Arboles eléctricos
En ingeniería eléctrica , la formación de árboles es un fenómeno eléctrico previo a la ruptura en el aislamiento sólido . Es un proceso dañino por descargas parciales y progresa a través del aislamiento dieléctrico estresado , en un camino que se asemeja a las ramas de un árbol . La formación de árboles de aislamiento sólido de cables de alto voltaje es un mecanismo de ruptura común y una fuente de fallas eléctricas en los cables eléctricos subterráneos.
La formación de árboles eléctricos ocurre primero y se propaga cuando un material dieléctrico seco se somete a un esfuerzo de campo eléctrico alto y divergente durante un largo período de tiempo. Se observa que la formación de árboles eléctricos se origina en puntos donde las impurezas, los vacíos de gas , los defectos mecánicos o las proyecciones conductoras causan una tensión excesiva en el campo eléctrico dentro de pequeñas regiones del dieléctrico. Esto puede ionizar gases dentro de los vacíos dentro del dieléctrico a granel, creando pequeñas descargas eléctricas entre las paredes del vacío. Una impureza o un defecto pueden incluso resultar en la ruptura parcial del propio dieléctrico sólido. La luz ultravioleta y el ozono de estoslas descargas parciales (PD) luego reaccionan con el dieléctrico cercano, descomponiendo y degradando aún más su capacidad aislante. Los gases a menudo se liberan a medida que el dieléctrico se degrada, creando nuevos huecos y grietas. Estos defectos debilitan aún más la rigidez dieléctrica del material, aumentan la tensión eléctrica y aceleran el proceso de DP.
En presencia de agua, se puede formar una estructura difusa, parcialmente conductora en forma de pluma 3D, llamada árbol de agua , dentro del dieléctrico de polietileno utilizado en cables de alto voltaje enterrados o sumergidos en agua. Se sabe que la pluma consiste en una densa red de canales llenos de agua extremadamente pequeños que están definidos por la estructura cristalina nativa del polímero. Los canales individuales son extremadamente difíciles de ver con aumento óptico, por lo que su estudio generalmente requiere el uso de un microscopio electrónico de barrido (SEM).
Los árboles de agua comienzan como una región microscópica cerca de un defecto. Luego crecen bajo la presencia continua de un alto campo eléctrico y agua. Los árboles de agua pueden eventualmente crecer hasta el punto en que unen la capa de tierra exterior al conductor de alto voltaje central, punto en el cual la tensión se redistribuye a través del aislamiento. Los árboles de agua generalmente no son un problema de confiabilidad a menos que puedan iniciar un árbol eléctrico.
Otro tipo de estructura arbórea que se puede formar con o sin la presencia de agua se llama árbol eléctrico . También se forma dentro de un dieléctrico de polietileno (así como muchos otros dieléctricos sólidos). Los árboles eléctricos también se originan donde los aumentos de tensión en el volumen o la superficie inician la ruptura dieléctrica en una pequeña región del aislamiento. Esto daña permanentemente el material aislante en esa región. El crecimiento adicional de los árboles se produce a través de pequeños eventos de ruptura eléctrica adicionales (llamados descargas parciales).). El crecimiento de los árboles eléctricos puede acelerarse mediante cambios rápidos de voltaje, como las operaciones de conmutación de servicios públicos. Además, los cables inyectados con CC de alto voltaje también pueden desarrollar árboles eléctricos con el tiempo a medida que las cargas eléctricas migran al dieléctrico más cercano al conductor de AT. La región de carga inyectada (llamada carga espacial ) amplifica el campo eléctrico en el dieléctrico, estimulando una mayor mejora de la tensión y la iniciación de árboles eléctricos como el sitio de mejoras de tensión preexistentes. Dado que el árbol eléctrico en sí es típicamente parcialmente conductor, su presencia también aumenta la tensión eléctrica en la región entre el árbol y el conductor opuesto.
