كيفية الحفاظ على أداء عزل قواطع الدائرة SF6؟

فهم خصائص غاز SF6 أمر بالغ الأهمية لسلامة العزل

القوة العازلة واعتماديتها على الضغط ودرجة الحرارة في غاز SF6

يتمتع غاز سداسي فلوريد الكبريت (SF6) بخصائص عازلة ممتازة، تفوق الهواء العادي بنحو 2.5 إلى 3 مرات، وذلك بسبب قدرة جزيئاته على التقاط الإلكترونات. وتعتمد فعالية هذا العزل بشكل كبير على كثافة الغاز، والتي تتغير حسب مستويات الضغط ودرجة الحرارة المحيطة. ومع ارتفاع الضغط، تزداد شدة التحمل العازل بشكل خطي. ولكن يجب الحذر عند انخفاض درجات الحرارة دون 5 درجات مئوية تحت الصفر، حيث يبدأ SF6 عندها في التحول إلى حالة سائلة وتتراجع الكثافة فجأة. حتى فقدان 10٪ فقط من كثافة الغاز بسبب التسرب أو الانكماش الناتج عن الطقس البارد أو التعبئة غير السليمة يمكن أن يقلل جهد الانهيار بنسبة تتراوح بين 15 إلى 20 بالمئة وفقًا لأبحاث IEEE لعام 2023. ويظل الحفاظ على ضغط التشغيل بين 4 و6 بار أمرًا بالغ الأهمية لمنع التفريغ الجزئي المزعج الذي يحدث أثناء الارتفاعات المفاجئة للجهد الكهربائي.

كيف تؤثر نقاء الغاز ومحتوى الرطوبة مباشرةً على جهد الانهيار

إن وجود شوائب يؤثر تأثيرًا كبيرًا على خصائص عزل غاز SF6. عندما تتجاوز مستويات الرطوبة 200 جزء في المليون، فإنها تتفاعل مع المواد الناتجة عن التفكك أثناء القوس الكهربائي مكونة حمض الهيدروفلوريك. وهذا يؤدي إلى تسريع تآكل التلامسات ويمكن أن يخفض جهد الانهيار بنسبة تتراوح بين 30 إلى 40 بالمئة. كما أن تلوث الهواء له أهمية كبيرة أيضًا. إذا تجاوز محتوى الأكسجين والنيتروجين نصف بالمئة، فإن قوة العزل تنخفض بنسبة تصل إلى 15%. فهذه الغازات تحمل جزيئات تؤدي إلى مضاعفة الإلكترونات بسرعة، وهي نتيجة نعلم جميعًا أنها غير مرغوبة. ولضمان عمر طويل للأنظمة، من الضروري إجراء فحوصات دورية لنقاء الغاز باستخدام كروماتوغرافيا الغاز. ويجب أن تظل مستويات الرطوبة أقل من 20 جزءًا في المليون بفضل الفخاخ المجففة المدمجة. وتُظهر بيانات الصناعة أنه وفقًا لبحث نشرته مجموعة CIGRE عام 2022، فإن كل زيادة بمقدار 50 جزءًا في المليون في الرطوبة ترفع احتمالية حدوث الأعطال بنسبة 18%. ولهذا السبب لا يمكن أبدًا التهاون في التحكم بالرطوبة، إذ إنها تؤثر ليس فقط على كفاءة العزل، بل أيضًا على المدة التي تدومها المكونات قبل الحاجة إلى استبدالها.

ضمان كثافة غاز SF6 وسلامة الإغلاق

إن الحفاظ على مستويات كثافة الغاز المناسبة في مقاطعات SF6 له أهمية كبيرة لأسباب تتعلق بالسلامة. فقوة العزل الكهربائي تتضرر بشدة عند حدوث أي نقص في الكثافة، ونحن نتحدث عن مشكلات جسيمة حتى لو انخفضت الكثافة بنسبة 10% فقط. ولهذا السبب، أصبحت معظم المواقع تعتمد الآن على أنظمة مراقبة لحظية كجزء من إجراءاتها الروتينية. تأتي هذه الأنظمة الحديثة مزودة بمستشعرات تقوم بتعديل قراءاتها وفقًا للتغيرات في درجة الحرارة، وتعمل بخوارزميات مصممة خصيصًا لتتناسب مع بيئة كل موقع. ما تقوم به هذه الأنظمة بشكل أساسي هو تتبع العلاقة بين الضغط ودرجة الحرارة مع مرور الوقت، والكشف عن الأنماط غير الاعتيادية في معدلات تسرب الغاز، وإجراء التعديلات اللازمة لمراعاة تأثير درجات الحرارة الخارجية على ما يحدث داخل المقاطع. ويتم تحديث النظام بأكمله تقريبًا كل 15 ثانية. وعندما تنخفض كثافة الغاز إلى 90% من المستوى المطلوب، تُفعَّل أجراس الإنذار فورًا، وتبدأ صمامات خاصة تلقائيًا في الإغلاق لفصل أي قسم يواجه مشكلة. وعادةً ما تشهد المحطات التي قامت بتركيب هذا النوع من حلول المراقبة انخفاضًا بنسبة 72% تقريبًا في حالات الإيقاف غير المتوقعة مقارنة بالمنشآت القديمة التي لا تزال تعتمد على الفحوصات اليدوية الفصلية.

