مقدمة

إن محولات الطاقة هي العمود الفقري للشبكات الكهربائية الحديثة، وتكثيف الفولط من أجل الانتقال الفعال والتوزيع الآمن، وقد كان النفط المعدني، على مدى أكثر من قرن، السوائل الديكلية الافتراضية المستخدمة في العزل والتبريد في هذه الأصول الحرجة، غير أن القيود المفروضة على قابلية استخدام النفط المعدني للتحلل الأحيائي، ومحدودية القدرة على تحمل الحرارة - التي تؤدي إلى تحول في شكل متغيرات متماثلة.

ما هي "الفولاط الاصطناعية" ؟

وتصنع سوائل المصابيح الاصطناعية من خلال تفاعل كيميائي متحكم فيه بين الأحماض العضوية والكحول، ينتج عنها مغذي أو مصفوفة بول، خلافاً للآفات الطبيعية، المستمدة من الزيوت النباتية، تُعدل المصابيح الاصطناعية إلى مواصفات جزائية دقيقة، تعرض دفعة من الخواص الثابتة بعد دفعة، ويوفر الهيكل الأساسي للزراعة الحرارية العالية، ومقاومة الثمينة، عيار ٥٣ درجة، و٨ درجة مئوية عالية.

وهذه السوائل مصنفة بموجب المعيار 61099 من التصنيف الدولي للكهرباء ومعايير IEEE C57.154 التي تحدد متطلبات الاستراتيجات العضوية الاصطناعية غير المستخدمة المستخدمة المستخدمة في المعدات الكهربائية، وتصاغ خصيصا لتجاوز الأداء الحراري والمأمون من الحرائق في النفط المعدني مع الحفاظ على التوافق مع المواد المحولة القائمة مثل ورق الخلايا واللوحات المعدنية والغازات، وتشمل الخصائص الكيميائية الرئيسية ٢-٢ من المقاييس الثابتة.

الفوائد الرئيسية للفلور الاصطناعية

1 - تحسين الأداء الحراري وضبط مواقع التحول

ومن أهم مزايا سوائل المصابيح الاصطناعية قدرتها على العمل في درجات حرارة أعلى دون تردي سريع، حيث تصل درجة الحرارة من المصابيح الاصطناعية إلى ٠٣١ درجة مئوية )الثانية باء( أو حتى أعلى مع تركيبات خاصة، بالمقارنة مع ٠٥١ درجة مئوية )الثانية ألف( بالنسبة للنفط المعدني التقليدي، وتترجم قدرة الحرارة المرتفعة مباشرة إلى درجة حرارة محسنة:

كما أن ارتفاع سرعة التقلب الحراري للمصابين بالصدمات الاصطناعية (نحو 0.15 دبليو/م) يزيد من التشت الحراري من الرياح إلى وسيط التبريد، مما يقلل درجات الحرارة العالية، وهذه الملكية مفيدة بصفة خاصة بالنسبة لتصميمات المحولات المدمجة التي يكون فيها الفضاء محدوداً، مثل منابر مزارع الريح البحرية أو تحت الأرض، كما أن الأداء الحراري الأعلى يتيح زيادة كثافة الطاقة، مما يعني أن المحول يمكن أن يكون.

  • Reduced winding hot-spot temperatures] by 5-15 °C compared to mineral oil for the same load, according to CIGRE TB 755.
  • Better heat transfer] due to higher thermal conductivity and lower viscosity at operating temperatures.
  • Increased overload capacity] without exceeding thermal limits, allowing flexible grid management.

2 - السلامة من الحرائق - مخاطر حرائق شديدة الانخفاض

ويُعتبر النفط المعدني قابلاً للاشتعال؛ ويُشكل انخفاض المصابيح ونقاط الحريق مخاطر خطيرة في المحولات الداخلية، أو بالقرب من المباني، أو في المناطق المكتظة بالسكان، ويُوجد سوائل المصابيح الاصطناعية فوق درجة حرارة 300 درجة مئوية، ونقطة حريق فوق درجة حرارة 350 درجة مئوية، مما يكسبها تصنيف سوائل " نقطة حريق عالية " وفقاً للنقطة التركيز 61099.

