Электрическое дерево

В электротехнике — триинг это электрическое явление перед пробоем в твердой изоляции . Это разрушительный процесс из-за частичных разрядов , который протекает через напряженную диэлектрическую изоляцию по пути, напоминающему ветви дерева . Обрастание сплошной изоляции высоковольтных кабелей является распространенным механизмом пробоя и источником электрических повреждений в подземных силовых кабелях.

Другие явления и причины

Электрическое древообразование впервые возникает и распространяется, когда сухой диэлектрический материал подвергается сильному и расходящемуся напряжению электрического поля в течение длительного периода времени. Наблюдается, что электрическое дерево 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 внутри пустот внутри объемного диэлектрика, создавая небольшие электрические разряды между стенками пустоты. Примесь или дефект могут даже привести к частичному разрушению самого твердого диэлектрика. Ультрафиолетовый свет и озон от этих частичных разрядов (ЧР) затем вступают в реакцию с близлежащим диэлектриком, разлагая и еще больше ухудшая его изолирующие способности. Газы часто выделяются по мере разрушения диэлектрика, создавая новые пустоты и трещины. Эти дефекты еще больше ослабляют диэлектрическую прочность материала, усиливают электрические напряжения и ускоряют процесс частичного разряда.

Водяные деревья и электрические деревья

диффузная, частично проводящая трехмерная структура, похожая на шлейф, называемая водяным деревом В присутствии воды внутри полиэтиленового диэлектрика, используемого в подземных или погруженных в воду кабелях высокого напряжения, может образоваться . Известно, что шлейф состоит из плотной сети чрезвычайно мелких заполненных водой каналов, которые определяются естественной кристаллической структурой полимера. Отдельные каналы чрезвычайно трудно увидеть с помощью оптического увеличения, поэтому их исследование обычно требует использования сканирующего электронного микроскопа (СЭМ).

Водяные деревья начинаются с микроскопической области возле дефекта. Затем они растут в условиях постоянного присутствия сильного электрического поля и воды. Водяные деревья могут в конечном итоге вырасти до такой степени, что они соединят внешний слой земли с центральным проводником высокого напряжения, и в этот момент напряжение перераспределяется по изоляции. Водяные деревья обычно не вызывают проблем с надежностью, если только они не способны инициировать электрическое дерево.

Другой тип древовидной структуры, которая может образовываться как в присутствии воды, так и без нее, называется электрическим деревом . Он также образуется внутри полиэтиленового диэлектрика (как и многих других твердых диэлектриков). Электрические деревья также возникают там, где усиление объемного или поверхностного напряжения вызывает пробой диэлектрика в небольшом участке изоляции. Это необратимо повреждает изоляционный материал в этой области. Дальнейший рост дерева происходит в результате дополнительных небольших электрических пробоев (так называемых частичных разрядов ). Рост электрического дерева может быть ускорен быстрыми изменениями напряжения, такими как операции по переключению электросетей. Кроме того, в кабелях, на которые подается постоянное напряжение высокого напряжения, со временем могут образовываться электрические деревья, поскольку электрические заряды мигрируют в диэлектрик, ближайший к проводнику высокого напряжения. Область введенного заряда (называемая пространственным зарядом ) усиливает электрическое поле в диэлектрике, стимулируя дальнейшее усиление напряжения и возникновение электрических деревьев как места уже существовавшего усиления напряжения. Поскольку электрическое дерево само по себе 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] Триинг - это долговременный механизм отказа полимерной изоляцией, о котором впервые сообщалось в 1969 году. высоковольтных кабелей с ^[3] Аналогичным образом двумерные деревья могут возникать вдоль поверхности диэлектрика, находящегося под сильным напряжением, или на поверхности диэлектрика, загрязненной пылью или минеральными солями. Со временем эти частично проводящие дорожки могут разрастаться, пока не приведут к полному разрушению диэлектрика. Электрическое слежение, иногда называемое сухими полосами , является типичным механизмом отказа электрических изоляторов, которые подвергаются загрязнению солевыми брызгами вдоль береговой линии. Ветвящиеся 2D и 3D модели иногда называют фигурами Лихтенберга .

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

Электрические деревья или «фигуры Лихтенберга» также возникают в высоковольтном оборудовании непосредственно перед пробоем. Следование этим цифрам Лихтенберга по изоляции во время патологоанатомического исследования разрушенной изоляции может быть наиболее полезным при поиске причины пробоя. Опытный электротехник по направлению, виду деревьев и их ветвей может увидеть, где находилась первопричина аварии, и, возможно, найти причину. Таким способом можно с пользой исследовать вышедшие из строя трансформаторы, высоковольтные кабели, вводы и другое оборудование; изоляцию раскатывают (в случае бумажной изоляции) или нарезают тонкими ломтиками (в случае твердых изоляционных систем), результаты зарисовывают и фотографируют и образуют полезный архив процесса разрушения.

