Elektrické stromování - Electrical treeing
V elektrotechnice , stromečkování je elektrický předem členění jev v pevné izolace . Jedná se o škodlivý proces způsobený částečnými výboji a prochází namáhanou dielektrickou izolací v cestě připomínající větve stromu . Stromy pevné izolace vysokonapěťových kabelů jsou běžným mechanismem rozbití a zdrojem elektrických poruch v podzemních silových kabelech.
Další události a příčiny
K elektrickému stromování dochází nejprve a šíří se, když je suchý dielektrický materiál vystaven vysokému a odlišnému napětí elektrického pole po dlouhou dobu. Je pozorováno, že elektrické stromování vzniká v místech, kde nečistoty, plynové dutiny, mechanické vady nebo vodivé výstupky způsobují nadměrné napětí elektrického pole v malých oblastech dielektrika. To může ionizovat plyny v dutinách uvnitř objemového dielektrika a vytvářet malé elektrické výboje mezi stěnami dutiny. Nečistota nebo vada mohou dokonce vést k částečnému rozpadu samotného pevného dielektrika. Ultrafialové světlo a ozon z těchto částečných výbojů (PD) pak reagují s blízkým dielektrikem, rozkládají se a dále degradují jeho izolační schopnost. Plyny se často uvolňují, protože dielektrikum degraduje a vytváří nové dutiny a praskliny. Tyto vady dále oslabují dielektrickou pevnost materiálu, zvyšují elektrické napětí a urychlují proces PD.
Vodní stromy a elektrické stromy
V přítomnosti vody se může v polyetylenovém dielektriku používaném v podzemních nebo vodou ponořených vysokonapěťových kabelech vytvořit difúzní, částečně vodivá 3D chocholovitá struktura, nazývaná vodní strom . Je známo, že oblak sestává z husté sítě extrémně malých kanálů naplněných vodou, které jsou definovány přirozenou krystalickou strukturou polymeru. Jednotlivé kanály je extrémně obtížné vidět pomocí optického zvětšení, takže jejich studium obvykle vyžaduje použití rastrovacího elektronového mikroskopu (SEM).
Vodní stromy začínají jako mikroskopická oblast poblíž defektu. Poté rostou pod trvalou přítomností vysokého elektrického pole a vody. Vodní stromy mohou nakonec dorůst do bodu, kdy přemostí vnější zemní vrstvu na středový vysokonapěťový vodič, a v tomto okamžiku se napětí přerozdělí po izolaci. Vodní stromy obecně nejsou problémem spolehlivosti, pokud nejsou schopny zahájit elektrický strom.
Jiný typ stromové struktury, která se může tvořit s přítomností vody nebo bez ní, se nazývá elektrický strom . Také se tvoří v polyethylenovém dielektriku (stejně jako v mnoha dalších pevných dielektrikách). Elektrické stromy také vznikají tam, kde vylepšení objemového nebo povrchového napětí iniciují dielektrický rozpad v malé oblasti izolace. To trvale poškodí izolační materiál v dané oblasti. K dalšímu růstu stromu pak dochází prostřednictvím dalších malých elektrických poruchových událostí (tzv. Částečných výbojů ). Růst elektrického stromu může být urychlen rychlými změnami napětí, jako jsou operace přepínání nástrojů. Také kabely injektované vysokonapěťovým stejnosměrným proudem mohou v průběhu času vyvinout elektrické stromy, protože elektrické náboje migrují do dielektrika nejblíže vodiči VN. Oblast vstřikovaného náboje (nazývaná prostorový náboj ) zesiluje elektrické pole v dielektriku, stimuluje další zesílení stresu a iniciaci elektrických stromů jako místo již existujícího zesílení stresu. Protože samotný elektrický strom je obvykle částečně vodivý, jeho přítomnost také zvyšuje elektrické napětí v oblasti mezi stromem a protilehlým vodičem.
Na rozdíl od vodních stromů jsou jednotlivé kanály elektrických stromů větší a snáze viditelné. Stromování bylo mechanismem dlouhodobého selhání pro zakopané vysokonapěťové napájecí kabely izolované polymerem , poprvé hlášené v roce 1969. Podobným způsobem se mohou 2D stromy vyskytovat podél povrchu vysoce namáhaného dielektrika nebo přes dielektrický povrch, který byl znečištěné prachem nebo minerálními solemi. V průběhu času mohou tyto částečně vodivé stezky růst, dokud nezpůsobí úplné selhání dielektrika. Elektrické sledování, někdy nazývané suché páskování , je typickým mechanismem selhání elektrických izolátorů, které jsou podél pobřeží kontaminovány solnou mlhou. Větvené 2D a 3D vzory se někdy nazývají Lichtenbergovy postavy .
