Elektrisk trädbildning
Inom elektroteknik är trädbildning ett elektriskt fenomen före haveri i solid isolering . Det är en skadlig process på grund av partiella urladdningar och fortskrider genom den belastade dielektriska isoleringen, i en väg som liknar grenarna på ett träd . Trädbildning av solid högspänningskabelisolering är en vanlig nedbrytningsmekanism och källa till elektriska fel i underjordiska kraftkablar.
Andra händelser och orsaker
Elektrisk trädbildning uppstår först och fortplantar sig när ett torrt dielektriskt material utsätts för hög och divergerande elektrisk fältspänning under en lång tidsperiod. Elektrisk trädbildning har observerats härröra från punkter där föroreningar, gashålrum , mekaniska defekter eller ledande projektioner orsakar överdriven elektrisk fältspänning inom små områden av dielektrikumet. Detta kan jonisera gaser i tomrum inuti bulkdielektriken, vilket skapar små elektriska urladdningar mellan tomrummets väggar. En förorening eller defekt kan till och med resultera i partiellt nedbrytning av själva det fasta dielektrikumet. Ultraviolett ljus och ozon från dessa partiella urladdningar (PD) reagerar sedan med närliggande dielektrikum, sönderdelas och försämrar dess isoleringsförmåga ytterligare. Gaser frigörs ofta när dielektrikumet bryts ned, vilket skapar nya tomrum och sprickor. Dessa defekter försvagar materialets dielektriska styrka ytterligare, ökar den elektriska spänningen och påskyndar PD-processen.
Vattenträd och elträd
I närvaro av vatten kan en diffus, delvis ledande 3D-plymliknande struktur, kallad ett vattenträd , bildas i polyetendielektriken som används i nedgrävda eller vattensänkta högspänningskablar. Plymen är känd för att bestå av ett tätt nätverk av extremt små vattenfyllda kanaler som definieras av polymerens naturliga kristallina struktur. Individuella kanaler är extremt svåra att se med optisk förstoring, så deras studie kräver vanligtvis att man använder ett svepelektronmikroskop ( SEM).
Vattenträd börjar som ett mikroskopiskt område nära en defekt. De växer sedan under den fortsatta närvaron av ett högt elektriskt fält och vatten. Vattenträd kan så småningom växa till den punkt där de överbryggar det yttre jordskiktet till den centrala högspänningsledaren, vid vilken punkt spänningen omfördelas över isoleringen. Vattenträd är i allmänhet inte ett tillförlitlighetsproblem om de inte kan initiera ett elektriskt träd.
En annan typ av trädliknande struktur kan bildas med eller utan närvaro av vatten kallas ett elektriskt träd . Det bildas också i ett polyetendielektrikum (liksom många andra fasta dielektrika). Elektriska träd har också sitt ursprung där bulk- eller ytspänningsförbättringar initierar dielektriskt nedbrytning i en liten del av isoleringen. Detta skadar permanent isoleringsmaterialet i det området. Ytterligare trädtillväxt sker sedan genom som ytterligare små elektriska haverihändelser (kallade partiella urladdningar) . Tillväxt av elektriska träd kan påskyndas av snabba spänningsförändringar, såsom växlingsoperationer. Dessutom kan kablar som injiceras med högspänningslikström också utveckla elektriska träd över tiden eftersom elektriska laddningar migrerar in i dielektrikumet närmast HV-ledaren. Området med injicerad laddning (kallad rymdladdning ) förstärker det elektriska fältet i dielektrikumet, vilket stimulerar ytterligare spänningsförstärkning och initieringen av elektriska träd som platsen för redan existerande spänningsförstärkningar. Eftersom själva det elektriska trädet vanligtvis är delvis ledande, ökar dess närvaro också den elektriska spänningen i området mellan trädet och den motsatta ledaren.
Till skillnad från vattenträd är de individuella kanalerna hos elektriska träd större och lättare att se. Trädbildning har varit en långvarig felmekanism för nedgrävda polymerisolerade högspänningskablar, som rapporterades första gången 1969. På liknande sätt kan 2D-träd förekomma längs ytan av ett starkt belastat dielektrikum, eller över en dielektrisk yta som har varit förorenad av damm eller mineralsalter. Med tiden kan dessa delvis ledande spår växa tills de orsakar fullständigt fel på dielektrikumet. Elektrisk spårning, ibland kallad torrbandning , är en typisk felmekanism för elektriska kraftisolatorer som utsätts för förorening med saltstänk längs kusten. De förgrenade 2D- och 3D-mönstren kallas ibland Lichtenberg-figurer .