Виды электрических деревьев

Электрические деревья можно разделить на категории в зависимости от различных рисунков деревьев. К ним относятся дендриты, ветви, кусты, шипы, веревки, галстуки-бабочки и вентилируемые деревья. Два наиболее часто встречающихся типа деревьев — это деревья-бабочки и вентилируемые деревья. ^[4]

Деревья с галстуком-бабочкой: 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 притока воздуха, который обеспечивает непрерывную поддержку частичных разрядов. Таким образом, эти деревья имеют прерывистый рост, поэтому деревья-бабочки обычно не вырастают достаточно долго, чтобы полностью соединить всю изоляцию между электродами, что не приводит к повреждению изоляции.

Вентилируемые деревья: Вентилируемые деревья — это деревья, которые возникают на границе раздела изоляции электродов и растут к противоположному электроду. Наличие доступа к свободному воздуху является очень важным фактором для роста вентилируемых деревьев. Эти деревья способны непрерывно расти, пока не станут достаточно длинными, чтобы соединить электроды, что приводит к повреждению изоляции.

Обнаружение и местоположение электрических деревьев

Электрические деревья можно обнаружить и локализовать посредством измерения частичных разрядов .

Поскольку значения измерений 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 изношенный, неисправный) испытуемого кабеля.

Для измерения уровня частичных разрядов ОНЧ ( очень низкой частоты может использоваться напряжение ) частотой 50–60 Гц, а иногда и синусоидальное напряжение 0,1 Гц. Напряжение включения, основной критерий измерения, может варьироваться более чем на 100 % между измерениями в диапазоне 50–60 Гц по сравнению с синусоидальным источником переменного тока VLF ( очень низкой частоты ) с частотой 0,1 Гц при промышленной частоте (50–60 Гц), как того требует стандарт. Стандарты IEEE 48, 404, 386 и стандарты ICEA S-97-682, S-94-649 и S-108-720. Современные системы обнаружения ЧР используют программное обеспечение цифровой обработки сигналов для анализа и отображения результатов измерений.

Анализ сигналов частичного разряда, собранных во время измерения с помощью соответствующего оборудования, может позволить обнаружить подавляющее большинство дефектов изоляции. Обычно они отображаются в формате карт частичного разряда. Дополнительную полезную информацию об тестируемом устройстве можно получить из фазового изображения 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 Во
Напряжение гашения частичного разряда PDEV
Диаграмма частичных разрядов с фазовым разрешением PRPD для расширенной интерпретации поведения частичных разрядов (опция)

См. также

Ссылки

^ Э. Моро; К. Майу; К. Лоран (февраль 1993 г.), «Структурные характеристики водяных деревьев в силовых кабелях и лабораторных образцах», IEEE Transactions on Electrical Insulation , 28 (1), IEEE: 54–64, doi : 10.1109/14.192240
^ Симмонс, М. (2001). «Раздел 6.6.2». В Райане, Хью М. (ред.). Проектирование и испытания высокого напряжения (второе изд.). Институт инженеров-электриков. п. 266. ИСБН 0-85296-775-6 .
^ Т. Мияшита (1971), «Ухудшение состояния проводов с полиэтиленовым покрытием, погруженных в воду, из-за публикации 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
^ Туэ, Уильям А. (1997). Электроизоляция в энергосистемах . КПР. стр. 255–256. ISBN 978-0-8247-0106-2 .

Внешние ссылки

[1] Э. Моро; К. Майу; К. Лоран (февраль 1993 г.), «Структурные характеристики водяных деревьев в силовых кабелях и лабораторных образцах», IEEE Transactions on Electrical Insulation , 28 (1), IEEE: 54–64, doi : 10.1109/14.192240

[sim-2] Симмонс, М. (2001). «Раздел 6.6.2». В Райане, Хью М. (ред.). Проектирование и испытания высокого напряжения (второе изд.). Институт инженеров-электриков. п. 266. ИСБН 0-85296-775-6 .

[3] Т. Мияшита (1971), «Ухудшение состояния проводов с полиэтиленовым покрытием, погруженных в воду, из-за публикации 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

[4] Туэ, Уильям А. (1997). Электроизоляция в энергосистемах . КПР. стр. 255–256. ISBN 978-0-8247-0106-2 .

[1]

[2]

[3]

[4]