تحليل أعطال ملفات المحولات الكهربائية: الأسباب، التشخيص، والمعالجة

المقدمة

تعتبر أعطال ملفات المحولات من أكثر المشاكل خطورة في أنظمة القوى الكهربائية، حيث تؤدي إلى انقطاع التيار وتكبد خسائر مادية كبيرة. يقدم هذا التحليل الشامل رؤية علمية متعمقة لأعطال الملفات بناءً على المصدر التقني المذكور.

أنواع أعطال ملفات المحولات الرئيسية

1. أعطال الدائرة القصيرة (Short Circuit Faults)

الآلية الفيزيائية: تحدث عندما يتعرض العزل الكهربائي بين اللفات لانهيار بسبب:

• إجهادات كهربائية عابرة (Transient Overvoltages)
• تدهور حراري متراكم
• قوى كهرومغناطيسية ميكانيكية أثناء دوائر القصر

التأثيرات:

• تيارات دوائر قصر عالية تصل إلى 25-30 ضعف التيار المقنن
• إجهادات حرارية قد تصل إلى 500-700°C موضعياً
• قوى كهرومغناطيسية تصل إلى عدة أطنان لكل متر من الموصل

2. أعطال الدائرة المفتوحة (Open Circuit Faults)

المسببات:

• فشل ميكانيكي في وصلات التوصيل
• تآكل نقاط اللحام بسبب دورات التحميل الحرارية
• عيوب تصنيعية في الوصلات الداخلية

الخصائص:

• ارتفاع درجة حرارة الوصلة المعيبة وفق قانون Joule (P=I²R)
• تفريغ جزئي (Partial Discharge) عند الوصلات المفكوكة

أدوات التشخيص المتقدمة

1. تحليل الاستجابة الترددية (Frequancy Response Analysis – FRA)

المبدأ العلمي: تقييم تغير معاوقة الملفات مع التردد (20Hz-2MHz) لاكتشاف:

• تشوهات هندسية في الملفات
• تغيرات في معامل الحث المتبادل
• انزياحات في ترددات الرنين الطبيعية

دقة النتائج: قادرة على كشف تغيرات بنسبة 0.1% في هندسة الملف

2. قياس نسبة التحويل (Turns Ratio Test)

التطبيق:

• كشف اختلال في عدد اللفات الناتج عن دوائر قصر بين اللفات
• معادلة الحساب: TTR = V_primary / V_secondary

حساسية القياس: تصل إلى 0.1% من النسبة المقننة

3. تحليل الغاز الذائب (Dissolved Gas Analysis – DGA)

الغازات المؤشرة:

• H₂ (>100 ppm): تفريغ جزئي
• CH₄ + C₂H₆: تسخين حراري متوسط (150-300°C)
• C₂H₂: قوس كهربائي (>700°C)

معدل التولد الحرجة: معدل زيادة تركيز الغاز >10% يومياً

استراتيجيات الوقاية والصيانة

1. مراقبة الحالة الديناميكية (Online Monitoring)

• أجهزة قياس درجة الحرارة المضمنة (Fiber Optic Sensors)
• أنظمة مراقبة التفريغ الجزئي (UHF Sensors)
• تحليل الاهتزازات الميكانيكية (Accelerometers)

2. بروتوكولات الصيانة الاستباقية

• فحوصات دورية كل 2-5 سنوات للمحولات الحرجة
• تحليل الاتجاهات (Trend Analysis) للمعاملات الكهربائية
• تطبيق معيار IEEE C57.104 لتحليل الغازات

تقنيات إعادة التأهيل

• إعادة لف الملفات باستخدام عزل من فئة H (180°C)
• معالجة الرطوبة بالتسخين الفراغي (Vacuum Drying <0.1% moisture)
• حقن الراتنجات الإيبوكسية لتعويض تدهور العزل

الخاتمة

تتطلب إدارة أعطال ملفات المحولات فهماً شاملاً للتفاعلات الكهربائية-الحرارية-الميكانيكية. توفر التقنيات التشخيصية الحديثة إمكانية الكشف المبكر، بينما تسمح استراتيجيات الصيانة القائمة على الحالة بتحسين العمر التشغيلي للمحولات بنسبة تصل إلى 30-40%.