Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
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.
In electrical engineering, treeing is an electrical pre breakdown phenomenon in solid insulation. It is a damaging process due to partial discharges and progresses through the stressed dielectric insulation, in a path resembling the branches of a tree. Treeing of solid high voltage cable insulation is a common breakdown mechanism and source of electrical faults in underground power cables.
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.
Electrical treeing first occurs and propagates when a dry dielectric material is subjected to high and divergent electrical field stress over a long period of time. Electrical treeing is observed to originate at points where impurities, gas voids, mechanical defects, or conducting projections cause excessive electrical field stress within small regions of the dielectric. This can ionize gases within voids inside the bulk dielectric, creating small electrical discharges between the walls of the void. An impurity or defect may even result in the partial breakdown of the solid dielectric itself. Ultraviolet light and ozone from these partial discharges (PD) then react with the nearby dielectric, decomposing and further degrading its insulating capability. Gases are often liberated as the dielectric degrades, creating new voids and cracks. These defects further weaken the dielectric strength of the material, enhance the electrical stress, and accelerate the PD process.
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.
In the presence of water, a diffuse, partially conductive 3D plume like structure, called a water tree, may form within the polyethylene dielectric used in buried or water immersed high voltage cables. The plume is known to consist of a dense network of extremely small water filled channels which are defined by the native crystalline structure of the polymer. Individual channels are extremely difficult to see using optical magnification, so their study usually requires using a scanning electron microscope (SEM). Water trees begin as a microscopic region near a defect. They then grow under the continued presence of a high electrical field and water. Water trees may eventually grow to the point where they bridge the outer ground layer to the center high voltage conductor, at which point the stress redistributes across the insulation. Water trees are not generally a reliability concern unless they are able to initiate an electrical tree. Another type of tree like structure can form with or without the presence of water is called an electrical tree. It also forms within a polyethylene dielectric (as well as many other solid dielectrics). Electrical trees also originate where bulk or surface stress enhancements initiate dielectric breakdown in a small region of the insulation. This permanently damages the insulating material in that region. Further tree growth then occurs through as additional small electrical breakdown events (called partial discharges). Electrical tree growth may be accelerated by rapid voltage changes, such as utility switching operations. Also, cables injected with high voltage DC may also develop electrical trees over time as electrical charges migrate into the dielectric nearest the HV conductor. The region of injected charge (called a space charge) amplifies the electrical field in the dielectric, stimulating further stress enhancement and the initiation of electrical trees as the site of pre existing stress enhancements. Since the electrical tree itself is typically partially conducting, its presence also increases the electrical stress in the region between the tree and the opposite conductor. Unlike water trees, the individual channels of electrical trees are larger and more easily seen. Treeing has been a long term failure mechanism for buried polymer insulated high voltage power cables, first reported in 1969. In a similar fashion, 2D trees can occur along the surface of a highly stressed dielectric, or across a dielectric surface that has been contaminated by dust or mineral salts. Over time, these partially conductive trails can grow until they cause complete failure of the dielectric. Electrical tracking, sometimes called dry banding, is a typical failure mechanism for electrical power insulators that are subjected to salt spray contamination along coastlines. The branching 2D and 3D patterns are sometimes called Lichtenberg figures. Electrical treeing or "Lichtenberg figures" also occur in high voltage equipment just before breakdown. Following these Lichtenberg figures in the insulation during postmortem investigation of the broken down insulation can be most useful in finding the cause of breakdown. An experienced high voltage engineer can see from the direction and the type of trees and their branches where the primary cause of the breakdown was situated and possibly find the cause. Broken down transformers, high voltage cables, bushings, and other equipment can usefully be investigated in this way; the insulation is unrolled (in the case of paper insulation) or sliced in thin slices (in the case of solid insulation systems), the results are sketched and photographed and form a useful archive of the breakdown process.
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.
Electrical trees can be further categorized depending on the different tree patterns. These include dendrites, branch type, bush type, spikes, strings, bow ties and vented trees. The two most commonly found tree types are bow tie trees and vented trees. Bow tie trees Bow tie trees are trees which start to grow from within the dielectric insulation and grow symmetrically outwards toward the electrodes. As the trees start within the insulation, they have no free supply of air which will enable continuous support of partial discharges. Thus, these trees have discontinuous growth, which is why the bow tie trees usually do not grow long enough to fully bridge the entire insulation between the electrodes, therefore causing no failure in the insulation. Vented trees Vented trees are trees which initiate at an electrode insulation interface and grow towards the opposite electrode. Having access to free air is a very important factor for the growth of the vented trees. These trees are able to grow continuously until they are long enough to bridge the electrodes, therefore causing failure in the insulation.