اختبار تان دلتا (Tan δ Test): جوهره، أهميّته، وكيفيّة إجرائه
يُعَدّ اختبار تان دلتا (Tan Delta) أحد الاختبارات المحوريّة في مجال صيانة المعدات الكهربائيّة؛ فهو يُستخدَم لقياس مدى جودة العوازل الكهربائيّة سواء في المحوّلات، أو المولّدات، أو الكابلات العالية الجهد، وغيرها من التجهيزات ذات القيمة الإستراتيجيّة في الشبكات الكهربائيّة. عندما نتحدّث عن العوازل، فإنّ الهدف الأساس هو منع أيّ تيار غير مرغوب فيه من المرور بين الأسلاك أو الموصلات المختلفة، حفاظًا على سلامة المعدات واستقرار المنظومة الكهربائيّة. ومع مرور الزمن، قد تبدأ هذه العوازل في التدهور لأسباب متعدّدة تشمل الحرارة والرطوبة والجهود الكهربائيّة المرتفعة والتلوّث. من هنا تبرز أهميّة اختبار تان دلتا كوسيلة دقيقة للكشف عن حال العازل قبل أن يصل إلى مرحلة حرجة تؤدّي إلى انهيارات كهربائيّة مُكلفة.
مفهوم الاختبار وأساسه الفيزيائي
عند تطبيق جهد كهربائي متناوب على مادّة عازلة، فإنّ جزءًا من التيّار سيمرّ عبر العازل بسبب طبيعته غير المثاليّة، ويُعرَف هذا الجزء بالتيّار السعوي (Capacitive Current). لكن مع تدهور خصائص العازل، ينشأ تيّار إضافي ناتج عن الفقد الكهربائي أو ما يُسمّى بالتيّار المقاومي (Resistive Current). يمكن تمثيل الأمر وكأنّ العازل يتصرّف على هيئة دائرة مكافئة من مقاومة ومتسعة (Capacitor) على التوازي. وبذلك ينحرف الطور (Phase) بين الجهد والتيّار، وتظهر خسائر في الصورة الحراريّة أو الكهربائيّة.
يقيس اختبار تان دلتا القيمة الرياضية لمُعامل الفقد (Dissipation Factor) الذي يُرمَز له بـ (tan δ). إنّ δ تمثّل زاوية الفقد التي توضّح الفرق بين التيّار الأيديالي السعوي والتيّار الكلّي الفعلي في العازل. فكلّما ارتفعت قيمة تان δ، دلّ ذلك على زيادة الخسائر الكهربائيّة في العازل، وبالتالي تردّي حالته.
أهميّة الاختبار في الكشف المبكّر عن التدهور
1. سلامة العوازل
ارتفاع قيمة تان دلتا مؤشرٌ واضح على تحلّل المواد العازلة أو دخول شوائب ورطوبة إليها. فعلى سبيل المثال، في محوّل كهربائي عالي الجهد، العزل الورقي المغمور في الزيت قد يفقد خواصه تدريجيًّا، فيرتفع معه معامل الفقد. الكشف المبكّر عن هذا الارتفاع يُتيح اتّخاذ إجراءات وقائيّة (مثل التجفيف أو التنقية أو استبدال أجزاء من العازل) قبل حدوث انهيار كارثي.
2. الحدّ من الأعطال المفاجئة
يعتمد مشغّلو المحطّات الكهربائيّة والصناعيّة على تان دلتا لرصد التغيّرات الطفيفة في جودة العزل، إذ إنّ الأعطال الكهربائيّة المفاجئة غالبًا ما تكون مكلفة وتعطّل سير العمل أو الخدمة. بالتالي، يُسهم الاختبار في ضمان استمراريّة تشغيل المعدات بإخضاعها لخطط صيانة وقائيّة ممنهجة.
3. توفير التكاليف
قد يبدو الاختبار إجراءً إضافيًّا في روتين الصيانة، لكن الفوائد الاقتصادية تتجلّى بوضوح عند تفادي أضرار كبيرة قد تصيب المحوّل أو الكابل نتيجة انهيار العازل. فضلاً عن ذلك، يُقلّل الإصلاح المُبكر من احتماليّة الحاجة إلى استبدالٍ كلّي للعوازل أو المعدّات.
آليّة إجراء اختبار تان دلتا
1. إعداد المعدّة
قبل البدء، يجب فصل المعدّة عن التغذية الكهربائيّة والتأكّد من عزلها وتفريغ الشحنات الداخليّة بشكل كامل حرصًا على سلامة الفاحص وعدم تضرّر الأجهزة. وفي حالة المحوّلات أو المولّدات، يُجرى الاختبار بين أطراف الملفات وجسم المعدّة (الجرم المعدني)، لضمان قياس الفقد في الطبقات العازلة والمواد العازلة المحيطة.
2. التوصيلات الكهربائيّة
تُستخدَم أجهزة اختبار متخصّصة (Tan Delta Test Set) تحتوي عادةً على مصدر جهد متناوب يمكن تغيير قيمته ليتراوح بين منخفض ومتوسّط ومرتفع حسب مستوى الجهد التصميمي للمعدّة. تُوصَّل أطراف الجهاز إلى العازل المطلوب اختباره بطريقة صحيحة تضمن قياس التيّارات اللازمة بدقّة.
