تحليل الفشل النموذجي: تتبع أصول المشكلة من بيانات الاختبار
2025-11-13 16:32في عالم توزيع الطاقة، تُمثل ملحقات الكابلات أكثر نقاط الضعف في أي شبكة كهربائية. فعندما تحدث الأعطال، نادرًا ما تحدث دون سابق إنذار، بل تترك وراءها آثارًا واضحة في بيانات الاختبار. وقد تطور تحليل الأعطال الحديث إلى علم جنائي دقيق، حيث يعمل المتخصصون كمحققين كهربائيين، يفسرون الدلائل الدقيقة في نتائج الاختبار لتحديد الأسباب الجذرية ومنع تكرارها مستقبلًا. يُحوّل هذا النهج المنهجي الأعطال الكارثية إلى فرص تعلم قيّمة لتحسين تصميم المنتجات، وممارسات التركيب، واستراتيجيات الصيانة.
منهجية تحليل الفشل: نهج منهجي
يتبع تحليل الأعطال الفعال بروتوكول تحقيق دقيقًا يبدأ لحظة اكتشاف أي خلل. وتتخلل العملية عادةً أربع مراحل رئيسية: جمع الأدلة من خلال توثيق شامل في الموقع، والفحص الفيزيائي والكيميائي المختبري، وربط البيانات بأنماط الضرر الملحوظة، وتحديد السبب الجذري في نهاية المطاف. يضمن هذا النهج المنهجي عدم إغفال أي دليل جوهري، ويضع تسلسلًا واضحًا للسببية من الأعراض الأولية إلى السبب الجذري. ويجب على فريق التحقيق الحفاظ على الموضوعية التامة، مع مراعاة جميع آليات الفشل المحتملة، بدلًا من استباق الاستنتاجات بناءً على أدلة سطحية.
أنماط الفشل الشائعة وعلاماتها التشخيصية
على مدى عقود من التحليل المنهجي، ظهرت عدة أنماط فشل مميزة ذات توقيعات تشخيصية مميزة:
الفشل الناجم عن التفريغ الجزئي
تبدأ آلية الفشل الخبيث هذه بتفريغات كهربائية مجهرية داخل فراغات العزل أو عند الواجهات. يبدأ المسار التشخيصي بقراءات مرتفعة للتفريغ الجزئي (بي دي) في اختبارات الصيانة الدورية، والتي غالبًا ما تُظهر تزايدًا في الشدة بمرور الوقت. ومع تفاقم الحالة، تُظهر قياسات تان دلتا (معامل التبديد) زيادات تدريجية، مما يشير إلى تدهور جودة العزل. تكشف المرحلة النهائية عن أنماط مميزة من التشوهات الكهربائية - قنوات متفحمة متفرعة تنتشر عبر مادة العزل. تنشأ هذه التشوهات عادةً من نقاط إجهاد كهربائي عالي، مثل مخاريط الإجهاد المثبتة بشكل غير صحيح أو الملوثات داخل نظام العزل.
دخول الرطوبة وزراعة الأشجار بالماء
يُحدث وجود الرطوبة فرقًا كبيرًا في بصمة العطل. تُظهر قياسات مقاومة العزل انخفاضًا مستمرًا خلال الاختبارات الروتينية، بينما قد يُشير قياس الانعكاسية الزمنية (تي دي آر) إلى تغيرات في المعاوقة على طول الكابل. في المراحل المتقدمة، تكشف اختبارات معامل القدرة عن قيم مرتفعة بشكل ملحوظ. يظهر الدليل القاطع أثناء الفحص السريري: أشجار مائية شجرية تنمو من نقاط تركيز الرطوبة، وخاصةً في عزل XLPE. تظهر هذه الأشجار كأنماط ريشية عند الفحص المجهري، وعادةً ما تنشأ من أغلفة خارجية تالفة، أو أختام متضررة، أو أثناء التركيب في ظروف رطبة.
أعطال الواجهة والتتبع
يُؤدي ضعف التلامس بين السطوح إلى أنماط تشخيصية فريدة. يكشف التصوير الحراري أثناء دورة الحمل عن بقع ساخنة موضعية عند واجهة المخروط والكابل، بينما يُظهر التحليل الطيفي العازل استجابات مميزة تعتمد على التردد. يتجلى العطل النهائي في تتبع السطح - مسارات مُكربنة عبر أسطح العزل - إلى جانب أدلة على تلف الهالة عند نقاط نهاية أشباه الموصلات. غالبًا ما تنجم هذه الأعطال عن سوء تحضير أسطح الكابلات، أو التلوث أثناء التركيب، أو استخدام شحوم سيليكون غير متوافقة.
