إلزاميًا.
تشمل مهام الصيانة اليومية الرئيسية مراقبة مستوى الزيت وفحص تسرب الخزان؛ أخذ عينات الزيت بشكل منتظم لجهد الانهيار، والرطوبة، وقيمة الحمض واختبارات DGA؛ الحفاظ على نظافة المشعاعات لضمان دوران الحرارة؛ الحفاظ على أجهزة التنفس لتقليل دخول الرطوبة إلى الخزان. مع صيانة موحدة 11 كيلو فولتالمحولات المغمورة بالزيتيمكن أن تعمل بشكل مستقر لعقود من الزمن.

خلاصة القول، يؤدي الزيت العازل أربع وظائف أساسية في جهد 11 كيلو فولتالمحولات المغمورة بالزيت: يعمل كوسيط عزل عالي الجهد، ويوزع الحرارة ويزيلها، ويحمي العزل الصلب الداخلي من الشيخوخة، ويعمل كوسيط للكشف عن الأخطاء الداخلية الكامنة. مجتمعة، تجعل هذه المزايا الأربع المحولات المغمورة بالزيت الخيار السائد لتطبيقات التوزيع العالمية بقدرة 11 كيلو فولت نظرًا للموثوقية العالية وتبديد الحرارة الممتاز والتكلفة المناسبة.
ومع ذلك، فإن أداء الزيت العازل يتدهور مع وقت التشغيل ودرجة الحرارة والرطوبة المحيطة ومستوى التلوث. يجب على الممارسين في مشاريع الطاقة فهم مبدأ عمل الزيت العازل وإيلاء أهمية للاختبار الدوري لجودة الزيت، وذلك للاستفادة الكاملة من مزايا أداء المحولات المغمورة بالزيت وضمان إمدادات طاقة مستقرة على المدى الطويل لشبكات التوزيع.