في مجال محولات الطاقة، يُعد اختيار زيت المحولات أمرًا بالغ الأهمية، إذ يلعب دورًا محوريًا في ضمان تشغيل هذه الأجهزة الكهربائية الحيوية بكفاءة وموثوقية. يؤدي زيت المحولات وظائف متعددة، مثل توفير العزل الكهربائي، وتسهيل نقل الحرارة للتبريد، وإخماد الأقواس الكهربائية في حالة الأعطال. من بين الأنواع المختلفة المتاحة، يُستخدم نوعان شائعان هما الزيت المعدني وزيت الإستر الاصطناعي.

الزيوت المعدنية

1. التكوين والمصدر

يُستخرج الزيت المعدني من النفط الخام عبر سلسلة من عمليات التكرير. يتكون أساسًا من الهيدروكربونات، وهي جزيئات طويلة السلسلة تتكون من ذرات الهيدروجين والكربون. تتضمن عملية التكرير التقطير، والاستخلاص بالمذيبات، والمعالجة الهيدروجينية لإزالة الشوائب والمكونات غير المرغوب فيها، مما ينتج عنه زيت عازل عالي الجودة.

2. الخصائص الرئيسية

·العزل الكهربائييتميز الزيت المعدني بخصائص عزل كهربائي ممتازة. يتمتع بقوة عزل عالية، تتراوح عادةً بين 60 و70 كيلو فولت/مم. تتيح له هذه الخاصية فصل الموصلات الكهربائية داخل المحول بفعالية، مما يمنع حدوث القوس الكهربائي وقصر الدائرة.

·الموصلية الحراريةيتميز أيضًا بموصلية حرارية جيدة، مما يُمكّنه من نقل الحرارة المتولدة داخل المحول بكفاءة إلى نظام التبريد. أثناء دوران الزيت في المحول، يمتص الحرارة من النقاط الساخنة، مثل اللفات والقلب، ويبددها عبر المشعات أو زعانف التبريد.

·لزوجةيتمتع الزيت المعدني بلزوجة مناسبة في درجات حرارة التشغيل العادية. تسمح هذه اللزوجة بتوزيع سلس للزيت داخل المحول، مما يضمن تبريدًا فعالًا. ومع ذلك، قد تتأثر لزوجته بتغيرات درجات الحرارة. ففي درجات الحرارة المنخفضة، تزداد اللزوجة، مما قد يُشكل تحديات لتدفق الزيت، بينما تنخفض اللزوجة في درجات الحرارة المرتفعة، مما قد يؤثر على قدرته على تكوين طبقة عازلة.

3. المزايا

·التكلفة - الفعاليةيُعدّ الزيت المعدني منخفض التكلفة نسبيًا مقارنةً ببعض أنواع زيوت المحولات الأخرى. ويساهم توفره الواسع وعمليات تكريره الراسخة في قدرته التنافسية من حيث التكلفة، مما يجعله خيارًا شائعًا للعديد من تطبيقات المحولات، وخاصةً في شبكات الطاقة واسعة النطاق حيث تُعدّ التكلفة عاملًا مهمًا.

·التوافقيتميز بتوافق جيد مع معظم مواد المحولات، بما في ذلك مواد العزل المستخدمة في اللفات والمكونات المعدنية لخزان المحول. هذا التوافق يقلل من خطر التفاعلات الكيميائية التي قد تؤثر على أداء المحول بمرور الوقت.

4. العيوب

·الأثر البيئيالزيوت المعدنية غير قابلة للتحلل الحيوي. في حال تسربها، قد تلوث التربة ومصادر المياه، مما يُسبب أضرارًا بيئية. وقد أدى هذا القلق البيئي إلى زيادة التدقيق واللوائح في بعض المناطق فيما يتعلق باستخدام المحولات المملوءة بالزيوت المعدنية والتخلص منها.

·خطر الحريقيتمتع الزيت المعدني بمقاومة منخفضة نسبيًا للحريق. ورغم أن المحولات الحديثة مصممة بخصائص أمان للحد من مخاطر الحريق، إلا أنه في حالة حدوث عطل داخلي خطير، قد يشتعل الزيت المعدني، مما قد يؤدي إلى حريق واسع النطاق.

5. التطبيقات

يُستخدم الزيت المعدني على نطاق واسع في محولات التوزيع، الشائعة الاستخدام في المناطق السكنية والتجارية، لتخفيض جهد الكهرباء العالي لاستهلاك المستخدم النهائي. كما يُستخدم في العديد من محولات الطاقة في شبكة النقل، حيث تجعله فعاليته من حيث التكلفة وموثوقيته خيارًا مناسبًا لتطبيقات نقل الطاقة واسعة النطاق.

