В области электротехники , Treeing представляет собой электрическое предварительно явление пробоя в твердой изоляции . Это разрушительный процесс из-за частичных разрядов, который проходит через напряженную диэлектрическую изоляцию по пути, напоминающему ветви дерева . Древовидная изоляция сплошной высоковольтной изоляции кабеля является распространенным механизмом пробоя и источником электрических повреждений подземных силовых кабелей.
Другие случаи и причины [ править ]
Электрическое древообразование сначала возникает и распространяется, когда сухой диэлектрический материал подвергается сильному и расходящемуся напряжению электрического поля в течение длительного периода времени. Наблюдается, что электрическое древообразование возникает в точках, где примеси, газовые пустоты, механические дефекты или проводящие выступы вызывают чрезмерное напряжение электрического поля в небольших областях диэлектрика. Это может ионизировать газы в пустотах внутри объемного диэлектрика, создавая небольшие электрические разряды между стенками пустоты. Примесь или дефект могут даже привести к частичному пробою самого твердого диэлектрика. Ультрафиолет и озон от этихзатем частичные разряды (ЧР) вступают в реакцию с ближайшим диэлектриком, разлагаясь и ухудшая его изолирующие свойства. Газы часто выделяются по мере разрушения диэлектрика, создавая новые пустоты и трещины. Эти дефекты дополнительно ослабляют диэлектрическую прочность материала, увеличивают электрическое напряжение и ускоряют процесс частичных разрядов.
Водные деревья и электрические деревья [ править ]
В присутствии воды внутри полиэтиленового диэлектрика, используемого в подземных или погруженных в воду высоковольтных кабелях, может образоваться диффузная, частично проводящая трехмерная структура, похожая на шлейф, называемая водяным деревом . Известно, что шлейф состоит из плотной сети чрезвычайно маленьких заполненных водой каналов, которые определяются естественной кристаллической структурой полимера. Отдельные каналы чрезвычайно трудно увидеть с помощью оптического увеличения, поэтому для их исследования обычно требуется использование сканирующего электронного микроскопа (СЭМ).
Водные деревья начинаются как микроскопическая область возле дефекта. Затем они растут в постоянном присутствии сильного электрического поля и воды. В конечном итоге водяные деревья могут вырасти до точки, где они соединяют внешний слой заземления с центральным проводником высокого напряжения, и в этот момент напряжение перераспределяется по изоляции. Водные деревья, как правило, не являются проблемой надежности, если только они не могут инициировать электрическое дерево.
Другой тип древовидной структуры, которая может образовываться в присутствии воды или без нее, называется электрическим деревом . Он также образуется в полиэтиленовом диэлектрике (как и во многих других твердых диэлектриках). Электрические деревья также возникают там, где увеличение объемных или поверхностных напряжений вызывает пробой диэлектрика в небольшой области изоляции. Это приводит к необратимому повреждению изоляционного материала в этой области. Дальнейший рост деревьев затем происходит в виде дополнительных небольших электрических пробоев (называемых частичными разрядами).). Рост электрического дерева может быть ускорен быстрыми изменениями напряжения, такими как операции переключения электросети. Кроме того, кабели, в которые вводится высоковольтный постоянный ток, также могут со временем образовывать электрические деревья, поскольку электрические заряды мигрируют в диэлектрик, ближайший к проводнику высокого напряжения. Область инжектируемого заряда (называемая пространственным зарядом ) усиливает электрическое поле в диэлектрике, стимулируя дальнейшее усиление напряжения и инициирование электрических деревьев в качестве места ранее существовавшего повышения напряжения. Поскольку само электрическое дерево обычно является частично проводящим, его присутствие также увеличивает электрическое напряжение в области между деревом и противоположным проводником.
В отличие от водных деревьев, отдельные каналы электрических деревьев больше и их легче увидеть. [1] [2] Древовидное образование представляет собой механизм долговременного отказа для подземных высоковольтных силовых кабелей с полимерной изоляцией, о котором впервые было сообщено в 1969 году. [3] Подобным образом двумерные деревья могут возникать на поверхности сильно нагруженного диэлектрика. или через диэлектрическую поверхность, загрязненную пылью или минеральными солями. Со временем эти частично проводящие следы могут разрастаться до полного разрушения диэлектрика. Электрическое отслеживание, иногда называемое сухим бандажом, является типичным механизмом отказа электрических изоляторов, которые подвергаются загрязнению соляным туманом вдоль береговой линии. Ветвящиеся 2D- и 3D-модели иногда называют фигурами Лихтенберга .
Электрическое древо или «фигуры Лихтенберга» также встречаются в высоковольтном оборудовании непосредственно перед поломкой. Следование этим цифрам Лихтенберга в изоляции во время патологоанатомического исследования вышедшей из строя изоляции может быть наиболее полезным при поиске причины пробоя. Опытный инженер-электротехник может видеть со стороны и тип деревьев и их ветвей, где находилась основная причина поломки, и, возможно, найти причину. Таким способом можно с пользой исследовать вышедшие из строя трансформаторы, высоковольтные кабели, вводы и другое оборудование; изоляция раскатывается (в случае бумажной изоляции) или нарезается тонкими ломтиками (в случае систем твердой изоляции), результаты зарисовываются и фотографируются и образуют полезный архив процесса разрушения.