مراقبة الكثافة في الوقت الفعلي لمنع فشل العزل

عادةً ما تستخدم أنظمة مراقبة الكثافة أجهزة استشعار متعددة تعمل معًا، وتحقق مستويات دقة تبلغ حوالي نصف بالمئة زائد أو ناقص طوال مدى تشغيلها بالكامل. ما يجعل هذه الأنظمة ذات قيمة لا يقتصر فقط على تسجيل الأرقام. بل إنها تحلل أنماط الضغط السابقة ويمكنها اكتشاف التسريبات المحتملة قبل عدة أسابيع من حدوثها. تتيح هذه الإشعارات المبكرة لفرق الصيانة التصدي للمشاكل قبل أن يحدث أي ضرر للطبقات العازلة. ويُفعّل النظام تنبيهات كلما انحرفت القراءات بأكثر من نقطتين مئويتين عن المستويات الطبيعية. مما يمنح مشغلي المنشآت وقتًا كافيًا للتحقيق في القضايا دون الحاجة إلى إيقاف العمليات أو تعريض النظام بأكمله للخطر.

كشف متقدم عن التسريبات وتحليل السبب الجذري للعلب المغلقة

يجمع كشف التسرب الحديث بين المسح فوق الصوتي وطرق الغاز المؤشر الهيليوم، ويحدد بشكل موثوق التسريبات التي تصل إلى 10 ميكروبาร·لتر/ثانية أثناء الصيانة الروتينية. ويتبع تحليل السبب الجذري منهجية صارمة من ثلاث مراحل:

هذا النهج يحوّل الصيانة من الإصلاح التفاعلي إلى مرونة هندسية — حيث يمدد عمر المعدات من 8 إلى 12 عامًا ويقضي على 95٪ من التسريبات المتكررة من خلال حلول مثل الحشوات المطلية بالفلوروبوليمر وتصاميم اللحام المقاومة للاهتزاز.

استراتيجيات التحكم في الرطوبة لضمان موثوقية طويلة الأمد لمفاتيح الدوائر SF6

آليات تدهور الحشوات والإغلاقات وأثرها على دخول الرطوبة

تتدهور الحشوات والإغلاقات بسبب الشيخوخة والتغيرات الحرارية والتفاعل الكيميائي — مما يُشكّل مسارات دقيقة تسمح بدخول رطوبة الجو إلى أقسام SF6 المغلقة. وبما أن وجود رطوبة أعلى من 200 جزء في المليون يقلل القوة العازلة بنسبة تصل إلى 30٪ ويشجع على تكوّن نواتج توصيلية أثناء القوس الكهربائي، فإن التحكم في تسرب الرطوبة يُعد أمرًا أساسيًا للحفاظ على سلامة العزل. وتشمل أبرز آليات التدهور ما يلي:

• فشل الانكماش الدائم : المطاطيات تشوه بشكل دائم تحت الحمل المستمر، مما يؤدي إلى فقدان قوة الإغلاق
• تشقق الأوزون : يهاجم الأوزون الموجود في الجو سلاسل البوليمر في مكونات المطاط
• الهشاشة الحرارية : تؤدي دورات التسخين والتبريد المتكررة إلى تقليل المرونة وظهور شقوق دقيقة
• انتفاخ كيميائي : يؤدي التعرض للزيوت أو المذيبات أو عوامل التنظيف إلى تغيير الأبعاد ويضعف من دقة التركيب

تشير بيانات الصناعة إلى أن 62% من حوادث تسرب غاز SF6 تُعزى إلى فشل الإغلاقات، وتُظهر أيضًا انخفاضًا مستمرًا بنسبة 15% في جهد العزل لكل زيادة بمقدار 100 جزء في المليون من الرطوبة. إن الاستبدال الوقائي للإغلاقات القديمة أثناء الصيانة المجدولة يقلل من هذا المسار السائد للفشل، ويحافظ على استقرار العزل ويدعم عقوداً من الخدمة الموثوقة.

الأسئلة الشائعة

ما تأثير درجات الحرارة المنخفضة على غاز SF6؟

يمكن أن تؤدي درجات الحرارة المنخفضة إلى تسييل غاز SF6، مما يقلل بشكل كبير من كثافته وقوته العازلة، وبالتالي يضعف فعالية العزل.

لماذا من الضروري مراقبة كثافة غاز SF6 في مقاطع الدوائر؟

يُعد المراقبة أمرًا ضروريًا لأن انخفاض كثافة غاز SF6 يمكن أن يؤدي إلى فشل العزل. وتساعد أنظمة المراقبة في الوقت الفعلي على منع حدوث ذلك النوع من الأعطال من خلال اكتشاف التسريبات مبكرًا.

كيف تؤثر الرطوبة على خصائص عزل SF6؟

تؤدي مستويات الرطوبة العالية إلى تكوين حمض الهيدروفلوريك، الذي يأكل التلامسات ويقلل بشكل كبير من جهد الانهيار.

ما الأسباب الرئيسية لتسرب غاز SF6؟

تشمل الأسباب الرئيسية تدهور الختم والواحات نتيجة التقادم، والتغيرات الحرارية، والتعرض للمواد الكيميائية، والتركيب غير السليم، مما يؤدي إلى دخول رطوبة الجو.