تسرب الرطوبة إلى عازل المحولات: الدروس المستفادة من حالة 110 كيلوفولت

تسرب الرطوبة إلى جراب المحول: دروس مستفادة من حالة 110 كيلوفولت

يمكن أن يؤدي تسرب الرطوبة إلى إضعاف جلبة المكثف تدريجيًّا دون ظهور عيب خارجي واضح. وتُظهر حالة قديمة لمحول جهد 110 كيلوفولت كيف ساعدت التغيرات في السعة الكهربائية، والخسارة العازلة، ومقاومة العزل في الكشف عن تدهور حالة الجلبة قبل تعطلها أثناء التشغيل.

والدرس الرئيسي المستفاد هو أن البيانات الأساسية الموثوقة والاتجاهات التاريخية يمكن أن تكشف عن مشاكل متنامية في العزل قد تغيب عن الأنظار عندما يقتصر المهندسون على تقييم نتيجة اختبار واحدة فقط.

ملاحظة فنية: يحلل هذا المقال حالة تاريخية واحدة لأغراض تعليمية. ولا يحدد المقال حدود إنذار عامة أو تعليمات صيانة. وينبغي أن يقوم مهندسون مؤهلون بمراجعة الاختبارات ومعايير القبول وقرارات التشغيل، بالاستناد إلى المعايير المعمول بها ووثائق الشركة المصنعة وسجل الأصول.

كيف تم اكتشاف مشكلة الجلبة؟

تم اكتشاف المشكلة أثناء إجراء اختبارات وقائية لمحول رئيسي بجهد 110 كيلوفولت. وقد اختلفت القراءات المتعلقة بجلبة الجهد العالي للطور «ب» اختلافًا ملحوظًا عن القراءات الخاصة بالطورين الآخرين، وكذلك عن النتائج التي سُجلت قبل حوالي ثلاث سنوات.

لم يظهر المحول في البداية أي عطل خارجي واضح. ولذلك، كان على المحققين تحديد ما إذا كانت القراءات غير الطبيعية ناجمة عن الجزء النشط من المحول، أو عن مبدل المراحل، أو عن أحد مكونات الجهد العالي الخارجية مثل العازل.

وأشارت المقارنات بين المراحل ونتائج الاختبارات السابقة إلى جلبة المكثف في المرحلة B. وقد تم إزالة الجلبة واستبدالها قبل تفكيكها لإجراء فحص دقيق.

ما هي القياسات التي تغيرت؟

تُبيّن هذه الحالة الأسباب التي تجعل من الضروري تقييم حالة عوازل المحولات باستخدام عدة مؤشرات بدلاً من الاعتماد على قياس واحد فقط.

السعة العازلة الرئيسية

ارتفعت السعة العازلة الرئيسية لممر المرحلة B من 294.4 pF في الاختبار السابق إلى 329.8 pF. أما ممرات المرحلتين A و C فقد ظلت قيمها قريبة من قيمها السابقة.

كانت هذه الزيادة الخاصة بهذه المرحلة مهمة لأن جلبة المكثف مصممة كهيكل سعوي خاضع للتحكم. وقد يشير أي تغيير ملحوظ في السعة إلى تغير في الخصائص العازلة، أو تلف في الطبقات الداخلية المتدرجة، أو أي تغيير آخر داخل نظام العزل.

يجب دائمًا تقييم القياس في ضوء ما يلي:

• البيانات الأساسية الخاصة بالجلبة
• قياسات الطور القابلة للمقارنة
• معلومات عن الشركة المصنعة
• اختبار درجة الحرارة والإعدادات
• دقة الجهاز وتكرار القياس
• سجل الصيانة والتشغيل السابق

يُعد التغير في السعة إشارة تشخيصية، وليس تشخيصًا كاملاً بحد ذاته.

الخسارة العازلة أو معامل القدرة

ارتفعت قيمة الخسارة العازلة المُبلغ عنها للعزل الرئيسي للمرحلة B من 0.300% إلى 1.965%. كما أظهر قسم العزل ذو الجهد المنخفض أو العزل الخارجي زيادة كبيرة.

