تطبيقات الزيوت الأساسية في العزل الكهربائي والمحولات

الوظائف، الأنواع، المعايير الفنية، ودورها في كفاءة أنظمة الطاقة

تُعدّ الزيوت الأساسية أحد أهم العناصر المستخدمة في أنظمة الجهد المتوسط والعالي، وخاصةً في المحولات، قواطع التيار، العوازل، ومعدات الطاقة المختلفة. وظيفتها الأساسية هي توفير العزل الكهربائي الفعّال وتبديد الحرارة الناتجة عن تشغيل المعدات، لكن دورها في الحقيقة أوسع بكثير من ذلك.

تهدف هذه المقالة إلى تقديم شرح تقني شامل حول خصائص، وظائف، أنواع، معايير اختيار، وتحديات أداء الزيوت الأساسية المستخدمة في العزل الكهربائي والمحولات.

1. أهمية العزل الكهربائي في تجهيزات الطاقة

تتعرض المحولات ومعدات الطاقة إلى:

• إجهادات حرارية

• حقول كهرومغناطيسية

• تفريغات جزئية

• أقواس كهربائية

• ملوثات بيئية

العزل الجيد يمكن أن يطيل عمر المعدات من 30 إلى 50 عاماً. أما العزل الضعيف فيسبب:

• انخفاض القوة العازلة

• زيادة احتمالية التفريغ الكهربائي

• أخطار الحريق

• تعطل المحولات وتوقف شبكات الطاقة

وتُعدّ الزيوت الأساسية خط الحماية الأول ضد هذه المخاطر.

2. الوظائف الرئيسية للزيوت في المحولات

2.1 الوظائف الكهربائية

• رفع القوة العازلة

• منع التفريغات الجزئية

• توفير مسافة عزل بين اللفات

• تقليل تأثير كورونا

• حماية الموصلات من الأكسدة

2.2 الوظائف الحرارية

• نقل الحرارة من اللفات إلى خزان المحول

• منع ظهور النقاط الساخنة

• تثبيت درجة الحرارة أثناء الأحمال العالية

2.3 الوظائف الكيميائية والفيزيائية

• منع الأكسدة والتآكل

• تكوين طبقة واقية على الورق العازل

• امتصاص الرطوبة وتقليل محتوى الماء

• الحفاظ على الاستقرار الكيميائي على المدى الطويل

3. أهم خصائص زيوت العزل المناسبة للمحولات

حتى كميات صغيرة من الماء أو الشوائب يمكن أن تخفض القوة العازلة بنسبة 50%.

4. أنواع الزيوت الأساسية المستخدمة في العزل الكهربائي

4.1 الزيوت المعدنية

وهي الأكثر استخداماً في المحولات.مميزاتها:

• تكلفة منخفضة

• أداء عازل جيد

• سهلة التصنيع

وتنقسم إلى:

• زيوت نافثينية

• زيوت بارافينية

الزيوت النافثينية غالباً هي المفضّلة بسبب نقطة الانصباب المنخفضة وثباتها الأفضل.

4.2 الزيوت الاصطناعية

تستخدم في المحولات عالية الأداء.تشمل:

• الإسترات الاصطناعية

• بولي ألفا أوليفين (PAO)

مميزاتها:

• استقرار حراري ممتاز

• مقاومة عالية للظروف البيئية

• درجة اشتعال مرتفعة جداً

4.3 الزيوت الطبيعية / الاسترات النباتية

خيار صديق للبيئة وواعد.مميزاتها:

• أداء عازل ممتاز

• قدرة عالية على امتصاص الرطوبة

• قابلة للتحلل الحيوي

• تستخدم في المناطق الحساسة بيئياً

5. الأداء الحراري ودور الزيت في تبديد الحرارة

حوالي 70% من خسائر المحول تتحول إلى حرارة.يدعم الزيت طرق التبريد التالية:

• ONAN (زيت طبيعي – هواء طبيعي)

• ONAF (زيت طبيعي – هواء قسري)

• OFAF (زيت قسري – هواء قسري)

اللزوجة المناسبة عامل أساسي في حركة الزيت وتبديد الحرارة.

6. آليات تدهور الزيوت وتحدياتها

مع مرور الوقت، تتدهور زيوت العزل بسبب:

6.1 الأكسدة

• تكوين الأحماض

• ترسب الرواسب

• ارتفاع اللزوجة

6.2 الرطوبة

كل 1% زيادة في الرطوبة = انخفاض القوة العازلة بنسبة 10–15%

6.3 الحرارة المفرطة

تسرع التحلل الكيميائي.

6.4 الملوثات

الجزيئات المعدنية أو ألياف الورق تزيد خطر التفريغ والانهيار.

7. المعايير الدولية لاختيار زيوت العزل

IEC 60296 — الزيوت المعدنية للعزل

IEEE C57.106 — تقييم زيوت المحولات

ASTM D3487 — معايير الزيوت المعدنية

IEC 61099 — الزيوت الاصطناعية

استخدام زيوت غير مطابقة للمعايير يقلل موثوقية المحولات.

8. أهم اختبارات تقييم جودة الزيت

• اختبار القوة العازلة (BDV)

• درجة الحموضة (Acidity)

• قياس الرطوبة بطريقة كارل فيشر

• تحليل الغازات المذابة (DGA)

• التوتر السطحي (IFT)

• نقطة الوميض

• اللزوجة

• اللون والشوائب

9. فوائد استخدام زيوت عالية الجودة

• زيادة عمر المحول حتى 20 سنة

• تقليل تدهور العزل

• تقليل الحاجة للصيانة

• رفع استقرار الجهد العالي

• تحسين تبديد الحرارة

• تقليل أخطار الحريق والأعطال

10. مستقبل زيوت العزل في الصناعة

• التحول نحو الزيوت النباتية الصديقة للبيئة

• تشديد القوانين البيئية

• الحاجة لزيوت تتحمل درجات حرارة أعلى

• تطوير زيوت منخفضة اللزوجة وأكثر ثباتاً

• زيوت ذات مقاومة أعلى للرطوبة

الخلاصة

تلعب الزيوت الأساسية دوراً محورياً في العزل الكهربائي للمحولات ومعدات الجهد العالي. اختيار الزيت المناسب يحسن كفاءة التشغيل، يطيل عمر المعدات، ويقلل المخاطر. ورغم استمرار انتشار الزيوت المعدنية، إلا أن الزيوت الاصطناعية والنباتية تشهد نمواً سريعاً في التطبيقات الحديثة.

تم البحث في هذه المقالة وكتابتها بواسطة أمي بترو.

يُسمح باستخدام هذه المقالة بشرط ذكر المصدر.