زيت إستر الصناعي

1. التكوين والمصدر

يُصنّع زيت الإستر الاصطناعي كيميائيًا بدلًا من استخلاصه من مصادر طبيعية كالنفط الخام. ويُصنع عادةً بتفاعل الأحماض الدهنية مع الكحولات أو بعمليات كيميائية أخرى. تتميز الإسترات الاصطناعية الناتجة بتركيب جزيئي محدد، ويمكن تعديلها لإظهار خصائص محددة.

2. الخصائص الرئيسية

·قوة عازلة عاليةغالبًا ما يتميز زيت الإستر الاصطناعي بقوة عزل كهربائية تُضاهي أو تفوق قوة العزل الكهربائي للزيت المعدني، مما يُوفر عزلًا كهربائيًا ممتازًا. هذا يجعله مناسبًا للاستخدام في محولات الجهد العالي حيث يكون العزل الموثوق أمرًا بالغ الأهمية.

·الاستقرار الحرارييتميز باستقرار حراري ممتاز، مما يسمح له بالعمل في درجات حرارة أعلى دون أي تدهور ملحوظ. تُعد هذه الخاصية مفيدة بشكل خاص في المحولات العاملة تحت أحمال ثقيلة أو في بيئات ذات درجات حرارة محيطة عالية، حيث يتحمل درجات الحرارة المرتفعة ويحافظ على أدائه لفترة أطول.

·القابلية للتحلل البيولوجيمن أهم مزايا زيت الإستر الصناعي قابليته العالية للتحلل البيولوجي. في حال انسكاب الزيت، يتحلل طبيعيًا في البيئة، مما يقلل من احتمالية حدوث أضرار بيئية طويلة الأمد.

3. المزايا

·تعزيز السلامة من الحرائقيتميز زيت الإستر الصناعي بمقاومة أعلى بكثير للحرائق مقارنةً بالزيت المعدني. كما يتميز بنقطة وميض ودرجة حرارة اشتعال ذاتي أعلى، مما يعني أنه أقل عرضة للاشتعال في حالة حدوث عطل كهربائي. هذه الخاصية تجعله الخيار الأمثل للمنشآت التي تُعدّ السلامة من الحرائق فيها مصدر قلق كبير، مثل المباني ذات الكثافة السكانية العالية أو المناطق القريبة من البنى التحتية الحساسة.

·عمر خدمة أطولبفضل ثباته الحراري الممتاز ومقاومته للأكسدة، يتميز زيت الإستر الصناعي بعمر خدمة أطول من الزيت المعدني. هذا يُسهم في خفض تكاليف الصيانة وتقليل الحاجة إلى استبدال زيت المحولات طوال عمره الافتراضي.

4. العيوب

·تكلفة أعلى:يُعد إنتاج زيت الإستر الاصطناعي أكثر تكلفةً مقارنةً بالزيت المعدني. وتساهم عمليات التركيب الكيميائي المعقدة وتكلفة المواد الخام في ارتفاع سعره. وقد يحد عامل التكلفة هذا من استخدامه على نطاق واسع في بعض التطبيقات الحساسة للتكلفة.

·تحديات التوافقعلى الرغم من توافق زيت الإستر الاصطناعي مع العديد من مواد المحولات، إلا أنه قد تكون هناك بعض مشاكل التوافق مع أنواع معينة من الأختام والحشيات. لذا، يلزم إجراء دراسة واختبار دقيقين أثناء تصميم وتركيب المحولات التي تستخدم زيت الإستر الاصطناعي لضمان التوافق التام.

5. التطبيقات

يتم استخدام زيت الإستر الاصطناعي بشكل متزايد في محولات الجهد العالي في المناطق الحضرية، حيث تكون السلامة من الحرائق والمخاوف البيئية أكثر بروزًا. كما أنه يستخدم في المحولات المثبتة في المنشآت الصناعية حيث تكون ظروف التشغيل قاسية، ويمكن أن يوفر عمر الخدمة الأطول للزيت وفورات كبيرة في التكلفة على المدى الطويل.

في الختام، يُعدّ الزيت المعدني وزيت الإستر الاصطناعي نوعين مهمين من زيوت المحولات، ولكل منهما خصائصه ومزاياه وعيوبه. ويعتمد الاختيار بينهما على عوامل متعددة، منها المتطلبات الخاصة بتطبيق المحول، واعتبارات التكلفة، والاعتبارات البيئية، واحتياجات السلامة من الحرائق.