Elektrická stromování neboli „Lichtenbergova čísla“ se také vyskytují ve vysokonapěťových zařízeních těsně před poruchou. Sledování těchto Lichtenbergových údajů v izolaci během posmrtného vyšetřování rozebrané izolace může být nejužitečnější při hledání příčiny poruchy. Zkušený technik vysokého napětí vidí ze směru a typu stromů a jejich větví, kde se nacházela primární příčina poruchy, a případně ji najít. Takto lze užitečně prozkoumat poškozené transformátory, vysokonapěťové kabely, průchodky a další zařízení; izolace je rozvinutá (v případě papírové izolace) nebo nakrájena na tenké plátky (v případě pevných izolačních systémů), výsledky jsou načrtnuty a vyfotografovány a tvoří užitečný archiv procesu rozpadu.
Druhy elektrických stromů
Elektrické stromy lze dále kategorizovat v závislosti na různých vzorech stromů. Patří mezi ně dendrity, typ větve, typ keře, hroty, provázky, motýlky a větrané stromy. Dva nejčastěji se vyskytující typy stromů jsou motýlkové stromy a větrané stromy.
- Motýlkové stromy
- Motýlkové stromy jsou stromy, které začínají růst zevnitř dielektrické izolace a rostou symetricky směrem ven k elektrodám. Vzhledem k tomu, že stromy začínají v izolaci, nemají volný přívod vzduchu, který umožní nepřetržitou podporu částečných výbojů. Tyto stromy mají tedy diskontinuální růst, což je důvod, proč motýlkové stromy obvykle nerostou dostatečně dlouho na to, aby plně přemostily celou izolaci mezi elektrodami, a proto nezpůsobily žádnou poruchu izolace.
- Větrané stromy
- Větrané stromy jsou stromy, které se iniciují na rozhraní izolace elektrod a rostou směrem k opačné elektrodě. Přístup k volnému vzduchu je velmi důležitým faktorem pro růst větraných stromů. Tyto stromy jsou schopny růst nepřetržitě, dokud nejsou dostatečně dlouhé na přemostění elektrod, což způsobí poruchu izolace.
Detekce a umístění elektrických stromů
Elektrické stromy lze detekovat a lokalizovat pomocí měření částečného výboje .
Protože naměřené hodnoty této metody neumožňují absolutní interpretaci, data shromážděná během postupu se porovnávají s naměřenými hodnotami stejného kabelu shromážděného během testu. To umožňuje jednoduchou a rychlou klasifikaci dielektrického stavu (nového, silně stárnoucího, vadného) testovaného kabelu.
Pro měření úrovně částečných výbojů lze použít napětí 50–60 Hz nebo někdy sinusové napětí 0,1 Hz VLF ( velmi nízké frekvence ). Zapínací napětí, hlavní kritérium měření, se může lišit o více než 100% mezi 50–60 Hz měřením ve srovnání s 0,1 Hz VLF ( velmi nízký kmitočet ) sinusový střídavý zdroj při napájecí frekvenci (50–60 Hz), jak je nařízeno Standardy IEEE 48, 404, 386 a standardy ICEA S-97-682, S-94-649 a S-108-720. Moderní systémy detekce PD využívají software pro digitální zpracování signálu pro analýzu a zobrazení výsledků měření.
Analýza PD signálů shromážděných během měření s vhodným vybavením může umožnit naprostou většinu lokalizace vad izolace. Obvykle se zobrazují ve formátu mapování částečného vybití. Další užitečné informace o testovaném zařízení lze odvodit z fázového zobrazení částečných výbojů.
Dostatečný protokol o měření obsahuje:
- Kalibrační puls (v souladu s IEC 60270) a detekce konce
- Hluk pozadí uspořádání měření
- Počáteční napětí při částečném výboji PDIV
- Úroveň částečného vybití při 1,7 Vo
- Částečné výbojové hasicí napětí PDEV
- Fázově rozlišený model částečného výboje PRPD pro pokročilou interpretaci chování částečného výboje (volitelně)