Типы электрических деревьев [ править ]
Электрические деревья могут быть дополнительно разделены на категории в зависимости от различных шаблонов дерева. К ним относятся дендриты, тип ветвей, тип куста, шипы, завязки, галстуки-бабочки и вентилируемые деревья. Два наиболее часто встречающихся типа деревьев - это деревья-бабочки и вентилируемые деревья. [4]
- Деревья-бабочки
- Деревья-бабочки - это деревья, которые начинают расти изнутри диэлектрической изоляции и растут симметрично наружу к электродам. Поскольку деревья начинаются внутри изоляции, у них нет свободного доступа к воздуху, что обеспечит постоянную поддержку частичных разрядов. Таким образом, эти деревья имеют прерывистый рост, поэтому деревья-бабочки обычно не растут достаточно долго, чтобы полностью перекрыть всю изоляцию между электродами, что не приводит к повреждению изоляции.
- Вентилируемые деревья
- Вентилируемые деревья - это деревья, которые возникают на границе раздела изоляции электрода и растут по направлению к противоположному электроду. Доступ к свободному воздуху - очень важный фактор для роста вентилируемых деревьев. Эти деревья могут расти непрерывно, пока не станут достаточно длинными, чтобы перемыть электроды, что приведет к повреждению изоляции.
Обнаружение и расположение электрических деревьев [ править ]
Электрические деревья можно обнаружить и найти с помощью измерения частичных разрядов .
Поскольку измеренные значения этого метода не допускают абсолютной интерпретации, данные, собранные во время процедуры, сравниваются со значениями измерений того же кабеля, собранными во время испытания. Это позволяет просто и быстро классифицировать диэлектрическое состояние (новый, сильно устаревший, неисправный) тестируемого кабеля.
Для измерения уровня частичных разрядов может использоваться напряжение 50–60 Гц, а иногда и синусоидальное напряжение 0,1 Гц VLF ( очень низкая частота ). Напряжение включения, основной критерий измерения, может варьироваться более чем на 100% между измерениями 50–60 Гц по сравнению с 0,1 Гц СНЧ ( очень низкая частота ) синусоидальным источником переменного тока на частоте сети (50–60 Гц), как предписано Стандарты IEEE 48, 404, 386 и стандарты ICEA S-97-682, S-94-649 и S-108-720. Современные системы обнаружения частичных разрядов используют программное обеспечение цифровой обработки сигналов для анализа и отображения результатов измерений.
Анализ сигналов частичных разрядов, собранных во время измерения с помощью соответствующего оборудования, может позволить выявить подавляющее большинство дефектов изоляции. Обычно они отображаются в формате отображения частичного разряда. Дополнительная полезная информация об испытуемом устройстве может быть получена из фазового описания частичных разрядов.
Достаточный отчет об измерениях содержит:
- Калибровочный импульс (в соответствии с IEC 60270) и обнаружение конца
- Фоновый шум измерительной установки
- Начальное напряжение частичного разряда PDIV
- Уровень частичного разряда при 1,7 Вольт
- Напряжение гашения частичного разряда PDEV
- Схема частичного разряда с фазовым разрешением PRPD для расширенной интерпретации поведения частичного разряда (необязательно)
См. Также [ править ]
- Сшитый полиэтилен
- Высоковольтный кабель
- Фигура Лихтенберга
- Частичная разрядка
Ссылки [ править ]
- ^ Э. Моро; К. Маю; К. Лоран (февраль 1993 г.), «Структурные характеристики водяных деревьев в силовых кабелях и лабораторных образцах», IEEE Transactions по электрической изоляции , IEEE, 28 (1): 54–64, doi : 10.1109 / 14.192240
- Перейти ↑ Simmons, M. (2001). «Раздел 6.6.2». В Райане, Хью М. (ред.). Высоковольтная инженерия и испытания (второе изд.). Институт инженеров-электриков. п. 266. ISBN. 0-85296-775-6.
- ^ T. Miyashita (1971), «Износ проводов с водным покрытием из полиэтилена, публикация Treeing = Proceedings 1969 IEEE-NEMA Electrical Insulation Conference», IEEE Transactions on Electrical Insulation , EI-6 (3): 129–135, doi : 10.1109 / TEI.1971.299145 , S2CID 51642905
- Перейти ↑ Thue, William A. (1997). Электроизоляция в энергосистемах . CRC. С. 255–256. ISBN 978-0-8247-0106-2.
Внешние ссылки [ править ]
 | Викискладе есть медиафайлы по теме « Древовидная структура электрических сетей» . |
- Обнаружение и определение местоположения электрических деревьев путем измерения частичных разрядов
- Частичный разряд и электрические деревья
