زيوت المحولات عبارة عن زيوت معدنية مكررة عن طريق التقطير التجزيئى للبترول الخام. بعد ذلك تتم معالجة الزيت للتخلص من الشوائب والحصول على الخصائص المرغوبة لجعل الزيت مناسبا كسائل عازل ومبرد.
وأهم خاصية بالنسبة لسائل عازل هى قوة العزل العالية وبالنسبة لسائل مبرد هى اللزوجة المنخفضة. وللخصائص الأخرى دور مهم فى الكشف عن خلو الزيت من الشوائب وإظهار قدرته على الاستقرار والعمر الطويل. والخصائص الدالة على النقاء لها أيضا دور مهم فى إظهار قدرة الزيت على التوافق مع المواد الأخرى المستخدمة فى صناعة المحول.
والأعداء الرئيسيون لزيت المحول هم: الأكسدة والتلوث والحرارة العالية، ويتم تصميم المعالجة وبناء المحول لتقليل تأثير هؤلاء الأعداء كما تجرى الاختبارات لتقييم هذه الاعتبارات.
وتم تصميم مواصفة astm لزيوت العزل المعدنية المستخدمة فى الأجهزة الكهربائية (d3487) لتغطى خصائص زيت المحول للاستخدام كوسط عازل ومبرد. ومقتبسين كلمات من مجال المواصفة: "هذه المواصفة يرجى منها تعريف زيت العزل المعدنى الذى يمكن استبداله وخلطه بالزيوت الأخرى الموجودة بفعالية، ومتوافق مع الأجهزة المتواجدة ومع الصيانة الملائمة فى الموقع. كما يحافظ بشكل مرضى على خصائصه التشغيلية عند استخدامه بالمعدات الكهربائية".
ويبذل الصانعون كثيرا من الجهد للحصول على والحفاظ على زيوت ذات جودة عالية لتستخدم فى معداتهم.
مقدمة:
إن زيت المحول مادة فريدة حقا فى أداء الوظيفة التى تشتهر بها أى عزل وتبريد المحولات. فقد بنى جورج ويستنجهاوس محولا منذ مائة عام مستخدما الزيت والنحاس والكرتون والصلب. وبعد مائة سنة من التقدم المذهل فى تصنيع المواد، فإننا ما زلنا ما زلنا اليوم نبنى معظم محولاتنا باستخدام نفس المواد. فبرغم التغيير الكبير فى المواد الخام وأساليب المعالجة ومواد الإضافة وطرق الاستخلاص، فإن للزيت العازل الأساسى باعا طويلا من الأداء الجيد. وفى الحقيقة، فالتسمية الصحيحة هى الزيوت العازلة وليس زيوت المحولات لأنها تستخدم فى معدات كهربائية أخرى مثل قواطع التيار والمكثفات والعوازل ... الخ إضافة إلى المحولات.
ومن وجهة نظر مصنع المعدة الكهربية، فإن الزيوت العازلة هى زيوت معدنية مكررة باستخدام التقطير التجزيئى للبترول الخام بحيث تكون خالية من الرطوبة والحوامض غير العضوية والقلويات والكبريت والأسفلت والقار والزيوت النباتية أو الحيوانية. ومميزاتها هى:
1- قوة العزل الكهربية العالية.
2- اللزوجة المنخفضة.
3- خلوها من الحوامض غير العضوية والقلويات والكبريت المسبب للتآكل.
4- مقاومتها الجيدة للاستحلاب. (الاستحلاب هو تكون سائل فى شكل كريات معلقة عند إضافته لسائل آخر ورفضه الامتزاج. حيث يفترض بالزيت العازل الجيد قدرته العالية على الاختلاط بسهولة دون حدوث استحلاب).
5- خلوها من الرواسب الطينية تحت ظروف التشغيل العادية.
6- الاستقرار السريع للنواتج المتخلفة عن القوس الكهربى.
7- انخفاض نقطة الانسكاب.
8- ارتفاع نقطة الوميض.
وللزيت العازل أعداء قلائل، ويبذل المصنعون والمستخدمون جهودا منسقة لحمايته من هؤلاء الأعداء، وهم:
1- الأكسدة: وهى أكثر الأسباب شيوعا لتدهور الزيت. ويبذل مصنعو المحولات جهودا مضنية للتأكد من إحكام غلق الخزان أو الصندوق لعزله عن الهواء الجوى. ويتم إجراء التجفيف بعناية ومعالجة التفريغ لإزالة الهواء والرطوبة قبل إحكام غلق الخزان بعد ملئه بالهواء الجاف أو النيتروجين لتقليل تعرضه للأكسجين.
2- التلوث: الرطوبة هى الملوث الرئيسى بين ملوثات الزيت المحتملة، فقد يؤدى وجودها إلى إيجاد مصدر للمنتجات التفاعلية مع الزيت فى وجود الحرارة، كما تؤدى أيضا إلى تقليل الخواص العازلة للزيت. وتستخدم نفس الاحتياطات المستخدمة لحماية الزيت من الأكسدة فى حمايته من الرطوبة.
