ماذا يحدث عندما تفشل السيطرة على التوتر؟

في كل وصلة ونهاية لكابلات الجهد العالي، لا يكون المكون الأكثر أهمية هو الموصل أو العازل، بل هو...نظام التحكم في الإجهاديتحكم هذا النظام في المجال الكهربائي عند نقطة انتهاء غلاف الكابل، مانعًا تركيز المجال وتسببه في أضرار. عندما يعمل نظام التحكم في الإجهاد بكفاءة، تعمل نقطة التوصيل أو الوصلة بسلاسة وموثوقية لعقود. ولكن عند تعطل هذا النظام، أو عند تصميمه أو تركيبه بشكل غير صحيح، قد تكون العواقب وخيمة وسريعة. تستكشف هذه المقالة ما يحدث عند فشل نظام التحكم في الإجهاد، خطوة بخطوة، بدءًا من الشرارة الأولى وصولًا إلى الانهيار التام.

1. ما الذي يفترض أن يفعله التحكم في التوتر

لفهم أسباب الفشل، يجب أولاً فهم الغرض من التحكم في الإجهاد. في الكابلات المحمية، يكون المجال الكهربائي شعاعيًا ومنتظمًا. عند نهاية الكابل (في نقطة التوصيل) أو عند وصلة التوصيل، يُقطع الغلاف الواقي. يُنشئ هذا القطع حافة حادة يتركز عندها المجال الكهربائي بشدة. قد يكون الإجهاد الأقصى عند قطع الغلاف الواقي أعلى بكثير من متوسط ​​الإجهاد في الكابل.

تعمل تقنيات التحكم في الإجهاد - سواء كانت هندسية (مخروط الإجهاد)، أو انكسارية (مادة عالية السماحية)، أو مقاومة غير خطية - على تنعيم هذا المجال. فهي توزع انخفاض الجهد على مسافة أطول، مما يقلل من ذروة الإجهاد إلى مستوى آمن. والهدف هو الحفاظ على إجهاد السطح دون المستوى المطلوب.جهد بدء التفريغ الجزئي(PDIV) والإجهاد الكلي أقل من قوة العزل الكهربائي للعازل.

عندما يفشل التحكم في الضغط، يفقد المجال السيطرة عليه، مما يهيئ الظروف لسلسلة من الأحداث المدمرة.

2. العلامة الأولى: بداية التفريغ الجزئي

النتيجة المباشرة لفشل السيطرة على التوتر هيالتفريغ الجزئي (PD)عند قطع الدرع أو عند أي خلل في نظام التحكم بالإجهاد، يتجاوز المجال الكهربائي المحلي قوة العزل الكهربائي للمادة المحيطة أو الهواء. وتبدأ شرارات صغيرة - تفريغات جزئية - بالظهور.

تكون هذه التفريغات صغيرة، وغالبًا ما لا تتجاوز بضعة بيكو كولوم. وهي تُنتج ما يلي:

• الحرارة (ارتفاعات موضعية في درجة الحرارة).

• الأشعة فوق البنفسجية.

• الغازات النشطة كيميائياً (الأوزون، أكاسيد النيتروجين).

في هذه المرحلة، لا يزال طرف التوصيل أو الوصلة يعمل. قد يكون من الممكن اكتشاف التفريغ الجزئي باستخدام معدات متخصصة، ولكنه غالبًا ما يكون غير مرئي للعين المجردة. ما لم يقم الفني بفحص التفريغ الجزئي، فإن المشكلة تمر دون أن يلاحظها أحد.

3. التعرية: بداية التدمير البطيء

على مدار أيام أو أسابيع أو شهور، تبدأ عمليات التفريغ الجزئي المتكررة في تآكل مادة العزل. تتفكك سلاسل البوليمر، مما يؤدي إلى تكوين مسارات متفحمة وحفر مجهرية. تُسمى هذه العمليةالتتبعأوتآكل.

• المسارات المتفحمة موصلة للكهرباء، مما يزيد من تركيز المجال الكهربائي، ويجعل التفريغ الجزئي أكثر كثافة.

• تتوسع الحفر، مما يخلق فراغات أكبر حيث يمكن أن يحدث المزيد من التآكل الجزئي.

• يصبح السطح خشناً، مما يجذب الأوساخ والرطوبة، الأمر الذي يزيد المشكلة سوءاً.

أصبح الضرر الآن متفاقماً ذاتياً: فكل تفريغ كهربائي يزيد من احتمالية حدوث التفريغ التالي ويزيد من خطورته. وصلة الإنهاء أو المفصل تسير نحو الفشل.

4. تتبع السطح: مسار الكربون

إذا حدث فشل التحكم في الإجهاد على السطح الخارجي للطرفية (على سبيل المثال، بسبب عدم كفاية مسافة الزحف أو التلوث)، فقد يتطور التفريغ الجزئي إلىتتبع السطح. يتشكل مسار متفحم على طول سطح العازل، يربط الموصل الحي بالدرع المؤرض.

بمجرد تكوّن مسار الكربون، فإنه يوفر مسارًا منخفض المقاومة لتيار التسرب. في ظل ظروف رطبة أو ملوثة، يمكن أن يتحول المسار إلى قوس كهربائي.وميض—يتجاوز ذلك العازل تمامًا. الوميض الكهربائي هو ماس كهربائي يمكن أن يتسبب في أضرار جسيمة للطرفية والمعدات المحيطة بها.

