تخلیه الکترواستاتیکی چیست؟ Electrostatic Discharge (ESD)
تخلیه الکترواستاتیکی یک پدیده الکتروفیزیکی پیچیده است که به انتقال ناگهانی و سریع بار الکتریکی بین دو جسم با پتانسیلهای الکتریکی متفاوت اشاره دارد. این پدیده معمولاً ناشی از تجمع بارهای الکترواستاتیکی روی سطوح عایق می باشد. حرکت روغن درون لوله به تجمع الکتریسیته ساکن در روغن منجر میشود. به بیان دقیقتر، بخش بزرگی از مولکولهای روغن توربین غیر قطبی هستند و الکترونها بهراحتی نمیتوانند در روغن حرکت داشته باشند، این امر موجب تجمع الکتریسیته در برخی نقاط روغن خواهد شد. فیلتر روغن سطح تماس بالایی با روغن دارد. علاوه بر این، سرعت مولکولهای روغن در اثر عبور روغن از منافذ کوچک فیلتر افزایش پیدا میکند. افزایش سرعت مولکولهای روغن، افزایش اصطکاک بین آنها به تجمع الکتریسیته ساکن در روغن و فیلتر منجر میشود. این فرایند تا جایی ادامه پیدا میکند که روغن تحمل تجمع الکتریسیته را از دست بدهد بار تجمع يافته بهصورت جرقههای الکتریکی تخلیه میشود؛ جرقه ايجاد شده بسيار کوتاه بوده و با روغن اطراف خاموش ميشود اما دمایی بین °C 10000 تا °C 20000 در روغن ایجاد مینماید. این پدیده « تخلیه الکترواستاتیکی» (ESD) نامیده میشود.
عوامل باردارشدن روغن و تخلیه الکترواستاتیکی
1- رسانایی پایین روغن
روغن پایه و افزودنیهای روغن توربین، نسبت به بقیه انواع روانکارها اجزاء قطبی کمتری دارند و در نتیجه رسانایی آن پایینتر است. علاوه بر این، روغنهای توربین امروزی کیفیت بالاتری نسبت به همتایان قدیمی خود دارند و به همین علت از خاصیت رسانای کمتری برخوردار میباشند. کاهش خاصیت رسانایی روغن ، تمایل روغن به تخلیه الکترواستاتیکی را افزایش میدهد. به بیاد ساده تر، هر چه رسانايی يک روغن بیشتر باشد به اين معنيست که بار توليد شده راحتتر پراکنده میشود؛ از اين رو سطح بار انباشته شده و احتمال تخليه الکترواستاتیکی کاهش مییابد. خاصیت رسانایی روغن با واحد Ps/m نشان داده شده و هر Ps/m معادل ۱۰-۱۲ اهم میباشد. استاندارد ASTM برای محاسبه مقدار خاصیت رسانایی روغن آزمایش ASTM D 2624 را معرفی کرده است.
2-کاهش دمای روغن
با کاهش دمای روغن، رسانایی آن کاهش میابد و در نتیجه احتمال وقوع پدیده تخلیه الکترواستاتیکی در روغن سرد افزایش پیدا میکند. به همین علت، زمانی که توربین روشن میشود و روغن هنوز سرد است، وقوع تخلیه الکترواستاتیکی بیشتر گزارش شده است.
3-سطح پایین رطوبت (کمتر از ppm۱۰۰)
مولوکول آب ماهیت قطبی دارد و رسانا میباشد. اما محیط گرم روانکارهای توربین گازی، باعث میشود که آب آزاد و همینطور آب محلول در روغن که عامل پایین ماندن ثابت دیالکتریک روغن میباشند، تبخیر شوند و در نتیجه احتمال تخلیه بار ساکن بیشتر میشود.
4-سطح پایین هوای همراه
روغنهای توربین گروه دو در رها کردن هوا و ممانعت از تشکیل کف خوب عمل میکنند. این خاصیت برای کیفیت روغن بسیار خوب است، به جز زمانی که تخلیه الکتریکی مورد توجه باشد. به عبارت دیگر هر چه مقدار هوا کمتر باشد، ریسک ایجاد جرقه بیشتر است.
5-تمیزی روغن
ذرات آلودهکننده عموماً رسانا بوده و به رسانایی بالک روغن کمک میکنند. . به بیان ساده تر، بزرگی بار استاتیکی درون روغن با تمیزی بیشتر روغن افزایش خواهد یافت.
مشکلات تخلیه الکترواستاتیکی روغن
وقوع تخلیه الکترواستاتیکی (ESD) علاوه بر اختلال در عملکرد تجهیزات الکترونیکی در ارتباط با روغن و آتش گرفتن مخزن روغن پیامدهای زیر را به همراه دارد.
