Кіріспе

Электр техникасында ағаш тәрізді таралу – қатты оқшаулағыштағы электрлік бұзылуға дейінгі құбылыс. Бұл жартылай разрядтардың салдарынан болатын зиянды процесс және кернеуге ұшыраған диэлектрлік оқшаулаудың ішінде ағаш бұтақтарына ұқсас жолмен дамиды. Жоғары кернеулі кабельдің қатты оқшаулауындағы ағаш тәрізді таралу – жер астындағы қуат кабельдеріндегі электрлік ақаулардың жиі кездесетін себебі және бұзылу механизмі.

Басқа оқиғалар мен себептері

Электрлік ағаштану алғаш рет құрғақ диэлектрлік материал ұзақ уақыт бойы күшті және дивергентті электр өрісіне түскен кезде пайда болады және таралады. Электрлік ағаштардың пайда болуы диэлектриктің шағын аймақтарында электр өрісінің күшін артыратын қоспалар, газ көпіршіктері, механикалық кемшіліктер немесе тоқ өткізгіш тіректер орналасқан жерлерде байқалады. Бұл диэлектриктің ішіндегі көпіршіктердегі газдардың иондануына алып келіп, көпіршік қабырғалары арасында кішкентай электрлік разрядтарды тудырады. Қоспа немесе кемшілік тіпті қатты диэлектриктің ішінара бұзылуына себеп болуы мүмкін. Осы жарым-жартылай разрядтардан (ЖР) шығатын ультракүлгін сәуле және озон жақын жердегі диэлектрикпен әрекеттесіп, оны ыдыратып, оқшаулау қабілетін одан әрі төмендетеді. Диэлектриктің ыдырауы кезінде газдар көбінесе бөлінеді, жаңа көпіршіктер мен жарықтар пайда болады. Бұл кемшіліктер материалдың диэлектрлік беріктігін одан әрі әлсіретеді, электрлік кернеуді күшейтеді және ЖР процесін жеделдетеді.