5. الثقب: انهيار العازل

إذا حدث فشل في التحكم بالإجهاد داخليًا (على سبيل المثال، عند فراغ أو سطح فاصل)، فقد يؤدي التفريغ الجزئي في النهاية إلىثقب—تحليل كامل لسمك العزل. غالباً ما تكون هذه هي المرحلة الأخيرة.

عادةً ما يكون الثقب عبارة عن قوس كهربائي سريع وعنيف من الموصل إلى الغلاف أو الأرض. وينتج عنه ما يلي:

• حرارة شديدة (تؤدي إلى انصهار الموصل والعازل).

• موجة ضغط انفجارية (والتي يمكن أن تؤدي إلى تمزق الغلاف).

• دوي عالٍ (يوصف غالبًا بأنه انفجار).

قد يؤدي نظام حماية الكابل (قاطع الدائرة أو المصهر) إلى إزالة العطل، لكن الملحق يتلف. ويتعرض النظام لانقطاع في التيار الكهربائي.

6. الضرر الثانوي: يتجاوز الملحق

لا يقتصر تأثير فشل التحكم في الإجهاد على الطرف أو المفصل فحسب، بل قد تمتد عواقبه لتشمل النظام بأكمله.

• الكابلات المجاورة- يمكن أن يتسبب وميض القوس الكهربائي في تلف الكابلات المجاورة، خاصة في صينية كابلات مزدحمة أو خندق.

• معدات- يمكن أن يتسبب حدوث شرارة كهربائية في طرفية متصلة بمحول أو لوحة مفاتيح في تلف البطانات أو العوازل.

• الأفرادقد يتسبب الانفجار أو الشرارة الكهربائية في إصابة أي شخص قريب. تشكل مخاطر الشرارة الكهربائية مصدر قلق بالغ على السلامة.

• موثوقية النظام– قد يؤثر الانقطاع الناتج على الأحمال الحيوية، مما يؤدي إلى خسائر في الإنتاج أو إزعاج عام.

في الشبكات البحرية أو تحت الأرض، يمكن أن تكون تكلفة إصلاح ملحق معطل هائلة - تتجاوز بكثير تكلفة الملحق نفسه.

7. الأسباب الشائعة لفشل السيطرة على التوتر

يُعدّ فهم أسباب فشل السيطرة على التوتر أمرًا أساسيًا للوقاية منه. وتشمل الأسباب الأكثر شيوعًا ما يلي:

8. اكتشاف الفشل قبل اكتماله

الخبر السار هو أنه يمكن اكتشاف فشل التحكم في الإجهاد الوشيك قبل أن يتسبب في انهيار كامل. يكمن الحل في مراقبة التفريغ الجزئي.

• مراقبة مرض باركنسون عبر الإنترنت– أجهزة استشعار دائمة (HFCT، UHF) تراقب الملحقات الحيوية باستمرار.

• اختبار PD خارج الإنترنت– إجراء اختبارات دورية أثناء فترات انقطاع الصيانة.

• التصوير الحراري– قد تشير النقاط الساخنة إلى مشكلة متنامية.

• الفحص البصري– فحص وجود آثار على السطح، أو تغير في اللون، أو تشققات.

إذا تم اكتشاف PD مبكراً، يمكن استبدال الملحق أو إصلاحه قبل حدوث عطل كارثي.

9. كيفية منع فشل التحكم في التوتر

تبدأ الوقاية في مراحل التصميم والتركيب:

• اختر المنتج المناسب– تأكد من أن نقطة الإنهاء أو الوصلة مصنفة بشكل صحيح لجهد النظام وحجم الكابل والظروف البيئية.

• اتبع تعليمات التثبيت بدقة- خاصة فيما يتعلق بأبعاد التجريد والتنظيف وتحديد موضع التحكم في الإجهاد.

• استخدم الملحقات القابلة للانكماش البارد أو المصبوبة مسبقًا– تحتوي هذه المنتجات على عناصر للتحكم في الإجهاد مصبوبة في المصنع، مما يقلل من خطر حدوث أخطاء ميدانية.

• اختبار التثبيت– إجراء اختبارات التفريغ الجزئي واختبارات تحمل الجهد للتحقق من التركيب.

• للوصلات الخارجيةحافظ على نظافة حظائر الطقس، وفكر في استخدام شحم السيليكون المضاد للتتبع.

تُعد الصيانة الدورية واختبارات التفريغ الجزئي الدورية ضرورية لضمان الموثوقية على المدى الطويل.

يُعدّ التحكم في الإجهاد بمثابة الحماية الأساسية لكل ملحق من ملحقات كابلات الجهد العالي. فعندما يعمل بشكل صحيح، تعمل الوصلة أو الطرفية بهدوء وأمان وموثوقية لعقود. أما عند تعطلها، فقد تكون العواقب وخيمة، كالتفريغ الجزئي، والتسرب الكهربائي، والثقب، والوميض، وانقطاع التيار الكهربائي. وغالبًا ما يكون العطل تدريجيًا، إذ يبدأ بشرارات صغيرة تتطور إلى قوس كهربائي مدمر.

إن فهم ما يحدث عند فشل نظام التحكم في الإجهاد هو الخطوة الأولى لمنعه. التصميم الدقيق، والتركيب المتقن، والمراقبة المنتظمة هي مفاتيح ضمان استمرار عمل النظام بكفاءة. في عالم هندسة الجهد العالي، لا يُعد التحكم في الإجهاد مجرد ميزة، بل ضرورة حتمية.