التدهور الحراري والحمل الزائد
يُظهر التيار الزائد أو ضعف تبديد الحرارة أدلةً واضحة. تُظهر المراقبة الحرارية المنتظمة ارتفاعًا تدريجيًا في درجات حرارة التشغيل، بينما يكشف تحليل الغازات المذابة (رابطة المديرين التنفيذيين) في الأنظمة المملوءة بالسوائل عن نواتج تحلل هيدروكربونية محددة. تُظهر النتيجة النهائية أنماطًا مميزة لكربنة العزل، مع تدرجات حرارية مختلفة واضحة في تحليل المقطع العرضي. تشمل العوامل المساهمة الموصلات صغيرة الحجم، وظروف التحميل الزائد، وضيق التهوية، أو التركيب غير الصحيح في الأنابيب ذات خصائص تبديد الحرارة غير الكافية.
مجموعة أدوات التشخيص: تفسير نتائج الاختبار
يستخدم تحليل الفشل الحديث مجموعة من أدوات التشخيص المتطورة، حيث توفر كل منها أجزاء أساسية من لغز التحقيق:
رسم خرائط التفريغ الجزئي
يتجاوز اختبار التفريغ الجزئي المُحسّن الطور قياس المقدار البسيط ليشمل أنماط التفريغ الجزئي المُحسّن الطور (PRPD). تُنتج آليات الأعطال المختلفة بصمات تفريغ جزئي مُميزة - تُظهر التفريغات الفراغية أنماطًا متماثلة عبر أطوار الجهد، بينما تظهر التفريغات السطحية كأنماط غير متماثلة مُركّزة عند زوايا طور مُحددة. كما يُحدد تخطيط التفريغ الجزئي مصادر التفريغ داخل المُلحق، مما يُساعد على التمييز بين عيوب العزل الداخلي ومشاكل الواجهة.
تحليل الاستجابة العازلة
تُوفر قياسات مطيافية المجال الترددي (FDS) وتيار الاستقطاب/إزالة الاستقطاب (بي دي سي) رؤىً معمقة لحالة العزل. تُساعد هذه التقنيات على التمييز بين امتصاص الرطوبة (الذي يُظهر تحولات ترددية مميزة) والشيخوخة الحرارية (التي تتجلى في تغيرات في منحنيات التوصيل). تظهر القوة الحقيقية عند مقارنة النتائج بمرور الوقت، مما يُحدد مسارات التدهور التي تُنبئ بعمر الخدمة المتبقي.
التحليل الحراري والتصوير
تطور التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء من قياسات نقطية بسيطة إلى رسم خرائط حرارية متطورة مع تحليل تفاضلي. تُقارن الأنظمة الحديثة درجات حرارة الملحقات بالكابلات المرجعية والظروف البيئية، وتُحدد تلقائيًا أي شذوذ قد يصل إلى درجتين مئويتين فوق القيم المتوقعة. كما تُساعد الأنماط الحرارية على التمييز بين التسخين الداخلي (الذي يُظهر ارتفاعًا منتظمًا في درجة الحرارة) ومشاكل مقاومة التلامس (التي تُظهر نقاطًا ساخنة موضعية).
التحليل الكيميائي والمادي المتقدم
عند توفر الأدلة المادية، تُقدم التقنيات المخبرية إجابات قاطعة. يُحدد مطياف الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (تحويل فورييه للأشعة تحت الحمراء) التغيرات الكيميائية في عزل البوليمر، مثل نواتج الأكسدة أو تدهور الروابط المتشابكة. يكشف المجهر الإلكتروني الماسح (مجهر المسح الإلكتروني) مع مطياف الأشعة السينية المشتتة للطاقة (إهلرز دانلوس) عن العيوب المجهرية ويحددان العناصر الملوثة، بينما يكشف التحليل الحراري الميكانيكي (تي ام ايه) عن التغيرات في خصائص المواد التي تسبق التلف المرئي.