3. رفع الجهد والقياسات
يُرفع الجهد تدريجيًّا وفق خطوات محدّدة (على سبيل المثال، 25%، 50%، 75% وصولًا إلى 100% من الجهد الاسمي). في كل خطوة، تُقاس قيمة معامل الفقد (tan δ) ومعامل القدرة (Power Factor) أيضًا إذا كان الجهاز يدعم ذلك. تراقَب القيم المسجّلة للتأكّد من ثبات العازل وعدم تغيّره بشكل كبير عند كل مستوى جهد.
4. التردّد ودرجة الحرارة
تتأثّر قيمة تان دلتا بعوامل مختلفة، من أبرزها التردّد الذي يُطبَّق على العازل ودرجة الحرارة. لذلك قد يُعاد الاختبار بتردّدات مختلفة (50 هرتز، 60 هرتز، وربما تردّدات أعلى في بعض التطبيقات) بهدف تحليل أعمق. كما ينبغي توثيق درجة حرارة العيّنة أو حرارة الجو المحيط لدراسة أي تغيّرات ناتجة عن التسخين أو التبريد.
5. تسجيل البيانات وتحليلها
بعد إتمام جميع مراحل الرفع التدريجي للجهد، تُسجَّل النتائج في تقرير خاص يُبيِّن قيم تان دلتا عند كل مستوى جهد مع ملاحظات مثل: الزيادة المُفاجئة، الاستقرار أو التذبذب. تُقارَن النتائج بمعايير مصنّعي المعدّات أو المواصفات العالميّة (IEEE, IEC) لتقدير ما إذا كانت تقع ضمن الحدود المقبولة أم تتطلب تدخّلًا فوريًّا.
تفسير النتائج ومؤشرات الخطر
• قيمة تان دلتا منخفضة
إذا سجّل العازل قيمة منخفضة وثابتة لتان دلتا عبر مستويات الجهد، فهذه علامة إيجابيّة على أنّ العازل في حالة جيّدة نسبيًّا ولا توجد شوائب حرجة.
• ارتفاع طفيف عند الجهد الأعلى
من الطبيعي حدوث زيادة بسيطة مع ازدياد الجهد؛ لكن إذا كانت الزيادة محدودة وبقيت القيمة الكلّيّة في إطار المواصفات القياسيّة، فإنّ حالة العازل لا تزال مُرضية.
• ارتفاع حاد أو مفاجئ
إذا ارتفع تان دلتا بصورة ملحوظة عند جهد معيّن أو عند تطبيق درجة حرارة أعلى، فقد يعني ذلك وجود تشقّقات أو رطوبة مفرطة أو تدهور كيميائي في العازل. تستوجب هذه الحالة اتخاذ تدابير عاجلة تتضمّن الفحص البصري للعازل وربما أعمال تنقية وتجفيف أو تبديل مكوّنات معطوبة.
• مقارنة النتائج التاريخيّة
يعتمد الكثير من المهندسين على السجلّات السابقة لاختبار تان دلتا لتتبع تطوّر حالة المعدّة عبر السنوات. فإذا كانت القيم تسير في منحى تصاعدي واضح، فتلك إشارة تحذيريّة مبكّرة إلى ضرورة الصيانة.
كيفيّة توظيف النتائج في الصيانة الوقائيّة
1. اعتماد خطط استباقيّة
إنّ إدماج اختبار تان دلتا مع بقية الاختبارات (مثل تحليل الغازات الذائبة في الزيت للمحوّلات، واختبار الجهد الانهياري BDV، وغير ذلك) يخلق صورة شاملة حول صحة المعدّة. بالتالي، يُمكن وضع جداول صيانة وقائيّة تحدّد مواعيد الإصلاح أو التنقية في الوقت المناسب.
2. تحديد أولويّات التجديد
في كثير من المنشآت التي تملك عدة معدّات ثقيلة، تُستخدَم النتائج لتصنيف المحوّلات أو الكابلات بحسب درجة مخاطرها. فتُمنح الأولويّة للمعدّات ذات قيم تان دلتا المرتفعة لإجراء أعمال الصيانة أو الإحلال قبل غيرها.
3. التوازن بين التكلفة والفائدة
يُعدّ استبدال العوازل أو تجديد المعدات الكهربائية استثمارًا كبيرًا. يُساهم اختبار تان دلتا في تقدير مدى الاستفادة الإضافيّة التي يمكن الحصول عليها من المعدّة قبل الوصول إلى نقطة اللاعودة. إذ يساعد هذا في اتخاذ قرارات مدروسة ماليًّا وجوهريًّا بشأن الاستبدال أو الإصلاح.
يمثّل اختبار تان دلتا أداة بالغة الأهميّة لضمان سلامة العوازل الكهربائيّة واكتشاف بوادر التآكل أو الشوائب غير المرغوب فيها. يُوفّر الاختبار معلومات معمّقة حول مدى صحّة العازل ويشكّل جزءًا أساسيًّا من برامج الصيانة الوقائيّة والاستشرافيّة، التي تسعى إلى تقليل الأعطال المكلفة وإطالة العمر التشغيلي للمعدّات. ومع التطوّر المستمر في أجهزة القياس الرقميّة، بات إجراء تان دلتا أكثر سهولة ودقّة، إذ يمكن فحص العازل عند ظروف تشغيل متعدّدة، ثم تحليل النتائج فورًا واتّخاذ قرارات صيانة سريعة ومستندة إلى بيانات مُقنعة. وفي ظل ازدياد ضغط الطلب على الشبكات الكهربائيّة وضرورة الحفاظ على معدّلات توافر عالية، لا شكّ أنّ اختبار تان دلتا سيبقى ركيزة أساسيّة لضمان موثوقيّة البنية التحتيّة الكهربائيّة وعمرها الطويل.