كما تمتد ميزة السلامة من الحرائق إلى درجة حرارة السيارات (التي تعادل 380 درجة مئوية) ومعدلات منخفضة للإسقاط الحراري أثناء الاحتراق، وفي حالة الفشل غير المرجح في المحول، تشكل سوائل المصابيح الاصطناعية حرق ذاتي أو حرقاً باستخدام طاقة أقل بكثير، مما يقلل من خطر اندلاع حرائق كارثية في المعدات المتاخمة.

]

" إن استخدام سوائل المصابيح الاصطناعية في محولات الطاقة يزيل الحاجة إلى تدابير مكلفة لحماية الحرائق مثل جدران الحريق الخرسانية، ونظم الغسيل، وديوكس الاحتواء في العديد من المنشآت، وتحقق كل من السلامة والفوائد الاقتصادية " - كتيبة تقنية من طراز CIGRE 755

]

3- الصداقة البيئية والتحلل البيولوجي

ويمكن أن تسبب كميات النفط المعدنية وسوائلها تلوثاً شديداً بالتربة والمياه، مما يتطلب علاجاً مكلفاً، وعلى النقيض من ذلك، فإن سوائل المصابين بالزراعة الاصطناعية هي سائل قابل للتحلل الأحيائي > 90 في المائة في غضون 21 يوماً وفقاً لـ301 باء أو اختبارات مماثلة، وهي غير سمية للكائنات المائية ولا تتراكم بيولوجياً، أما بالنسبة للمرافق التي تعمل بالقرب من الأنهار أو البحيرات أو المناطق المحمية، فتخفض المسؤولية البيئية المزروعة، فتخفض من الأراضي الزراعية.

كما أن معظم تركيبات المصابيح الاصطناعية خالية من الكبريت وغيرها من المركبات التآكلية التي يمكن أن تسهم في تكوين سلفيد النحاس في النفط المعدني، مما يزيل خطر ترسب الأحماض وتجارة الكهرباء المرتبطة بالكبريت التآكلي، وبالإضافة إلى ذلك، فإن المصابين بالزيوت المعدنية التقليدية في نسب صغيرة، ولكن إعادة تشكيل جهاز التحوّل من التلوث بالنفط المعدنية يتطلب وجود مقياس دقيق.

  • Biodegradability:] OECD 301B — >90% in 28 days.
  • Low ecotoxicity:] No harmful effects on Daphnia magna or algae (OECD 202, 201).
  • Minimal soil/water contamination] - يقلل من تكاليف التنظيف والعقوبات التنظيمية.
  • No corrosive sulfur compounds - protects copper windings from sulfur attack.

4 - التوسع في حياة المحولات من خلال تحقيق الاستقرار الأفضل

ويُحتمل أن يُعادَل الأكسدة النفط المعدني، ولا سيما في درجات الحرارة المرتفعة، وتكوِّن الأحماض، والحمأة، والأكسيدات التي تُحط من ورق العزل والفلزات التآكلية، وتُظهر سوائل المصابين بالضجر استقراراً أعلى من الأوكسجين بسبب هيكلهم الجزيئي المشبعة، الذي يفتقر إلى السندات المزدوجة التفاعلية التي تُوجد في أُسُر الطبيعية، مما يؤدي إلى تباطؤ في الحياة وسوائل.

ويقاس استقرار الاختراق كميا باستخدام اختبارات موحدة مثل ASTM D2272 (اختبارات الضغط المتناوبة فيزيسل أو IEC 61125) كما أن المصابون بالتكسيد عادة ما يحققون الحد من إنتاج الزيت أكثر من النفط المعدني، وهذا يعني عمليا أن الفترة الفاصلة بين التغيرات في النفط يمكن أن تمتد من 15 إلى 20 سنة نموذجية بالنسبة للنفط المعدني إلى 30 سنة أو أكثر بالنسبة لأجهزة الصيانة الاصطناعية.