Elektrisk trädbildning eller "Lichtenbergfigurer" förekommer också i högspänningsutrustning strax före haveri. Att följa dessa Lichtenberg-siffror i isoleringen vid obduktionsundersökning av den nedbrutna isoleringen kan vara mest användbar för att hitta orsaken till haveri. En erfaren högspänningsingenjör kan från riktningen och typen av träd och deras grenar se var den primära orsaken till haveriet låg och eventuellt hitta orsaken. Trasiga transformatorer, högspänningskablar, genomföringar och annan utrustning kan med fördel undersökas på detta sätt; isoleringen rullas ut (vid pappersisolering) eller skivas i tunna skivor (vid solida isoleringssystem), resultaten skissas och fotograferas och bildar ett användbart arkiv över nedbrytningsprocessen.
Typer av elektriska träd
Elektriska träd kan ytterligare kategoriseras beroende på de olika trädmönstren. Dessa inkluderar dendriter, grentyp, busktyp, spikar, snören, flugor och ventilerade träd. De två vanligaste trädtyperna är fluga och ventilerade träd.
- Bowtie-träd
- Bowtie-träd är träd som börjar växa inifrån den dielektriska isoleringen och växer symmetriskt utåt mot elektroderna. När träden börjar i isoleringen har de ingen fri lufttillförsel vilket möjliggör kontinuerligt stöd för partiella utsläpp. Således har dessa träd en diskontinuerlig tillväxt, vilket är anledningen till att fluga-träden vanligtvis inte växer tillräckligt länge för att helt överbrygga hela isoleringen mellan elektroderna, vilket därför inte orsakar fel i isoleringen.
- Ventilerade träd
- Ventilerade träd är träd som initieras vid ett elektrodisoleringsgränssnitt och växer mot den motsatta elektroden. Att ha tillgång till fri luft är en mycket viktig faktor för de ventilerade trädens tillväxt. Dessa träd kan växa kontinuerligt tills de är tillräckligt långa för att överbrygga elektroderna, vilket orsakar fel i isoleringen.
Detektering och lokalisering av elektriska träd
Elektriska träd kan detekteras och lokaliseras med hjälp av partiell urladdningsmätning .
Eftersom mätvärdena för denna metod inte tillåter någon absolut tolkning, jämförs data som samlats in under proceduren med mätvärden för samma kabel som samlats in under testet. Detta möjliggör enkel och snabb klassificering av det dielektriska tillståndet (ny, starkt åldrad, felaktig) hos kabeln som testas.
För att mäta nivån av partiella urladdningar kan 50–60 Hz eller ibland en sinusformad 0,1 Hz VLF ( mycket lågfrekvent) spänning användas. Tillslagsspänningen, ett stort mätkriterium, kan variera med över 100 % mellan 50–60 Hz-mätningar jämfört med 0,1 Hz VLF ( mycket lågfrekvent ) sinusformad AC-källa vid strömfrekvensen (50–60 Hz) enligt mandat av IEEE-standarderna 48, 404, 386 och ICEA-standarderna S-97-682, S-94-649 och S-108-720. Moderna PD-detektionssystem använder digital signalbehandlingsprogramvara för analys och visning av mätresultat.
En analys av PD-signalerna som samlats in under mätningen med rätt utrustning kan tillåta de allra flesta lokaliseringar av isoleringsdefekter. Vanligtvis visas de i ett kartläggningsformat för partiell urladdning. Ytterligare användbar information om enheten som testas kan härledas från en fasrelaterad skildring av de partiella urladdningarna.
En tillräcklig mätrapport innehåller:
- Kalibreringspuls (i enlighet med IEC 60270) och slutdetektering
- Bakgrundsljud från mätarrangemanget
- Partiell urladdning startspänning PDIV
- Partiell urladdningsnivå vid 1,7 Vo
- Partiell urladdning släckningsspänning PDEV
- Faslöst partiellt urladdningsmönster PRPD för avancerad tolkning av partiellt urladdningsbeteende (valfritt)
Se även
externa länkar
- Detektering och lokalisering av elektriska träd genom partiell urladdningsmätning
- Partiell urladdning och elektriska träd