3- الحرارة الزائدة: وهى من أعداء الزيت، فهى تسبب تحلل الزيت نفسه و/أو تزيد معدل أكسدته. وأفضل وسيلة للحماية ضد الحرارة الزائدة هو تجنب التحميل الزائد للمحول.
4- تفريغات الكورونا: وقد يؤدى تكون الشرارة والتسخين الزائد الموضعى إلى انهيار جزئ الزيت منتجا الغازات والماء مما يؤدى إلى تكون الأحماض والرواسب الطينية.
وخواص الزيت العازل مهمة لمصنّع المعدة الكهربية، ولذا يبذل الكثير من الوقت والجهد فى اختبار الزيت ومتابعة خصائصه فى مختلف مراحل التصميم والتصنيع وعلى مدار عمر المحول أو أى مهمة كهربية أخرى.
ولكل مصنع اشتراطاته بالنسبة للخصائص المرغوبة فى الزيت العازل. وتاريخيا، كان هناك العديد من الخصائص التى اتفق المصنعون على أهميتها، كما كان هناك بعض الخصائص –كاستقرار الأكسدة- تم تناولها بأساليب اختبار مختلفة. ومؤخرا، عمل مصنعو المعدات الكهربية ومنتجو الزيوت والمستخدمون معا لخلق مواصفة واحدة يتفق عليها الجميع، وهى مواصفة astm للزيوت المعدنية العازلة المستخدمة فى المعدات الكهربية (d 3487). ولقد وفق المصنعون والمستخدمون أوضاعهم ومتطلباتهم طبقا للمواصفة.
وكل الخصائص المتناولة فى المواصفة مهمة لمصنع المعدة الكهربية، ولكن لبعضهم مستويات أعلى من الأهمية عن الآخر. أيضا، للخصائص دلالات فى مناطق مختلفة من الاهتمامات. بعض هذه الخصائص يستخدم لحسابات التصميم، وبعضها يستخدم ليبين مدى انتظام الزيت المنتج، وبعضها يكشف التشغيل الطبيعى أو المختل للمعدة فى الخدمة.
دلالات الاختبارات:
1- اختبار انهيار العزل: (astm d 877 & astm d1816)
جهد انهيار العزل هو قياس مهم للضغط الكهربى الذى يستطيع الزيت العازل تحمله دون انهياره. وهو معيار تصميمى مهم ويستخدم بواسطة مهندس التصميم لحساب أقصى خلوصات ممكنة. ولذا يجب أن يلتزم المصنعون بالمحافظة على أن تكون القيمة للزيت المستخدم داخل المعدة عند المستوى المطلوب.
وهذه الخاصية تقاس بواسطة تسليط جهد بين قطبين كهربيين عند الظروف المقررة وداخل السائل. وهناك أسلوبان بمواصفة astm لإجراء الاختبار.
2- اختبار انهيار العزل تحت نبضة كهربية: (astm d3300)
هذا الاختبار -طريقة اختبار astm لجهد انهيار العزل للزيوت العازلة ذات الأصل البترولى تحت ظروف النبضة (d3300)- يغطى تحديد جهد انهيار العزل للزيت العازل تحت ظروف نبضة كهربية. ويتكون القطبان من سبيكة نحاسية أو كرة ونقطة من الصلب، وهدف الاختبار دراسة قدرة الزيت على تحمل ضغوط الجهد العابرة نتيجة الصواعق القريبة أو عمليات الفصل والتوصيل لدوائر الجهود العالية.
3- معامل التشتت (أو معامل القدرة): Astm d 924
معامل القدرة هو النسبة بين القدرة المبددة فى الزيت بالواط إلى القدرة الكلية، ولذا فهو معيار قياس جيد لجودة الزيت. فوجود معامل قدرة ذى قيمة مرتفعة هو مؤشر على وجود ملوثات أو نواتج مسببة للتدهور.
4- محتوى الرطوبة: Astm d 1533
يمكن اكتشاف وجود الماء الحر بواسطة المعاينة بالنظر ويكون فى صورة قطرات منفصلة أو كسحابة شائعة فى الزيت. والماء المذاب يتم كشفه بواسطة طرق كيميائية ووحدة قياسه هى الجزء فى المليون. وقياس الماء مهم لأن زيادة كميته تؤدى بالقطع إلى خفض قوة العزل للزيت. ومحتوى الرطوبة مهم للصانع لأنه مؤشر على جودة عمليات المعالجة والتجفيف التى أجريت على المحول، ومن المهم أيضا معرفة قيمته فى مواقع التشغيل لأن زيادتها قد تكون مؤشرا على وجود تنفيث بالخزان أو تدهور عزل السليولوز.
5- رقم التعادل: Astm d 974
رقم التعادل هو كمية البوتاسيوم هايدروكسايد بالميللى جرام اللازمة لمعادلة الحامض فى جرام واحد من الزيت، وهو يقيس محتوى الزيت من الحوامض. ولهذا أهمية كبيرة فى كشف ظروف التشغيل غير الطبيعية، فزيادة الحامضية قد يشير إلى الحاجة لتكرير أو استبدال الزيت.