وعلاوة على ذلك، فإن المصابين بالصدمات الاصطناعية لديهم كفاءة عالية في الرطوبة - يمكن أن يستوعبوا ما يصل إلى 10 أضعاف كمية المياه من النفط المعدني دون أن يشكل الماء قطرات مجانية، وهذه الممتلكات تحول دون تكدس المياه على الورق، وتبقي قوة الديكليات عالية حتى في ظروف الرطوبة، ومع أن المياه تعجل بشيخوخة الخلايا، فإن قدرة الاستيعاب الدوائر على الازدهار تباطأ.

5- الأداء الديموائي العالي والتبريد

ويعتمد محولو الطاقة على القوة التغذوية للسائل المُزدحم لمواجهة الضغوط على الفولطية، ويسمح سوائل المصابون بالضوء الديكلي مقارنة بالنفط المعدني (التي تُحتمل أن تكون > 60 كيلوفولط في حالة جديدة) ولكن مع وجود مقاومة أفضل لتخفيضات ناجمة عن الرطوبة، ويؤدي ارتفاع معدل التطهير الغذائي من المصابيح (الدرجة 3-5) إلى زيادة الإجهاد في ميدان الكهرباء بين السوائل والورقوطيدرات.

كما أن خصائص التبريد في المصابيح الاصطناعية مفيدة، وعلى الرغم من أن ازدهارها أعلى من النفط المعدني عند درجة حرارة 40 درجة مئوية، فإن السلوك الحراري أعلى بنسبة تتراوح بين 10 و15 في المائة، وفي ارتفاع درجات حرارة التشغيل (80 درجة مئوية وما فوق) فإن انخفاض درجة الحرارة يكفي للحفاظ على التبريد الطبيعي الفعال.

التطبيقات والنظرات العملية

تصميمات جديدة للمتحولين

وعندما يكون محول الطاقة مصمما من الخدش لسوائل المصابيح الاصطناعية، يمكن للمهندسين أن يستغلوا نظام العزل الأمثل لتأثير خصائص السوائل: انخفاض قنوات النفط، وصغر أجهزة التبريد، وارتفاع كثافة الطاقة، إذ يقدم العديد من المصانع الرئيسية الآن خطوطا قياسية للمنتجات معادلة من قبل بأجهزة الإطفاء الاصطناعية لتطبيقات مثل محولات التربين، ومحولات تكلفة السكك الحديدية، ومجموع المتغيرات السائل.

أجهزة التمثيل الموجودة

إن تحويل محول مزود بالغاز المعدني إلى سوائل المصاب بالسترات التركيبية هو مسار قابل للتحسين ولكنه يتطلب تخطيطا دقيقا، فالعزلة الصلبة القائمة )الورقة، اللوحة الصحفية( متوافقة، ولكن يجب أن تُستنزف المحول بشكل شامل، وأن تُدفأ، وأن تُحرك فراغا لإزالة النفط المعدني المتبقي، ومع ذلك قد يلزم تغيير السماسات والطلاء بسبب الاختلافات في الممتلكات المبردة.

المعايير والامتثال

وتشمل المعايير الرئيسية التي تحكم سوائل المصابيح الاصطناعية ما يلي:

  • IEC 61099] - مواصفات للآفات العضوية الاصطناعية غير المستعملة لأغراض كهربائية.
  • IEE C57.154] - دليل لاستخدام سوائل المصاب بالاحترام الطبيعي والاصطناعي في المحولات.
  • IEC 60076-22-3] - Power transformers, Part 22-3: Transformer and reactor fittings — Insulating liquid (synthetic and natural esters).
  • ASTM D6871] - Standard Specification for Natural (Vegetable Oil) Ester Fluids used in Electrical Apparatus (also applicable to synthetic esters by reference).