Су ағаштары мен электр ағаштары

Судың қатысуымен, жерге көмілген немесе суға батырылған жоғары кернеулі кабельдерде қолданылатын полиэтилен диэлектригінің ішінде су ағашы деп аталатын, тараған, жартылай өткізгіш 3D-құрылым пайда болуы мүмкін. Бұл құрылым полимердің табиғи кристалдық құрылымымен анықталатын өте кішкентай, суға толы арналардың тығыз желісінен тұрады. Жеке арналарды оптикалық үлкейту арқылы көру өте қиын, сондықтан оларды зерттеу үшін сканерлеуші электронды микроскопты (СЭМ) пайдалану қажет. Су ағаштары ақаудың жанындағы микроскопиялық аймақтан басталады. Олар жоғары электр өрісі мен судің үнемі болуымен өседі. Су ағаштары ақырында сыртқы жер қабатын орталық жоғары кернеу өткізгішіне дейін жетіп, кернеуді изоляция бойымен қайта бөліп, өседі. Су ағаштары электр ағашын бастамалай алмаса, сенімділік мәселесі тудырмайды. Судың болуына қарамастан немесе онсыз пайда болатын тағы бір ағаш тәрізді құрылым электр ағашы деп аталады. Ол полиэтилен диэлектригінде (сондай-ақ көптеген басқа қатты диэлектриктерде) де пайда болады. Электр ағаштары да изоляцияның кішкентай аймағында диэлектрлік бұзылуды бастайтын көлемдік немесе беттік кернеудің күшеюінен пайда болады. Бұл аймақтағы изоляциялық материалға қайтымсыз зақым келтіреді. Ағаштардың одан әрі өсуі қосымша шағын электрлік ақаулар (ішінара разрядтар) арқылы жүзеге асырылады. Электр ағашының өсуін кернеудің жылдам өзгеруі, мысалы, желілік коммутациялық операциялар үдетуі мүмкін. Сондай-ақ, жоғары кернеулі тұрақты токпен инъекцияланған кабельдерде уақыт өте келе электр ағаштары пайда болуы мүмкін, себебі электр зарядтары жоғары кернеу өткізгішіне жақын диэлектрикке көшеді. Инъекцияланған зарядтың аймағы (кеңістіктік заряд) диэлектриктегі электр өрісін күшейтеді, кернеудің одан әрі күшеюін ынталандырады және электр ағаштарын бұрыннан бар кернеудің күшеюінің орны ретінде бастайды. Электр ағашының өзі жартылай өткізгіш болғандықтан, оның болуы ағаш пен қарсы өткізгіш арасындағы аймақтағы электрлік кернеуді арттырады. Су ағаштарынан айырмашылығы, электр ағаштарының жеке арналары үлкен және оңай көрінеді. Ағаштардың пайда болуы полимерлік изоляцияланған жоғары кернеулі электр кабельдерінің ұзақ мерзімді сәтсіздік механизмі болып табылады, бұл алғаш рет 1969 жылы хабарланды. Осыған ұқсас, 2D ағаштар қатты қысымды диэлектриктің беті бойымен немесе шаңмен немесе минералды тұздармен ластанған диэлектрик беті арқылы пайда болуы мүмкін. Уақыт өте келе, бұл жартылай өткізгіш іздер диэлектриктің толық бұзылуына әкеліп соғады. Электрлік іздер, кейде құрғақ жолақтар деп аталады, жағалау бойында тұзды шашыратуға ұшыраған электр қуат изоляторларының әдеттегі ақау механизмі болып табылады. 2D және 3D үлгілері кейде Лихтенберг фигуралары деп аталады. Электрлік ағаштар немесе "Лихтенберг фигуралары" жоғары кернеулі жабдықтарда да бұзылу алдында пайда болады. Бұзылған изоляцияны зерттеу кезінде осы Лихтенберг фигураларын изоляцияда іздеу ақаудың себебін анықтауға көмектеседі. Тәжірибелі жоғары кернеу инженері бұзылудың негізгі себебі қайда болғанын, ағаштар мен бұтақтарының бағыты мен түрінен көре алады және себебін анықтай алады. Бұзылған трансформаторларды, жоғары кернеулі кабельдерді, бушингтерді және басқа жабдықтарды осылай зерттеуге болады; изоляцияны жайып (қағаз изоляциясы үшін) немесе жұқа тілімдерге бөліп (қатты изоляциялық жүйелер үшін), нәтижелерді сызып, суретке түсіріп, бұзылу процесінің пайдалы мұрағатын құрайды.

Электр ағаштарының түрлері

Электр ағаштары әртүрлі ағаш үлгілеріне байланысты одан әрі жіктелуі мүмкін. Оларға дендриттер, тармақты тип, бұталы тип, тікенектер, тізбектер, бау-байламдар және желдеткіш ағаштар жатады. Ең көп кездесетін екі ағаш түрі – бау-байлам ағаштары және желдеткіш ағаштар. Бау-байлам ағаштары Бау-байлам ағаштары – диэлектрлік оқшаулаудың ішінде өсе бастап, электродтарға қарай симметриялық түрде сыртқа қарай өсетін ағаштар. Ағаштар оқшаулаудың ішінде басталатындықтан, оларға жартылай разрядты үздіксіз қолдауға мүмкіндік беретін еркін ауа жеткілікті түрде жетпейді. Сондықтан, бұл ағаштар үзіліспен өседі, осы себепті бау-байлам ағаштары көбінесе электродтар арасындағы оқшаулауды толық жабу үшін жеткілікті ұзынға жете алмайды, демек оқшаулауда бұзушылыққа себеп болмайды. Желдеткіш ағаштар Желдеткіш ағаштар – электродтың оқшаулау бетінен басталып, қарсы электродқа қарай өсетін ағаштар. Желдеткіш ағаштардың өсуі үшін еркін ауаға қол жеткізу өте маңызды фактор болып табылады. Бұл ағаштар электродтарды толық байланыстыруға жеткілікті ұзындыққа дейін үздіксіз өсе алады, соның салдарынан оқшаулауда бұзушылық туындайды.