عوازل محولات القدرة الكهربائية الهجينة Hybrid Insulation

كما هو معروف أن مادة kraft paper ذات طبيعة سلولوزية يتم إشباعها بزيت المحولات مما تعطي قوة عزل ممتازة للعوازل الصلبة في المحول والتي هي أحد العناصر الرئيسية الثلاثة لمقاومة العازلية، وهي :

1. الزيت.
2. العوازل الورقية أو العوازل الصلبة.
3. مسافة العزل.

في فترة الستينات وبالتحديد في عام 1960م ظهرت مواد عازلة جديدة أعطت تحسين في أداء مقاومة العازلية لمحولات القدرة الكهربائية لكون تلك المواد عبارة عن مواد صلبة ذات مقاومة عالية للحرارة، وأن الفائدة تكمن بأن هذه المواد تتكون من ليف الاراميد الصناعي synthetic aramid fiber فالمواصفة الكهربائية لهذه المادة أظهرت فاعليتها بشكل أفضل من مادة kraft paper في فحص Impulse test، أما من ناحية تحمل الإجهادات الكهربائية فهي مشابهة للعوازل السلولوزية المشبعة بالزيت وعليه فإن هذه الخواص استخدمت في نظام العزل الجديد ( العزل الهجين Hybrid Insulation ) لمحولات القدرة الكهربائية، حيث تم استخدامها في إصلاح محولات القدرة باستبدال عوازل الملفات القديمة بها، فأصبح من الممكن أن تتحمل تلك المحولات بهذه العوازل الجديدة حرارة تصل 105°م في أعلى المحول وهذا يعني بأن تحميل المحول سيزيد إلى 100%، وأن زيادة السعة للمحول سيعطي مرونة في نظام التحميل والتوزيع مما يغني عن إنشاء محطات أخرى جديدة وفق متطلبات الطلب والاحتياج للتيار الكهربائي الناتج عن توسع المدن وبموجب هذه العوازل الجديدة تم إعادة تأهيل أكثر من 200 محول قدرة في مصانع الولايات المتحدة الأمريكية، مما أغنى عن إنشاء محطات جديدة بسبب زيادة السعات الكهربائية لهذه المحولات وأن تطوير تقنيات العوازل لمحولات القدرة يعتبر أحد العوامل الرئيسية في تطوير محولات القدرة الكهربائية لغرض تحسين القوة الميكانيكية للملفات عندما يحدث فيها تغيير في خواص العزل بمرور الزمن بسبب تغيير قوة وصلابة الورنيش وبالتالي يؤدي هذا إلى فشل عمل المحولات بسبب أعطال دائرة العزل، ولغرض تجنب هذه الحالة تم تطوير نظام العزل الجديد  Hybrid Insulation الذي يُستخدم فيه الورق العازل aramid papers – cellulose papers والذي يُغنينا عن استخدام نظام الورنيش الذي غالبا يُستخدم في محولات التوزيع ذات السعات 100 – 2500 كيلو فولت امبير.

ومن أهم مميزات نظام  العزل الهجين Hybrid Insulation :

1. يُمكن تقليل مجاري التبريد بين طبقات الملف وتقويته في امتصاص وتحمل القوى الناتجة من دوائر القصر أثناء عمل المحول.
2. ذو موثوقية عالية في عزل أسلاك الملفات مما يطيل في العمر التشغيلي للمحول، لأن تحديد الحد الأقصى المسموح به للحرارة في المحول يعتمد بالدرجة الأساس على خواص الورق العازل الذي يحيط أو يُغلف أسلاك الملف، حيث أن الورق السلولوزية cellulose insulating paper المستخدم في المحولات يتحمل أقصى حرارة إلى 95 درجة مئوية عند معدل ارتفاع حرارة الملف إلى 55 درجة مئوية، وفي حالة نظام العزل الجديد حيث يُستخدم الورق العازل من النوع aramid insulation فيمكن أن يعمل المحول بصفة مستمرة وبحرارة قصوى تصل إلى 190 درجة مئوية على أقل تقدير ولا تتأثر خواص العوازل عند عمل المحول بدرجة حرارة 110 درجة مئوية.
3. إن استخدام هذا النظام الجديد قد طور وحسن في بناء تركيب الملفات مما أعطى قوة شد عالية للملفات، وكذلك أعطى جودة عالية في تحمل القوى الناشئة من دوائر قصر الملف short circuits.
4. قلل من مشعات التبريد  panel radiators بنسبة 25% .
5. في حالة التحميل العالي للمحول فإن  تيار التسريب leakage current يكون أقل مما هو عليه الحال في نظام العزل القديم الذي هو نظام الورنيش.
6. نتائج فحص مقاومة العازلية بواسطة معامل الفقد  tan delta تكون ذات قيمة أقل من نتائج فحص المحول المستخدم فيه نظام الورنيش وتحت نفس ظروف التشغيل، وهو مما يعني إمكانية تحسين كفاءة عوازل المحول.
7. نظام العزل الجديد يقلل تقادم أو استهلاك العوازل السلولوزية أثناء التحميل العالي.
8. كلفة بناء النظام الجديد تعادل 1.1 كلفة بناء النظام القديم الذي يستخدم الورنيش.
9. الموثوقية العالية عند المقارنة مع نظام العزل القديم الذي يستخدم نظام عزل الورنيشSolidified Varnish.
10. في النظام الجديد تقل حالات الفشل نتيجة ضعف قوى الشد الميكانيكية التي لا تتحمل القوى الناتجة من حالات قصر الدوائر  short circuits لملفات المحول.

ومن المواصفات والمميزات الأخرى لهذا النظام من العزل أنها تعتمد في العزل على مادة تسمى Nomex حيث تم استخدامها بدلاً عن مادة السلولوز cellulose، حيث تمنع هبوط مقاومة العازلية بسرعة إضافة إلى ذلك فإنها ذات تحمل حراري عالي.

إن مادة السلولوز عند درجة حرارة أعلى من 105 درجة مئوية تتحلل منبعث منها: أول أكسيد الكربون، وثاني أكسيد الكربون، وماء، مما يؤدي إلى خفض نوعية مواصفة الزيت وبالتالي إلى خفض مقاومة العازلية لكون الزيت يشكل أحد العناصر الرئيسية الثلاثة لمقاومة العازلية وهي:( الزيت – مسافة العزل – العوازل الورقية )
أما بالنسبة لمادة  Nomex – aramid  في حالة انخفاض مقاومة العازلية فإن الجزيئات المتسلسلة chain molecules
تنكسر أو تتكون سلاسل قصيرة وعلى عكس المادة السلولوزية فإنها  لا تعطي أي رطوبة أو ماء أو أي من الغازات المذابة الأخرى ولغاية 750، ومن المميزات الأخرى لنظام العزل الهجين Hybrid Insulation :

• لا يوجد انبعاث للغازات إلى  750°م .
• لا توجد ظاهرة فوران furan.
• لا يوجد انحلال في مواصفات الزيت.
• لا يوجد انحلال حراري إلى درجة حرارة أقل من 150°م.
• لا يوجد انبعاث للماء أو الرطوبة.
• كمية الأوحال قليلة مما يعطي كفاءة توصيل حراري جيدة.
• مرونة عالية في تشغيل المحول من حيث زيادة في العمر التشغيلي وتحميل عالي للمحول.

أدناه جدولان لمقارنة المميزات بين نظامي العزل الهجين Hybrid insulation والسلولوزي cellulose: