التشجير الكهربائي
في الهندسة الكهربائية ، يعتبر التشجير ظاهرة كهربائية سابقة للانهيار في العزل الصلب . إنها عملية ضارة بسبب التفريغ الجزئي وتتقدم عبر العزل الكهربائي المجهد ، في مسار يشبه أغصان الشجرة . يعتبر تشجير عزل الكابلات الصلبة عالية الجهد آلية انهيار شائعة ومصدرًا للأعطال الكهربائية في كابلات الطاقة تحت الأرض.
حوادث وأسباب أخرى
تحدث ظاهرة التشجير الكهربائي أولاً وتنتشر عندما تتعرض مادة عازلة جافة لإجهاد مجال كهربائي عالي ومتباعد على مدى فترة طويلة من الزمن. لوحظ أن التشجير الكهربائي ينشأ عند نقاط تسبب فيها الشوائب أو الفراغات الغازية أو العيوب الميكانيكية أو النتوءات الموصلة إجهادًا كهربائيًا مفرطًا في المناطق الصغيرة من العازل. يمكن أن يؤدي هذا إلى تأين الغازات داخل الفراغات داخل العازل السائب، مما يخلق تفريغات كهربائية صغيرة بين جدران الفراغ. قد يؤدي الشوائب أو العيب حتى إلى الانهيار الجزئي للعازل الصلب نفسه. ثم يتفاعل الضوء فوق البنفسجي والأوزون الناتج عن هذه التفريغات الجزئية (PD) مع العازل القريب، مما يؤدي إلى تحلله وزيادة تدهور قدرته على العزل. غالبًا ما تتحرر الغازات مع تدهور العازل، مما يخلق فراغات وشقوقًا جديدة. تعمل هذه العيوب على إضعاف القوة العازلة للمادة بشكل أكبر، وتعزيز الإجهاد الكهربائي، وتسريع عملية التشجير الكهربائي.
أشجار المياه والأشجار الكهربائية
في وجود الماء، قد يتكون هيكل ثلاثي الأبعاد يشبه عمودًا منتشرًا وموصلًا جزئيًا، يُسمى شجرة الماء ، داخل العازل الكهربائي المصنوع من البولي إيثيلين المستخدم في الكابلات عالية الجهد المدفونة أو المغمورة في الماء. ومن المعروف أن العمود يتكون من شبكة كثيفة من القنوات الصغيرة للغاية المملوءة بالماء والتي يتم تحديدها من خلال البنية البلورية الأصلية للبوليمر. يصعب للغاية رؤية القنوات الفردية باستخدام التكبير البصري، لذلك تتطلب دراستها عادةً استخدام المجهر الإلكتروني الماسح (SEM).
تبدأ أشجار المياه كمنطقة مجهرية بالقرب من عيب. ثم تنمو تحت وجود مستمر لحقل كهربائي عالي وماء. وقد تنمو أشجار المياه في النهاية إلى النقطة التي تربط الطبقة الأرضية الخارجية بموصل الجهد العالي المركزي، وعند هذه النقطة يتم إعادة توزيع الضغط عبر العزل. لا تشكل أشجار المياه عمومًا مصدر قلق فيما يتعلق بالموثوقية ما لم تتمكن من بدء شجرة كهربائية.
يمكن أن يتشكل نوع آخر من الهياكل الشبيهة بالأشجار مع أو بدون وجود الماء يسمى الشجرة الكهربائية . كما يتشكل داخل عازل البولي إيثيلين (وكذلك العديد من العوازل الصلبة الأخرى). تنشأ الأشجار الكهربائية أيضًا حيث تبدأ تعزيزات الإجهاد الشامل أو السطحي في انهيار العازل في منطقة صغيرة من العزل. يؤدي هذا إلى إتلاف المادة العازلة في تلك المنطقة بشكل دائم. ثم يحدث المزيد من نمو الشجرة من خلال أحداث انهيار كهربائي صغيرة إضافية (تسمى التفريغات الجزئية ). يمكن تسريع نمو الشجرة الكهربائية من خلال التغيرات السريعة في الجهد، مثل عمليات تبديل المرافق. أيضًا، قد تتطور أيضًا الأشجار الكهربائية في الكابلات المحقونة بتيار مستمر عالي الجهد بمرور الوقت مع انتقال الشحنات الكهربائية إلى العازل الأقرب إلى موصل الجهد العالي. تعمل منطقة الشحنة المحقونة (تسمى شحنة الفضاء ) على تضخيم المجال الكهربائي في العازل، مما يحفز المزيد من تعزيز الإجهاد وبدء الأشجار الكهربائية كموقع لتعزيزات الإجهاد الموجودة مسبقًا. نظرًا لأن الشجرة الكهربائية نفسها موصلة جزئيًا بشكل عام، فإن وجودها يزيد أيضًا من الإجهاد الكهربائي في المنطقة بين الشجرة والموصل المقابل.
على عكس أشجار المياه، فإن القنوات الفردية للأشجار الكهربائية أكبر وأسهل رؤية. [1] [2] كان التشجير آلية فشل طويلة الأمد لكابلات الطاقة عالية الجهد المعزولة بالبوليمر المدفونة ، والتي تم الإبلاغ عنها لأول مرة في عام 1969. [3] وعلى نحو مماثل، يمكن أن تحدث الأشجار ثنائية الأبعاد على طول سطح عازل شديد الإجهاد، أو عبر سطح عازل ملوث بالغبار أو الأملاح المعدنية. بمرور الوقت، يمكن أن تنمو هذه المسارات الموصلة جزئيًا حتى تتسبب في فشل كامل للعازل. التتبع الكهربائي، والذي يُطلق عليه أحيانًا النطاق الجاف ، هو آلية فشل نموذجية لعوازل الطاقة الكهربائية المعرضة للتلوث برذاذ الملح على طول السواحل. تسمى الأنماط المتفرعة ثنائية الأبعاد وثلاثية الأبعاد أحيانًا أشكال ليشتنبرج .
كما تحدث التشوهات الكهربائية أو "أشكال ليشتنبرج" في المعدات ذات الجهد العالي قبل التعطل مباشرة. ويمكن أن يكون تتبع أشكال ليشتنبرج هذه في العزل أثناء التحقيق بعد الوفاة للعزل المكسور مفيدًا للغاية في العثور على سبب التعطل. ويمكن لمهندس الجهد العالي المتمرس أن يرى من اتجاه ونوع الأشجار وفروعها المكان الذي كان يقع فيه السبب الرئيسي للتعطل وربما يجد السبب. ويمكن إجراء فحص مفيد للمحولات والكابلات ذات الجهد العالي والبطانات والمعدات الأخرى المكسورة بهذه الطريقة؛ حيث يتم فك العزل (في حالة العزل الورقي) أو تقطيعه إلى شرائح رقيقة (في حالة أنظمة العزل الصلبة)، ويتم رسم النتائج وتصويرها وتشكيل أرشيف مفيد لعملية التعطل.
أنواع الأشجار الكهربائية
يمكن تصنيف الأشجار الكهربائية بشكل أكبر وفقًا لأنماط الأشجار المختلفة. وتشمل هذه الأشجار الشجيرات، ونوع الفرع، ونوع الشجيرة، والمسامير، والخيوط، والأشجار ذات الربطات المقوسة والأشجار ذات الفتحات. أكثر نوعين من الأشجار شيوعًا هما الأشجار ذات الربطات المقوسة والأشجار ذات الفتحات. [4]
- أشجار ربطة العنق
- أشجار ربطة العنق هي أشجار تبدأ في النمو من داخل العزل الكهربائي وتنمو بشكل متماثل نحو الخارج باتجاه الأقطاب الكهربائية. وبما أن الأشجار تبدأ في النمو داخل العزل، فإنها لا تتمتع بإمداد مجاني من الهواء الذي سيمكنها من الدعم المستمر للتفريغات الجزئية. وبالتالي، فإن هذه الأشجار تنمو بشكل متقطع، وهذا هو السبب في أن أشجار ربطة العنق لا تنمو عادةً بالطول الكافي لسد العازل بالكامل بين الأقطاب الكهربائية، وبالتالي لا تتسبب في حدوث أي عطل في العزل.
- الأشجار ذات التهوية
- الأشجار ذات الفتحات هي الأشجار التي تبدأ عند واجهة عزل الأقطاب الكهربائية وتنمو باتجاه القطب الكهربائي المقابل. يعد الوصول إلى الهواء الحر عاملاً مهمًا للغاية لنمو الأشجار ذات الفتحات. هذه الأشجار قادرة على النمو بشكل مستمر حتى تصبح طويلة بما يكفي لربط الأقطاب الكهربائية، وبالتالي تتسبب في فشل العزل.
الكشف عن الأشجار الكهربائية وتحديد موقعها
يمكن اكتشاف الأشجار الكهربائية وتحديد موقعها عن طريق قياس التفريغ الجزئي .
نظرًا لأن قيم القياس لهذه الطريقة لا تسمح بأي تفسير مطلق، تتم مقارنة البيانات التي يتم جمعها أثناء الإجراء بقيم القياس لنفس الكابل التي تم جمعها أثناء الاختبار. يتيح هذا تصنيفًا بسيطًا وسريعًا للحالة العازلة (جديد، قديم جدًا، معيب) للكابل قيد الاختبار.
لقياس مستوى التفريغات الجزئية، يمكن استخدام جهد VLF ( تردد منخفض جدًا ) بتردد 50-60 هرتز أو أحيانًا 0.1 هرتز جيبي. يمكن أن يختلف جهد التشغيل، وهو معيار قياس رئيسي، بنسبة تزيد عن 100% بين القياسات التي تتراوح بين 50 و60 هرتز مقارنة بمصدر التيار المتردد الجيبي VLF ( تردد منخفض جدًا ) بتردد 0.1 هرتز عند تردد الطاقة (50-60 هرتز) كما هو مطلوب بموجب معايير IEEE 48 و404 و386 ومعايير ICEA S-97-682 وS-94-649 وS-108-720. تستخدم أنظمة الكشف عن التفريغ الجزئي الحديثة برامج معالجة الإشارات الرقمية لتحليل وعرض نتائج القياس.
إن تحليل إشارات التفريغ الجزئي التي تم جمعها أثناء القياس باستخدام المعدات المناسبة يمكن أن يسمح بتحديد الغالبية العظمى من مواقع عيوب العزل. وعادة ما يتم عرضها بتنسيق رسم خريطة التفريغ الجزئي. ويمكن استخلاص معلومات إضافية مفيدة حول الجهاز قيد الاختبار من تصوير التفريغ الجزئي المرتبط بالمرحلة.
يحتوي تقرير القياس الكافي على:
- نبضة المعايرة (وفقًا لـ IEC 60270) واكتشاف النهاية
- ضوضاء الخلفية لترتيب القياس
- جهد بدء التفريغ الجزئي PDIV
- مستوى التفريغ الجزئي عند 1.7 فولت
- جهد إخماد التفريغ الجزئي PDEV
- نمط التفريغ الجزئي المحلّل حسب الطور PRPD للتفسير المتقدم لسلوك التفريغ الجزئي (اختياري)
انظر أيضا
مراجع
- ^ E. Moreau; C. Mayoux; C. Laurent (فبراير 1993)، "الخصائص البنيوية لأشجار المياه في كابلات الطاقة والعينات المعملية"، معاملات معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات بشأن العزل الكهربائي ، 28 (1)، معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات: 54–64، doi :10.1109/14.192240
- ^ سيمونز، م. (2001). "القسم 6.6.2". في رايان، هيو م. (المحرر). هندسة الجهد العالي والاختبار (الطبعة الثانية). مؤسسة المهندسين الكهربائيين. ص. 266. رقم ISBN 0-85296-775-6.
- ^ T. Miyashita (1971)، "تدهور الأسلاك المغطاة بالبولي إيثيلين المغمورة في الماء بواسطة منشور Treeing=Proceedings 1969 IEEE-NEMA Electrical Insulation Conference"، معاملات IEEE للعزل الكهربائي ، EI-6 (3): 129–135، doi :10.1109/TEI.1971.299145، S2CID 51642905
- ^ ثوي، ويليام أ. (1997). العزل الكهربائي في أنظمة الطاقة . CRC. ص 255-256. ISBN 978-0-8247-0106-2.
روابط خارجية
- الكشف عن الأشجار الكهربائية وتحديد موقعها عن طريق قياس التفريغ الجزئي أرشيف 2015-10-17 على موقع واي باك مشين
- التفريغ الجزئي والأشجار الكهربائية
