WikiDer > Электрическое древоведение

Electrical treeing
Трехмерное "электрическое дерево" (или Фигура Лихтенберга), заключенный в 1,5-дюймовый куб из полиметилметакрилат (ПММА)

В электротехника, деревья является электрическим явлением перед пробоем в твердом изоляция. Это разрушительный процесс из-за частичные разряды и проходит через стрессовые диэлектрик изоляция, в пути напоминающие ветви дерева. Древовидная изоляция сплошных высоковольтных кабелей является распространенным механизмом пробоя и источником электрических повреждений в подземных силовых кабелях.

Другие случаи и причины

Электрическое древообразование сначала возникает и распространяется, когда сухой диэлектрический материал подвергается воздействию высоких и расходящихся электрическое поле стресс в течение длительного периода времени. Электрическое древообразование наблюдается в точках, где присутствуют примеси, газ пустоты, механические дефекты или проводящие выступы вызывают чрезмерное электрическое поле напряжение в небольших областях диэлектрика. Это может ионизировать газы в пустотах внутри основного диэлектрика, создавая небольшие электрические разряды между стенами пустоты. Примесь или дефект могут даже привести к частичному пробою самого твердого диэлектрика. Ультрафиолетовый свет и озон от них частичные разряды (PD) затем вступает в реакцию с ближайшим диэлектриком, разлагаясь и ухудшая его изоляционные свойства. Газы часто высвобождаются по мере разрушения диэлектрика, создавая новые пустоты и трещины. Эти дефекты дополнительно ослабляют диэлектрическую прочность материала, увеличивают электрическое напряжение и ускоряют процесс частичных разрядов.

Водяные деревья и электрические деревья

В присутствии воды диффузная, частично проводящая трехмерная структура в виде шлейфа, называемая водяное дерево, могут образовываться внутри полиэтиленового диэлектрика, используемого в подземных или погружаемых в воду высоковольтных кабелях. Известно, что шлейф состоит из плотной сети чрезвычайно маленьких заполненных водой каналов, которые определяются природной кристаллической структурой полимера. Отдельные каналы крайне сложно увидеть с помощью оптического увеличения, поэтому для их исследования обычно требуется растровый электронный микроскоп (SEM).

Водяные деревья начинаются с микроскопической области возле дефекта. Затем они растут в постоянном присутствии сильного электрического поля и воды. В конечном итоге водяные деревья могут вырасти до точки, в которой они соединяют внешний слой заземления с центральным проводником высокого напряжения, и в этот момент напряжение перераспределяется по изоляции. Водные деревья обычно не вызывают беспокойства, если только они не могут инициировать электрическое дерево.

Другой тип древовидной структуры, которая может образовываться в присутствии воды или без нее, называется электрическое дерево. 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 дерева затем происходит в виде дополнительных небольших электрических пробоев (называемых частичные разряды). Рост электрического дерева может быть ускорен быстрыми изменениями напряжения, такими как операции переключения электросети. Кроме того, кабели, в которые вводится постоянный ток высокого напряжения, также могут со временем образовывать электрические деревья, поскольку электрические заряды мигрируют в диэлектрик, ближайший к проводнику высокого напряжения. Область инжектируемого заряда (называемая космический заряд) усиливает электрическое поле в диэлектрике, стимулируя дальнейшее усиление напряжения и инициирование электрических деревьев как 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]Древовидность была механизмом долгосрочного отказа для скрытых полимер-изолированные силовые кабели высокого напряжения, о которых впервые было сообщено в 1969 году.[3] Подобным образом двумерные деревья могут возникать вдоль поверхности сильно нагруженного диэлектрика или на поверхности диэлектрика, загрязненной пылью или минеральными солями. Со временем эти частично проводящие следы могут разрастаться до полного разрушения диэлектрика. Электрическое слежение, иногда называемое сухая повязка, является типичным механизмом выхода из строя электрических изоляторов, которые подвергаются загрязнению соляным туманом вдоль береговой линии. Разветвляющиеся 2D- и 3D-шаблоны иногда называют Цифры Лихтенберга.

2D обугленные электрические деревья (или трекинг) по поверхности поликарбонатной пластины, которая была частью тригатрон. Эти частично проводящие пути в конечном итоге привели к преждевременной поломке и выходу устройства из строя.

Электрическое древообразование 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 для поиска причины пробоя. Опытный инженер-электротехник может видеть со стороны и типа 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.

Виды электрических деревьев

Электрические деревья можно разделить 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 по направлению к электродам. Поскольку деревья начинаются внутри изоляции, у них нет свободного доступа к воздуху, который 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 образуются 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 местонахождение электрических деревьев

Электрические деревья можно обнаружить и найти с помощью измерение частичных разрядов.

Поскольку измеренные значения этого метода не допускают абсолютной интерпретации, данные, собранные во время процедуры, сравниваются со значениями измерения 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 50–60 Гц или иногда синусоидального 0,1 Гц VLF (очень низкая частота) можно использовать напряжение. Напряжение включения, являющееся основным критерием измерения, может варьироваться более чем на 100% между измерениями 50–60 Гц по сравнению с 0,1 Гц VLF (очень низкая частота) Источник синусоидального переменного тока с частотой сети (50–60 Гц) в соответствии со стандартами IEEE 48, 404, 386 и стандартами 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 схемы измерения
  • Начальное напряжение частичного разряда PDIV
  • Уровень частичного разряда при 1,7 Vo
  • Напряжение гашения частичного разряда PDEV
  • Схема частичного разряда с фазовым разрешением PRPD для расширенной интерпретации поведения частичных разрядов (необязательно)

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Э. Моро; К. Маю; К. Лоран (февраль 1993 г.), «Структурные характеристики водных деревьев в кабелях питания и лабораторных образцах», IEEE Transactions по электрической изоляции, IEEE, 28 (1): 54–64, Дои:10.1109/14.192240
  2. ^ Симмонс, М. (2001). «Раздел 6.6.2». В Райане, Хью М. (ред.). Техника и испытания высокого напряжения (Второе изд.). Институт инженеров-электриков. п. 266. ISBN 0-85296-775-6.
  3. ^ T. Miyashita (1971), "Износ проводов с водным покрытием из полиэтилена, публикация Treeing = Proceedings 1969 IEEE-NEMA Electrical Insulation Conference", IEEE Transactions по электрической изоляции, EI-6 (3): 129–135, Дои:10.1109 / TEI.1971.299145
  4. ^ Туэ, Уильям А. (1997). Электроизоляция в энергосистемах. CRC. С. 255–256. ISBN 978-0-8247-0106-2.

внешняя ссылка