الانفراغات الجزئية (PD) هي ظاهرة كهربائية تحدث في أنظمة العزل الكهربائي، مثل المحولات، الكابلات، المعدات الكهربائية في محطات التحويل، وغيرها من الأجهزة الكهربائية التي تعمل على الجهد العالي أو المتوسط. وقد أظهرت الدراسات أن أكثر من 85% من الأعطال في تجهيزات الجهد العالي والمتوسط تُعزى إلى الانفراغات الجزئية، مما يسبب تدهور العزل وفشل المعدات مع مرور الوقت.
1. ما هي الانفراغات الجزئية؟
التفريغ الجزئي هو انهيار كهربائي جزئي يحدث في جزء صغير من مادة العزل داخل المعدات الكهربائية. وتحدث هذه الظاهرة عندما يتجاوز شدة الحقل الكهربائي (Electric Field Strength) قدرة التحمل الانهياري (Breakdown Strength) للمادة العازلة في هذا الجزء. يمكن أن يظهر التفريغ الجزئي في العديد من الأشكال المختلفة، ومنها:
- عبر سطح العزل (نتيجة تلوث أو تلف السطح).
- داخل فقاعات الغاز في المواد العازلة السائلة (مثل الزيت).
- داخل الفراغات أو تجاويف في المواد العازلة الصلبة.
- حول النواقل في حالة ظهور ظاهرة الكورونا (Corona Discharge).
2. طبيعة الانفراغات الجزئية:
- الانبعاثات الكهرومغناطيسية:
عند حدوث الانفراغ الجزئي، تنبعث موجات راديوية، ضوء، و حرارة، نتيجة لتفريغ الطاقة الكهربائية. - الانبعاثات الصوتية:
يتسبب التفريغ الجزئي في إنتاج أصوات فوق صوتية أو أصوات مسموعة، ويمكن أن يُلتقط هذا الصوت باستخدام أدوات خاصة. - الأوزون والاكاسيد:
ينتج عن التفريغ الجزئي أيضًا غاز الأوزون وبعض الأكاسيد التي تتسبب في تدهور العزل.
3. أسباب تدهور العزل:
تعتبر الانفراغات الجزئية دليلاً على أن مادة العزل تتدهور بمرور الوقت. إذا لم يتم علاج هذا التدهور، فإن العزل يصبح غير قادر على تحمل الإجهاد الكهربائي، مما يؤدي إلى حدوث وميض أو فشل كامل للنظام الكهربائي.
- في كثير من الأحيان، تكون عملية التدهور تدريجية، وتبدأ الانفراغات الجزئية في النمو، مما يؤدي إلى تدهور العزل بشكل أكبر، وفي النهاية الفشل المفاجئ قد يحدث، مما يتسبب في أضرار كارثية في الأنظمة الكهربائية ذات الجهد العالي أو المتوسط، ويؤدي إلى انقطاع التغذية الكهربائية.
4. أساليب الكشف عن الانفراغات الجزئية:
بسبب خطورة الانفراغات الجزئية وتأثيرها على المكونات الكهربائية، فإن الكشف المبكر لهذه الظاهرة أمر بالغ الأهمية. هناك تقنيتان رئيسيتان للكشف عن الانفراغات الجزئية:
1. الموجات فوق الصوتية (Ultrasound):
- تستخدم هذه التقنية للكشف عن الانفراغات التي تحدث على السطح (مثل العوازل والأجزاء التالفة).
- يعتمد المبدأ على التقاط الانبعاثات الصوتية التي تحدث نتيجة التفريغ الجزئي. هذه الانبعاثات يمكن أن تتحول إلى تردد مسموع باستخدام أدوات خاصة لتحويل الترددات فوق الصوتية.
- يتم إرسال الصوت عبر سماعات الأذن ليتمكن الفني من سماعه، ثم يتم قياس شدته لتحليل حالة الانفراغ الجزئي في الجزء المختبر.
2. الكشف عن التفريغ الداخلي باستخدام نبضات الجهد (Capacitive Coupling):
- التفريغ الداخلي يتم الكشف عنه بواسطة نبضات الجهد التي تظهر على المعادن أو الأسطح القريبة من مادة العزل.
- عندما يحدث التفريغ الجزئي داخل المادة العازلة، يتم كشفه باستخدام المكثفات أو التحليل السعوي (Capacitive Coupling) الذي يلتقط الإشارات من التفريغ عبر المعدن المحيط بالمادة العازلة.
- يتم استخدام هذه التقنية لقياس التأثيرات الداخلية التي قد تكون غير مرئية باستخدام التقنيات الأخرى.
5. أهمية الكشف المبكر:
من خلال الكشف المبكر عن الانفراغات الجزئية، يمكن اتخاذ الإجراءات الوقائية، مثل:
- صيانة الأجهزة المتضررة.
- استبدال الأجزاء التالفة.
- تنفيذ برامج صيانة وقائية لتفادي حدوث الأعطال المستقبلية.
6. التقارير والتوصيات:
بعد إجراء التحليل الشامل للكشف عن الانفراغات الجزئية، يتم إصدار تقرير مفصل يحتوي على:
- تفاصيل عن أي مشاكل تم العثور عليها، مثل وجود تفريغ جزئي في أجزاء معينة.
- التوصيات للإجراءات التصحيحية مثل إصلاح الأجزاء المتأثرة أو استبدالها لتفادي حدوث الأعطال.
- بناءً على هذا التقرير، يمكن تنفيذ برنامج للصيانة أو إعادة تأهيل المعدات.
7. أهمية الكشف والتشخيص المبكر:
يعد الكشف المبكر عن الانفراغات الجزئية أمرًا بالغ الأهمية لأنه يمنع التدهور التدريجي للعزل ويساهم في زيادة موثوقية النظام الكهربائي. كما يساعد في تقليل التكاليف المرتبطة بالصيانة والإصلاحات التي تحدث نتيجة لفشل المعدات الكهربائية بسبب الانفراغات الجزئية.
الخلاصة:
- الانفراغات الجزئية هي واحدة من الأسباب الرئيسية التي تؤدي إلى الأعطال في تجهيزات الجهد العالي والمتوسط.
- يمكن أن تؤدي هذه الظاهرة إلى تدهور العزل وفشل المعدات إذا لم يتم اكتشافها ومعالجتها في الوقت المناسب.
- يتم الكشف عنها باستخدام تقنيات الموجات فوق الصوتية و الكشف السعوي، مما يتيح إجراء صيانة استباقية لتقليل الأعطال.