اعتمادًا على الممارسات المتبعة في المنطقة وأداة الاختبار المستخدمة، قد يُشار إلى هذا النوع من القياس بعبارات مثل «معامل التبديد العازل» أو «تان دلتا» أو «معامل القدرة». تصف هذه المصطلحات سلوك الخسارة العازلة المترابط بشكل وثيق، ولكن لا ينبغي استبدالها ببعضها البعض دون التأكد من طريقة الاختبار وقواعد إعداد التقارير المتبعة.

قد يرتبط ارتفاع قيمة الخسارة العازلة بالرطوبة أو التلوث أو التقادم أو التفريغ الداخلي أو تدهور نظام العزل. كما يمكن أن تؤثر الظروف البيئية والتسرب السطحي على القياسات الميدانية، لا سيما في حالة البطانات الخزفية المثبتة في الهواء الطلق.

مقاومة العزل

وقد تم قياس مقاومة العزل الخاصة بالجزء المتضرر من جلبة الطور B، حيث بلغت 4,800 ميغاأوم. أما النتائج المقابلة لجلبتي الطورين A و C، فقد سُجلت بأكثر من 10,000 ميغاأوم.

كما تبين أن عزل لفات المحول كان أقل مما سُجل في الاختبار السابق، وذلك لأن العازل المتلف ظل متصلاً كهربائياً خلال جزء من فترة الاختبار.

يوضح هذا الاكتشاف أحد التحديات التشخيصية المهمة: فقد تؤثر الجلبة التالفة على القراءات التي تبدو في البداية وكأنها تشير إلى وجود مشكلة داخل المحول.

قبل أن يُعزى المهندسون نتائج العزل غير الطبيعية إلى الجزء النشط من المحول، يتعين عليهم فهم دائرة الاختبار بالكامل وتحديد ما إذا كانت العوازل، أو مبدلات المراحل، أو الكابلات، أو أي مكونات متصلة أخرى قد تؤثر على القياس.

ماذا كشف الفحص الداخلي؟

عندما تم إزالة قلب المكثف من الجلبة، اكتشف المحققون آثار قفز كهربائي على طول سطحه السفلي. وأظهر التفكيك الإضافي وجود أضرار ناجمة عن ثقب في الطبقتين الأولى والثانية من طبقات التدرج السعوي بالقرب من الطرف السفلي.

كما تم اكتشاف تآكل في زنبرك ضغط بالقرب من الجزء العلوي من المجموعة. وقد دعمت هذه النتائج، إلى جانب القياسات الكهربائية وموقع التلف الداخلي، فرضية تسرب الرطوبة.

وخلص التحقيق إلى أن الرطوبة قد تسربت عبر الجزء العلوي من الجلبة. ونظرًا لأن قلب المكثف كان مُركَّبًا في وضع عمودي، فقد انتقلت الرطوبة إلى الأسفل على طول العازل الخارجي وتراكمت بالقرب من المنطقة السفلية ذات الجهد العالي.

بمرور الوقت، أدى العزل الورقي الرطب إلى تغيير توزيع المجال الكهربائي المحلي وساعد على حدوث تفريغ سطحي. كما ساهم استمرار انتقال الرطوبة إلى داخل جسم المكثف في نهاية المطاف في إحداث ثقوب في طبقات التسوية الداخلية.

لماذا تؤدي الرطوبة إلى تغيير السعة الكهربائية للجلبة؟

تحتوي جلبة المكثف على طبقات موصلة متدرجة تفصل بينها ورق مشبع بالزيت أو نظام عازل آخر. وتعتمد سعتها على الشكل الهندسي لتلك الطبقات والخصائص العازلة للمواد الموجودة بينها.

تتمتع المياه بثابت عازلية نسبي أعلى بكثير من الزيت المعدني أو الورق المشبع بالزيت الجاف. وعندما تتسرب الرطوبة إلى العازل، فإنها قد تغير الخصائص العازلة الفعالة وتزيد السعة المقاسة حتى لو بقيت الأبعاد المادية دون تغيير.