وعند تحديد المصابيح الاصطناعية، من الضروري التحقق من أن السوائل تستوفي المعايير المناسبة لفئة الفولطام والظروف البيئية، ويوفر المصنعون صحائف بيانات ذات بارامترات رئيسية: الحساسية الكينية، نقطة الصعود، نقطة الوميض، التحلل الغذائي، عامل التشت، استقرار الأكسدة.

تحليل التكاليف

وعادة ما تكلف سوائل المصابيح الاصطناعية أكثر من النفط المعدني بثلاثة إلى ٥ أضعاف، غير أن التحليل الشامل لتكاليف دورة الحياة يجب أن يشمل ما يلي:

  • الوفورات في نظم حماية الحرائق )قوارب إطلاق النار، والرشاشات، وهياكل احتواء النفط(.
  • انخفاض تكلفة إغلاق المحولات (مثلاً بالنسبة للمنشآت الخارجية التي لا توجد فيها جدران مأهولة).
  • فترات أطول من تبادل النفط وعمال الصيانة الأقل
  • انخفاض أقساط التأمين البيئي أو احتياطيات المسؤولية.
  • انخفاض مخاطر الطفرات غير المخطط لها من الحريق أو التسرب

وتبين دراسات عديدة أن المصابين بالصدمات التركيبية، بالنسبة للمحولين الذين يصنفون على أعلى من 10 أمبير أمبير أو في مواقع حساسة، يقدمون محركات إيجابية صافية من طراز NPV على مدى 30 إلى 40 سنة، وبالنسبة لمحولي التوزيع، قد يكون من الصعب تبرير أقساط التكلفة دون وجود حرائق محددة أو عوامل بيئية، على الرغم من أن الأنظمة الأخيرة في بعض البلدان الأوروبية تُلزم بسوائل عالية من نقاط إطلاق النار بالنسبة للمنشآت داخلية وقربة من البناء.

التحديات والحدود

وعلى الرغم من المزايا، فإن سوائل المصاب بالضوء التركيبي ليست حلاً عالمياً، إذ أن ارتفاع درجة ارتقائها عند درجات الحرارة الباردة (مثلاً، أقل من 20 درجة مئوية) يمكن أن يعوق الانتصاب الطبيعي في المناخات الباردة، مما يتطلب حرارة أو إجراءات خاصة لبدء التشغيل، كما أن لديها كثافة أعلى مما يمكن أن يؤثر على متطلبات حجم النفط، علاوة على أن المصابين بالزيوت الاصطناعية لديهم فقدان في الوجبات الغذائية (المعامل) بدرجة طفيفة.

كما يجب التحقق من إمكانية المقارنة مع متغيرات النمر الموجودة في الحمولة، حيث أن بعض تصميمات الترميز النفطي يمكن أن تؤدي إلى انبعاثات الكربون، بينما يتعامل المصانع مع هذا البئر، يوصي بعض المصنّعين بإجراءات اختبار محددة، وعلى العموم، فإن التقييم الهندسي المتأنق أمر أساسي عند اعتماد سوائل المكسور الاصطناعية للارتداد أو التصميمات الجديدة.

خاتمة

إن سوائل المصابون بالصدمات التركيبية تمثل تقدما كبيرا في غرس المحولات وتكنولوجيا التبريد، إذ أن الجمع بين هذه المواد وبين السلامة العالية من الحرائق، والتحلل الأحيائي الاستثنائي، والأداء الحراري الأعلى، والطول، يتصدى للعديد من التحديات الملحة التي تواجه الشبكات الكهربائية الحديثة: التحضر، والتنظيم البيئي، والتكامل المتجدد، وموثوقية الأصول، وفي حين أن التكلفة الأولية أعلى، فإن التكلفة الإجمالية للملكية على حياة المحولات تتطور في كثير من الأحيان بسبب انخفاض تكاليف خدمات الحماية من الحرائق.

For further reading on technical performance and case studies, refer to CIGRE TB 755 - Use of Ester Fluids in Transformers, the ]IEE C57.154 Guide], and manufacturer datasheets such as Midtic estel’s