6- التوتر السطحى: Astm d 971
التوتر السطحى بين الزيت العازل والماء هو قياس لقوة الجذب الجزيئية بين جزيئات المواد المختلفة، ووحدة قياسه داين لكل سم. ويقدم الاختبار طريقة للكشف عن الملوثات المذابة ونواتج التدهور، ويستخدم بواسطة مصنعى المعدات الكهربية كمؤشر على مستوى تلوث الزيت الجديد، أو الزيت بعد وضعه فى وحدة كهربية.
7- درجة اللون: Astm d 1500
الدلالة الرئيسية للون هى مراقبة تحول الزيت إلى القتامة خلال وقت قصير، والذى قد يدل إما على التلوث أو تدهور الزيت. ويحدد اللون بواسطة الضوء الممرر ويعبر عنه بقيمة رقمية مبنية على المقارنة مع سلسلة من الألوان المعيارية.
8- اللزوجة: Astm d 88
لزوجة الزيت العازل واحدة من المقاييس مهمة الدلالة فى تحديد قدرة السائل على النقل الحرارى. وهذه المعلومة مهمة طبعا لمصمم المعدة الكهربية. واللزوجة هى مقاومة الزيت للسريان المستمر المنتظم بدون اضطراب أو وجود قوى أخرى. وتقاس عادة عن طريق قياس زمن السريان لكمية معينة من الزيت تحت ظروف مشروطة. وزيادة اللزوجة فى وحدة عاملة قد تشير إلى تدهور الزيت وتكون الرواسب الطينية.
اشتراطات أخرى للمواصفة:
هناك اشتراطات أخرى مهمة لتوصيف زيت معين. لكن لأنها ليست عرضة للتغير بشكل ملحوظ، فإن اختباراتها لا تجرى كثيرا بواسطة المصنّع. وهى تشمل اختبار astm لنقطة الانسكاب للغازات البترولية (d 97) وهى درجة الحرارة التى يسرى عندها الزيت تحت ظروف مقررة، وهذا مهم فى الأجواء الباردة لتحديد شروط بدء التشغيل. واختبار نقطتى الوميض والحريق (d 92) يحدد خطر الحريق المحتمل. واختبار الجاذبية النوعية أو النسبية (d 1298) هو مقياس آخر لحساب قدرة الزيت على النقل الحرارى، وأيضا دراسة أى المواد ستغوص وأيها سيطفو على سطح الزيت. واختبار الكلوريدات أو الكبريتات غير العضوية (d 878) يوضح درجة معالجة الزيت. واختبار استقرار الأكسدة (d 2440) أو (d 2112) هو مؤشر على قدرة المثبطات الطبيعية أو المضافة على مقاومة الأكسدة داخل الزيت.
كما صمم اختبار astm d 3487 لتغطية خصائص زيت المحول للاستخدام كوسط عازل ومبرد، وهو حاليا مركب جيدا لتأدية هذا الغرض. ونقتبس كلمات من مجال عمله: "هذه المواصفة من المزمع أن تعرّف زيتا معدنيا عازلا، قادر تشغيليا على الاختلاط أو الاستبدال بالزيوت الأخرى الموجودة، ومتوافق مع الأجهزة الكهربية الموجودة والصيانات الفعلية المناسبة، كما أنه يحافظ على خصائصه التشغيلية عند وضعه فى المهمات الكهربية".
وهناك طريقة حديثة نوعا ما للمراقبة تستخدم لتقييم الزيوت فى الوحدات العاملة هى العدد الجزيئى والامتصاص الذرى المرتبط به. ويقدم العدد الجزيئى معلومات عن حجم وعدد الجزيئات فى الزيت، أما الامتصاص الذرى فهو تحليل للمعادن فى الزيت يعرفنا بالمعادن الموجودة ودرجة تركيزها. فالجزيئات الموصلة للكهرباء ضارة بقوة عزل الزيت، وإنتاج هذه الجزيئات مرتبط عادة بمشاكل التقادم أو الحوادث، فتقادم حامل المضخة أو القوس الكهربى والتلفيات الأخرى قد تضيف جزيئات معدنية. والاهتمام بهذا التقييم فى ازدياد لمعرفة ما يدور داخل المحول.
ولم نذكر محتوى pcb للزيت العازل. وبالرغم من أن هذا ليس له علاقة بعمليات التشغيل، فمن المهم جدا لكل الأطراف تحديد ومعرفة كيفية التعامل مع الزيت ونقله وتخزينه والتخلص منه.
فجودة الزيت العازل فى غاية الأهمية لتشغيل المعدات الكهربية، ولذا يبذل الكثير من الوقت والجهد بواسطة المصنّع والمنتج والمستخدم للتأكد من الحفاظ على الخصائص المرغوبة فيه.
موضوع: دلالات خصائص الزيوت العازلة 
9/11/2009, 02:51