كما يمكن للرطوبة أن:

• زيادة الخسارة العازلة
• تقليل مقاومة العزل
• تشويه المجال الكهربائي الداخلي
• تعزيز تتبع السطح
• المساهمة في حدوث التفريغ الجزئي
• تسريع تدهور العزل الورقي
• يزيد من خطر حدوث ثقب داخلي

يعتمد رد الفعل الدقيق على موقع الرطوبة وكميتها، ودرجة الحرارة، وتصميم الجلبة، والتلوث، وتكوين الاختبار، ومدى التدهور الحالي.

لماذا كانت الاتجاهات التاريخية ذات أهمية كبيرة؟

كانت القيم المطلقة غير طبيعية، لكن المقارنة مع النتائج السابقة والمراحل الأخرى عززت التشخيص بشكل كبير.

في هذه الحالة:

• ظلت قيم السعة في المرحلتين A و C قريبة من النتائج السابقة.
• زادت السعة الرئيسية للمرحلة B بنحو 12%.
• زادت سعة القسم الخارجي للمرحلة B بنحو 9.7%.
• ارتفعت قيم الخسارة العازلة بشكل كبير في نفس الطور.
• انخفضت مقاومة العزل في الجزء المتضرر من الجلبة.

يمكن أن تؤثر الرطوبة الخارجية على قياسات الخسارة العازلة من خلال التسرب السطحي عبر العازل الخزفي. وقد تكون السعة أقل حساسية لهذا التأثير الخارجي المحدد في ظل بعض ظروف الاختبار، مما يجعلها مؤشرًا تكميليًّا قيِّمًا.

وهذا لا يعني أن السعة الكهربائية تكون دائمًا أكثر موثوقية من الخسارة العازلة. والدرس الأوسع نطاقًا هو أنه ينبغي للمهندسين الجمع بين القياسات القابلة للتكرار، والمعلومات البيئية، ومقارنات الأطوار، والاتجاهات التاريخية، والمعرفة بتصميم العازل.

ما الذي يمكن لمالكي محولات «ترانسفورمر» أن يتعلموه من هذه الحالة؟

قد يبدو عيب الجلبة وكأنه عيب في المحول

يمكن أن تؤثر الجلبة المتدهورة على القياسات التي يتم إجراؤها على المحول بأكمله. يجب على المهندسين عزل العنصر الخاضع للاختبار بشكل صحيح وفهم المكونات التي يشملها كل قياس قبل تحديد موقع العطل.

المظهر الخارجي وحده لا يكفي

كان التلف الجسيم في هذه الحالة داخل هيكل المكثف. ولم يكن الفحص البصري وحده كافياً للكشف عن وجود رطوبة في العازل الورقي أو ثقب في طبقات التسوية الداخلية.

يظل الفحص البصري مفيدًا في الكشف عن التسربات، أو التآكل، أو تشقق البورسلين، أو تلف الأختام، أو التلوث، أو التسخين غير الطبيعي، لكنه لا يمكنه التأكد من الحالة الداخلية لجلبة المكثف.

البيانات الأساسية لها قيمة طويلة الأمد

تتيح سجلات المصنع والتشغيل والاختبارات الدورية للمهندسين رصد التغييرات التي قد تبدو غير ذات أهمية لولا ذلك.

قد يتضمن السجل المفيد لحالة الجلبة ما يلي:

• الشركة المصنعة، والنوع، والرقم التسلسلي
• تاريخ التركيب وموقع المحول
• تحديد الطور
• قيم السعة
• معامل القدرة أو تان دلتا
• جهد الاختبار ودرجة الحرارة
• إعدادات القياس
• حالة النقر للاختبار
• معلومات عن الآلة الموسيقية
• ملاحظات بشأن التسرب أو التآكل
• نتائج الفحص الحراري
• الإنذارات السابقة وحالات الكشف عن الأعطال
• سجل الصيانة والاستبدال

تجعل ظروف الاختبار المتسقة المقارنات على المدى الطويل أكثر دلالة.

