في نظام الطاقة، يؤثر اختيار مواد العزل للمحولات ومعدات التبديل بشكل مباشر على سلامة وعمر تشغيل المعدات. مع انتشار المواد الصديقة للبيئة الجديدة في عام 2025، أصبح كيفية الاختيار العلمي للأنواع تحت ظروف العمل المعقدة محط اهتمام الصناعة. من الأبعاد الثلاثة لخصائص المواد، وسيناريوهات التطبيق، وفعالية التكلفة، يجمع هذا المقال أحدث بيانات الصناعة لمقارنة وتحليل ملاءمة المواد السائدة مثل راتنج الإيبوكسي والسيليكون المطاطي، ويقدم اقتراحات عملية للاختيار لمساعدة المهندسين على تحسين تصميم مخططات العزل.

1. مقارنة الخصائص الأساسية لمواد العزل لمعدات الطاقة

يظهر تقرير الصناعة لعام 2025 أن مستوى مقاومة الحرارة وقوة العزل الكهربائي لمواد العزل ما زالت المؤشرات الأساسية للاختيار. على سبيل المثال، تستخدم المعدات المغمورة بالزيت غالبًا ورق السليلوز، حيث يمكن أن يصل جهد الانهيار إلى 35 كيلو فولت/مم، ولكن مقاومة الحرارة للمادة المركبة الجديدة من الأراميد تصل إلى 220 درجة مئوية، مما يجعلها أكثر ملاءمة للبيئات ذات الحرارة العالية.

1.1 جدول أداء المواد الشائعة للمحولات

عند مقارنة أجزاء الإيبوكسي المصبوبة بورق Nomex: يتمتع الأول بقوة ميكانيكية عالية (قوة الانحناء ≥120 ميجا باسكال) وهو مناسب للمحولات ذات السعة الكبيرة؛ بينما يتميز الأخير بمقاومة ممتازة للرطوبة (امتصاص الماء <1%) وله ميزة أكبر في المناطق الساحلية حيث تزيد الرطوبة عن 80%. تظهر البيانات المقاسة لمحطة فرعية جنوبية أن معدل فشل المحولات باستخدام Nomex المحسن انخفض بنسبة 42%.

1.2 النقاط الرئيسية لاختيار مواد معدات التبديل

تُستخدم المواد المركبة SMC (البلاستيك المصبوب بالألواح) عادةً في معدات التبديل متوسطة الجهد، حيث تتمتع بخصائص مقاومة للاحتراق بمستوى V0 وتقلل الوزن بنسبة 30%. ومع ذلك، يجب ملاحظة أن المناطق التي تزيد عن 2000 متر فوق مستوى سطح البحر يجب أن تختار مواد مقاومة للتآكل الكهربائي، مثل راتنجات الإيبوكسي مع حشوات AlOo، والتي يمكن أن تزيد مقاومة التفريغ الجزئي بأكثر من 3 مرات.

2. استراتيجيات تكيف المواد في سيناريوهات مختلفة

وفقًا للمواصفات الفنية لعام 2025 من الشبكة الكهربائية الوطنية، أصبحت القدرة على التكيف البيئي المعيار الجديد للاختيار. على سبيل المثال، تحتاج المتنزهات الكيميائية إلى التركيز على مقاومة التآكل - حيث أن عمر معدات التبديل المطلية بـ PTFE في بيئة HSS أطول بـ 5-8 سنوات من المواد التقليدية.

2.1 خطة الاستجابة للمناخ الخاص

في المناطق القطبية (أقل من -40 درجة مئوية)، يُنصح باستخدام عوازل السيليكون المطاطي المركبة، حيث ينخفض معامل المرونة بنسبة 15% فقط في درجات الحرارة المنخفضة، بينما يصبح راتنج الإيبوكسي هشًا ويتشقق. أثبتت حالة تحويل محطة فرعية شمالية شرقية أن معدل فشل المعدات في الشتاء انخفض بنسبة 67% بعد استبدال المواد.

2.2 الاختيار المتطابق للمعدات الذكية

يتطلب نظام المراقبة عبر الإنترنت للمحطات الفرعية الذكية أن تكون المواد حساسة للحرارة. يمكن لراتنج الإيبوكسي الجديد المطعم بكربيد السيليكون أن يُطلق إنذارًا مبكرًا عند 120 درجة مئوية، ويصدر إنذارًا لارتفاع الحرارة قبل 20 دقيقة من المواد التقليدية، مما يوفر وقتًا حاسمًا لاستكشاف الأخطاء وإصلاحها.

3. ممارسة موازنة التكلفة والكفاءة

في ظل زيادة تكاليف المواد بنسبة 12% في عام 2025، أصبح حساب تكلفة دورة الحياة الكاملة هو السائد. على الرغم من أن سعر وحدة غلاف الحافلة المطاطي السيليكوني أعلى بنسبة 40% من PVC، إلا أن خصائصه التي لا تحتاج إلى صيانة يمكن أن توفر حوالي 150,000 يوان/كم في تكاليف التشغيل والصيانة لمدة 8 سنوات.

3.1 تكوين البرنامج الاقتصادي

لمشاريع تجديد الشبكة الزراعية ذات الميزانية المحدودة، يُنصح بمواد البوليستر المقوى بألياف الزجاج (FRP). تظهر البيانات المقاسة أن خصائص العزل الخاصة بها تلبي احتياجات توزيع الطاقة 10 كيلو فولت، وتكلفة المواد أقل بنسبة 35% من SMC، مما يجعلها مناسبة بشكل خاص للمحطات الفرعية في المناطق الريفية التي يقل معدل تحميلها عن 60%.

3.2 تحسين مواد ومعدات النخبة

يُنصح باستخدام المواد المركبة المعدلة بالنانو لمشاريع الجهد الفائق فوق 750 كيلو فولت. يمكن لإضافة 2% من راتنج الإيبوكسي المطعم بالجرافين التحكم في التفريغ الجزئي إلى أقل من 5 بيكو كولوم، ومع عملية الصب الفراغي، يمكن تقليل ضوضاء المحول بمقدار 8 ديسيبل لتلبية متطلبات الحماية البيئية لمحطات الفرع المركزية في المدن.

يحتاج اختيار مواد العزل لمعدات الطاقة إلى النظر الشامل في المعايير الفنية، والخصائص البيئية، والفوائد الاقتصادية. مع التطور السريع للمواد الصديقة للبيئة والذكية، يُنصح الوحدات الهندسية بإنشاء قاعدة بيانات ديناميكية للاختيار وتحديث جدول مقارنة أداء المواد بانتظام. المبدأ الأساسي هو إيجاد التوازن الأمثل بين الابتكار التكنولوجي والقيمة العملية بناءً على سلامة تشغيل المعدات وتكلفة دورة الحياة الكاملة. في السنوات الثلاث المقبلة، مع التطبيق التجاري لمواد العزل القابلة للتحلل البيولوجي، قد تشهد معايير اختيار الصناعة جولة جديدة من الابتكار.