تعد مواد العزل من أهم المواد المستخدمة في المحولات، حيث يؤثر أداؤها وجودتها مباشرة على موثوقية تشغيل المحول وعمره الافتراضي. في السنوات الأخيرة، ظهرت مواد عزل جديدة مستخدمة في منتجات المحولات بشكل متواصل. كموظف في مجموعة العزل الذي يتعامل مع أجزاء العزل يوميًا، ينبغي عليه تعلم المزيد من المعرفة الشاملة حول مواد العزل. في هذا التدريب، سيتم تقديم الأساسيات وأحدث التطورات في مواد عزل المحولات. نأمل أن نثري معرفتكم بالعزل ونقدم المساعدة في إنتاج أجزاء العزل في المستقبل.

1. نظرة عامة على مواد عزل المحولات.

مع التطور السريع للعلوم والتكنولوجيا، أصبحت المعدات الكهربائية مثل المحركات والمحولات تستخدم على نطاق واسع بشكل متزايد. ومع ذلك، تعتمد موثوقية وعمر المحول الافتراضي إلى حد كبير على مادة العزل المستخدمة. تحظى مواد العزل باهتمام متزايد من قبل العاملين في تصميم وتصنيع المحولات.

في العقدين الماضيين، ظهرت وتطورت منتجات وتقنيات ونظريات جديدة في مجال مواد عزل المحولات بشكل مستمر، مما جعل مواد عزل المحولات وتطبيقاتها تشكل تخصصًا في غاية الأهمية.

1.1 مقدمة عن مواد العزل

مواد العزل، المعروفة أيضًا باسم العازل الكهربائي، هي مواد ذات مقاومة كهربائية عالية وتوصيلية منخفضة. يمكن استخدام مواد العزل لعزل الموصلات المشحونة أو ذات الجهد المختلف، مما يجعل التيار يسير في اتجاه معين. في منتجات المحولات، تلعب مواد العزل أيضًا دورًا في تبديد الحرارة، التبريد، الدعم، التثبيت، إخماد القوس الكهربائي، تحسين تدرج الجهد، مقاومة الرطوبة، مقاومة العفن، وحماية الموصلات.

تصنف مواد العزل حسب مستوى الجهد: تنقسم عمومًا إلى: Y (90°)، A (105)، E (120°C)، B (130°C)، F (155°C)، H (180°C)، C (أكبر من 180°C).

يشير مستوى تحمل الحرارة لمواد عزل المحولات إلى أقصى درجة حرارة يمكن أن تتحملها مادة العزل داخل المحول. إذا تم استخدام مادة العزل بشكل صحيح، يمكن ضمان عمر خدمة المادة لمدة 20 عامًا. وإلا، فسيتم تطبيق قانون 8C (لكل زيادة 8°C في درجة حرارة عزل الفئة A، ينخفض العمر الافتراضي للنصف، وعزل الفئة B هو 10°C، وعزل الفئة H هو 12°C. يُعرف هذا القانون بقانون 8°C للشيخوخة الحرارية) مما يقلل العمر الافتراضي. تكون مقاومة الحرارة لمواد العزل المكونة من مواد بوليمرية عالية أقل بمقدار النصف مقارنةً بالعوازل غير العضوية.

ترتبط خصائص مواد العزل ارتباطًا وثيقًا بتكوينها الجزيئي وبنيتها الجزيئية.

تتنوع مواد عزل المحولات، ويمكن تقسيمها حسب أشكالها إلى مواد عزل غازية، مواد عزل سائلة، ومواد عزل صلبة.

2. المعايير الأساسية الأربعة للخصائص الكهربائية لمواد عزل المحولات.

تشمل المعايير الأساسية الأربعة للخصائص الكهربائية لمواد عزل المحولات مقاومة العزل، معامل العزل الكهربائي، عامل فقد العزل، وقوة العزل.

2.1 مقاومة العزل

2.1.1 مفهوم مقاومة العزل

تشير مقاومة مادة العزل إلى أن مادة العزل تتعرض لضغط طويل الأمد تحت تأثير جهد مستمر، ويختفي تيار الشحن وامتصاص التيار على الخط، ويبقى فقط قيمة المقاومة عند مرور تيار التسرب. يُحدد عادةً أنه بعد إضافة الجهد لمدة دقيقة واحدة، تكون قيمة المقاومة المقاسة هي قيمة مقاومة العزل. بالنسبة للمحولات عالية الجهد وكبيرة السعة، يتم قياس مقاومة العزل بعد الضغط لمدة 10 دقائق.

2.1.2 العوامل المؤثرة على مقاومة العزل

2.1.2.1 العلاقة بين درجة الحرارة ومقاومة العزل

مع ارتفاع درجة الحرارة، تنخفض المقاومة النوعية بشكل أسي. وذلك لأن ارتفاع درجة الحرارة يزيد من حركة الجزيئات الحرارية، ويزيد متوسط الطاقة الحركية للجزيئات، مما يزيد من احتمالية وصول الطاقة الحركية للجزيئات إلى طاقة التنشيط، ويجعل انتقال الأيونات أسهل.

2.1.2.2 العلاقة بين الرطوبة ومقاومة العزل

تتسرب المياه إلى العازل، مما يزيد من الأيونات الموصلة، ويمكن أن يعزز انفصال الشوائب والجزيئات القطبية. لذلك، تقل مادة العزل مع زيادة الرطوبة، خاصةً الورق العازل أو الكرتون العازل، حيث تنخفض مقاومة العزل بشكل أكبر.

لرطوبة سطح العازل تأثير حساس جدًا على مقاومة سطحه. تجذب المواد المحبة للماء مثل المواد القطبية البلورية الأيونية الماء أكثر من التماسك بين جزيئات الماء، مما يقلل الطبقة المائية المستمرة على السطح من مقاومة السطح. لذلك، تنخفض مقاومة العزل للمعدات الكهربائية بسبب الرطوبة، مما يؤدي إلى تيار تسرب زائد وتلف المعدات.

2.1.2.3 العلاقة بين الشوائب ومقاومة العزل

تزيد الشوائب في العازل من الأيونات الموصلة مباشرة، مما يتسبب في انخفاض المقاومة، وتختلط الشوائب بسهولة في المادة القطبية، مما يعزز انفصال الجزيئات القطبية ويجعل المزيد من الأيونات الموصلة.

يؤدي تلوث سطح العازل بالشوائب وامتصاص الرطوبة إلى انخفاض سريع في توصيل السطح. تعتبر مقاومة العزل للمادة العازلة من أكثر المعايير حساسية التي تعكس كمية الشوائب في المادة. في معايير مواد العزل، غالبًا ما تُستخدم طريقة قياس المقاومة الحجمية لقياس محتوى الشوائب في مواد العزل. لضمان مستوى العزل لمواد العزل، يجب على مصانع مواد العزل التحكم الصارم في نظافة بيئة الإنتاج.

2.1.2.4 العلاقة بين شدة المجال الكهربائي ومقاومة العزل عندما لا تكون شدة المجال الكهربائي عالية جدًا، يكون تأثير شدة المجال الكهربائي على قدرة نقل الأيونات والمقاومة النوعية ضئيلاً. عندما تزيد شدة المجال الكهربائي، تزداد قدرة نقل الأيونات مع زيادة شدة المجال الكهربائي، مما يتسبب في انخفاض المقاومة النوعية. عندما تصل شدة المجال الكهربائي إلى درجة قريبة من انهيار العازل، تنخفض المقاومة النوعية بشكل أسي بسبب انتقال عدد كبير من الإلكترونات.