مقارنة الأطوار مفيدة ولكنها ليست حاسمة

يمكن أن تساعد مقارنة المراحل الثلاث في الكشف السريع عن أي جلبة غير سليمة. ومع ذلك، قد تختلف الجلبات التي تبدو متشابهة في العمر، وتصميمها، وسجل استبدالها، وظروف تشغيلها.

تكون مقارنة الطور ذات فائدة قصوى عندما تُدمج مع خط الأساس الخاص بكل جلبة والمعلومات الفنية المقدمة من الشركة المصنعة.

يبدأ التحكم في الرطوبة بسلامة العزل

بالنسبة للجلبة الجديدة أو البديلة، يجب على فريق المشروع التأكد من نوع الجلبة، والجهد والتيار المقننين، ومتطلبات العزل، والسعة وترتيب نقاط الاختبار، وتصميم مانع التسرب، واتجاه التركيب، والظروف البيئية، ومتطلبات المراقبة، ووثائق الاختبار المطلوبة.

ينبغي على الشركة المصنعة للمحولات، ومورد العوازل، ومهندس الأنظمة المؤهل مراجعة هذه المتطلبات الخاصة بالتركيب المعني.

الأسئلة الشائعة

هل يمكن أن تتسرب الرطوبة إلى جلبة المحول دون حدوث تسرب مرئي للزيت؟

نعم. قد تتسرب الرطوبة من خلال موانع التسرب المتآكلة، أو الوصلات التالفة، أو عيوب التصنيع، أو المكونات المتقادمة، أو أي مسارات داخلية أخرى دون أن ينتج عن ذلك تسرب خارجي يمكن ملاحظته على الفور.

هل يشير ارتفاع السعة الكهربائية دائمًا إلى تسرب الرطوبة؟

لا. فقد يكون تغير السعة مرتبطًا أيضًا بتلف طبقات التدرج، أو بالحركة الداخلية، أو بمشاكل في التوصيلات، أو بإعدادات الاختبار، أو بتأثيرات درجة الحرارة، أو بخطأ في القياس. ويلزم توفر أدلة إضافية قبل تحديد السبب الجذري.

هل معامل القدرة و«تان دلتا» هما نفس الشيء؟

وهي تصف سلوكًا متشابهًا جدًّا فيما يتعلق بالخسارة العازلة، لكنها ليست متطابقة عدديًّا في كل سياق. وينبغي أن تحافظ تقارير الاختبار على المصطلح الأصلي للقياس، والطريقة، والجهد، ودرجة الحرارة، وقواعد استخدام الأجهزة.

هل يمكن لنتيجة واحدة مقبولة أن تثبت أن الجلبة في حالة جيدة؟

لا. يجب تقييم حالة الجلبة بالاعتماد على الاتجاهات، والمراحل المماثلة، وبيانات الشركة المصنعة، ونتائج الفحص، وقابلية تكرار الاختبار، وسجل التشغيل، وغيرها من وسائل التشخيص المعتمدة.

هل يمكن أن تؤثر الجلبة المعيبة على قياسات عزل المحول؟

نعم. إذا بقيت الجلبة موصولة أثناء الاختبار، فقد تؤثر حالة عزلها على القياس الإجمالي وتجعل النتيجة تبدو وكأنها ناشئة من داخل المحول.

الخلاصة

توضح هذه الحالة الخاصة بالجهد 110 كيلوفولت كيف يمكن أن يتطور تسرب الرطوبة إلى عازل المحول من مجرد مشكلة في الختم أو في التصميم إلى تبلل العازل، وظهور مسارات كهربائية سطحية، وتغير السعة الكهربائية، وثقب الطبقات الداخلية المتدرجة.

والدرس العملي المستفاد هنا لا يقتصر على مراقبة حد إنذار واحد فحسب. فالتقييم الموثوق لحالة البطانات يعتمد على السجلات المرجعية، والاختبارات القابلة للتكرار، والمقارنة بين الأطوار، والاتجاهات التاريخية، وتحديد موقع الخلل بدقة.

عندما تتغير السعة الكهربائية، والخسارة العازلة، ومقاومة العزل في نفس العازل، فإن النمط الناتج عن تضافر هذه العوامل يستحق مراجعة هندسية دقيقة.