1- تخریب روغن
افزایش شدید دمای روغن به علت جرقه حاصل از تخلیه الکترواستاتیکی، شکستهشدن پیوندهای هیدروکربنی در مولکولهای روغن را به همراه دارد. همچنین در موارد پیشرفته و وخیم با تولید کک، سیاه شدن رنگ روغن توربین را باعث میشود.
2- آسیبدیدگی فیلتر روغن
المان فیلتر در اثر وقوع تخلیه الکترواستاتیکی دچار سوختگی میشود. این پدیده در فيلترهايی از جنس الياف مصنوعی و شيشهای با منافذ کوچکتر با خاصيت عبور نرخ بالای جريان بیشتر مشاهد شده است. درنتیجه تخلیه الکترواستاتیکی، سوراخهای مش فیلتر در بعضی نقاط بهشدت بازتر شده و این مسئله راندمان فیلتر را کاهش میدهد.
3- آتش سوزی تانک روغن
4- خرابی تجهیزات الکترونیکی متصل به مسیر روانکاری
روش های تشخیص تخلیه الکترواستاتیکی
وقوع تخلیه الکترواستاتیکی در محفظه فیتلر، صدایی شبیه کلیک موس کامپیوتر را در این نواحی ایجاد میکند. معمولا این صدا به علت سروصدای دستگاههای اطراف قابل شنیدن نباشد. در این شرایط استفاده از سنسورهایی اندازهگیری بار الکتریکی روغن میتواند سودمند باشد. در نهایت بازدید چشمی از المان فیلتر و مشاهده اجزای فیلتر ریز میکروسکوپ برای بررسیهای دقیقتر وقوع تخلیه الکترواستاتیکی پیشنهاد میشود. شایان ذکر است، خرابیهای بی دلیل قطعات الکترونیکی مدار روانکاری روغن میتواند به علت وقوع پدیده تخلیه الکترواستاتیکی در روغن باشد.
راهکارهای جلوگیری از تخلیه الکترواستاتیکی روغن
برای کاهش وقوع تخلیه الکترواستاتیکی در مدار روانکاری روغن سه راهکار پیشنهاد میگردد. روش اول در اصلاح مدار روانکاری ازجمله گرمایش خطوط روغن[Heat Tracing] ، کاهش دبی روغن عبوری از فیلتر ریشه دارد. دو راهکار بعدی در مقصر اصلی وقوع تخلیه الکترواستاتیکی (فیلتر روغن) را هدف میگیرد.
مدیای فیلتر مکانیکی (شامل فیبر و شبکههای نارسانا) نیز در تجمع بار نقش مهمی دارد. از آنجائیکه این اجزاء نارسانا میباشند، بار تولید شده در روغن را انتقال نمیدهند و بر روی خود جمع میکنند. از طرفی، بخش هسته مرکزی فیلتر که فلزی میباشد، بار مخالف را از طریق اتصال به زمین در خود جمع میکند. با گذشت زمان و افزایش تجمع بارها، بار روی فلز به شدت به بار الکترواستاتیک روی فیبر حمله میکند و تخلیه الکترواستاتیکی شدیدی را به همراه دارد. این جرقهها انرژی بسیار بالایی را تولید میکنند و به بخشهای مختلف فیلتر و سیستم روانکاری آسیب میرسانند. در این شرایط برقراری ارتباط لایههای مختلف فیلتر از طریق استفاده از درپوش فلزی[metallic impregnated end cap] و یا درپوش آغشته به کربن[carbon impregnated end cap] به تخلیه بار الکتریکی اجزای فیلتر کمک میکند. جالب است بدانید، اگر این مسیر ارتباطی بین اجزای فیلتر وجود نداشته باشد، اتصال فیلتر به زمین باعث تجمع بیشتر بار مخالف روی قسمت فلزی فیلتر شده و نهایتاً برخورد شدیدتر بارهای مخالف به یکدیگر را به دنبال دارد. ذکر این نکته اهمیت دارد که اگرچه این روش احتمال ایجاد قوس الکتریکی در فیلتر را کاهش میدهد، اما الکتریسته ساکن روغن باردار شده در سایر نقاط سیستم مانند کولرها، مخزن هیدرولیک تخلیه میشود و زوال و تخریب روغن را به همراه دارد.
سومین و بهترین راهکار جلوگيری از شارژ الکتريسيته ساکن در فيلترها و روغن توربین استفاده از تکنولوژی ضد تخلیه الکترواستاتیکی[Anti-Static Design] در ساخت فیلتر است. اين تکنولوژی از طريق بکاربردن يک لايه ضدالکتريسيته ساکن خاص در مديای فيلتر، نه تنها از وقوع تخلیه الکترواستاتیکی در فیلتر ممانعت بعمل می آورد، بلکه مانع از سازژ الکتریکی روغن نیز میشود.
