| 词条 | 电树 |
| 释义 | § 简介 在印度的森林有一种树是有电的，如果人们不小心碰到它的枝条，立刻就会感到像触电一样难受。所以叫电树，这种树只会在早上和下午有阳光照射的时候才会产生电流，而到晚上没有阳光照射的时候，不会产生电流。[1] § 原因猜测 1、电树的体内有“硅”元素，在它的体内形成太阳能硅电池的形式，所以经阳光照射的时候会像太阳能硅电池一样产生电流。 [2] 2、原来，这种树有发电和蓄电的本领，它的蓄电量还会随着时间的变化而变化，中午带的电量最多，午夜带的电量最少。有人推测，这可能与太阳光的照射有关。 § 研究 为了解频率对高密度聚乙烯电树老化特性的影响,在50 Hz～90 kHz 较宽频率范围的交流电压作用下, 研究了冰水淬火高密度聚乙烯( HDPE) 薄膜的电树老化特性。结果表明,频率对电树起始形态具有重要的影响,随着电压频率的升高,树枝型电树的起始几率逐渐降低,丛状型电树的起始几率逐渐升高,电树逐渐由树枝型起始为主向丛状型起始为主转变,树干型和直击型为高频下所特有的电树起始形态。随着电树的生长,电树形态存在转换的可能,低频下,起始占主导的树枝型电树向丛状和树干型转变;高频下,起始占主导的丛状型电树则极易转变为树干和击穿型,导致绝缘的破坏。电树的发展可分为起始、滞长、生长和击穿期4 个阶段。频率的提高加快了电树的发展速度且减少了电树的发展阶段,使发生击穿的几率大为增加。 § 试验 电树老化过程的观测 电树试验在室温下进行。将试品用2 块玻璃片固定放入试验平台,针尖距离地电极水平距离约为(1 ±011) mm ,试品浸入硅油防止发生沿面放电和闪络。使用数字显微图像系统观测和记录电树老化过程。电树试验电气原理见图1 。在试品上施加有效值5 kV ,频率为0. 05 、0. 4 、5 、10 、30 、50 、70 和90kHz 的交流电压,电压波形为标准正弦波。观测电树生长1 h 后停止加压(如电树发生击穿,则立即停止加压) 。在同等条件且每个电压频率下测量20次,得到统计结果。[1] 实验结果及讨论 电树枝在起始过程中表现出不同的形态特征, 指出不同起始形态的电树对应的起树电压有所不同, 且各种起始形态的形成机理也不同。因此,研究频率对电树起始形态的影响有助于不同频率下电树起始机理的分析。通过试验观测和记录,在50 Hz～90 kHz 频率范围内电树的起始形态主要有树枝、丛状、树干和直击型4 类,树枝型和丛状型电树较为常见;树干型和直击型则是高频下所出现的特殊电树起始形态,二者一旦起始即快速发展,对绝缘材料的破坏程度明显高于树枝和丛状型电树频率对各种电树起始形态出现几率的影响。当电压频率为50～400 Hz 时,树枝型电树占主导地位;频率> 5 kHz 时,开始出现树干和丛状型电树;频率> 50 kHz 时,则出现直击型电树。随着电压频率的升高,树枝型电树的起始几率逐渐降低,丛状型的起始几率逐渐升高。即随着电压频率的提高,电树逐渐由树枝型起始为主向丛状型起始为主转变。随着施加电压频率的升高,聚乙烯的介质损耗逐渐增大,介损功率损耗与频率的关系为:PV = 2π f U2 Ctanδ,下,丛状型约70 %转换成树干型和击穿型,造成绝缘的击穿破坏。所以升高f 加快了丛状型电树的发展且易造成绝缘破坏从电树生长过程中的形态转换规律可见,不同的电树形态对绝缘带来的危害不同,在评估绝缘老化时应区别对待。树枝型电树在工频下较常见,但在实验中并未发现从树枝型直接击穿的例子。而丛状型和树干型电树一旦发生,就会对绝缘造成很大的影响,易引起击穿。这是由于高频时增加了材料的极化和热损耗,导致材料内部绝缘性能下降,电树形态变化几率大大增加。在1 h 加压时间内,多数从树枝型或丛状型起始的电树都转换为树干型或击穿型,表明树干型或击穿型是电树发展到后期的形态,对比低频下多为树枝型的简单电树,反映了高频对电树老化的加速作用。[2] 频率对电树生长特性的影响 不同频率下,电树生长过程有很大区别。频率为400 Hz 时,电树发展过程。每条曲线表示一次完整的电树生长过程,其中粗线是在该频率下不同电树发展过程的中值,即选择一条生长曲线,其余曲线尽量均匀分布在这条曲线的两侧,作为此频率下的典型生长曲线。电树的发展过程可分为起始、滞长、生长和击穿期4 个阶段。起始期为电树从起始开始到生长速度第一次停滞的阶段,在此阶段内电树发展速度较快,决定了电树的起始形态特征;然后是停滞期,此阶段内电树枝条的长度不再增加,其中有一部分树枝存。在逐渐变粗的现象,此时期内电树生长活动缓慢或停滞;在滞长期结束后,电树枝又重新以一较快速度发展,称为生长期;最后是电树老化导致绝缘击穿的过程,称为击穿期。 有些电树在发展过程中不止存在一个滞长期和生长期,在生长期之后,电树可能进入另一滞长期,从而实现“滞长—生长—滞长—生长⋯”的阶段性交替发展过程。击穿期也并不总由生长期导致,同样存在起始期直接导致击穿或在滞长期突然击穿的现象,不同电压频率下电树的生长过程呈不同的特点。通过选择各个频率下的不同电树过程的中值生长曲线,可得到不同频率下电树生长的对比，50 Hz 时电树发展缓慢,400 Hz 时电树多为树枝状, 生长最为稳定且速度也最快,文[ 16 ] 中提到在50Hz～1 kHz 时随频率增大电树生长速度加快。10 和30 kHz 时丛状型电树大量出现,由于丛林状电树生长速度慢,所以总的生长速度与400 Hz时比较已降低了。而更高频率时电树的主要形态已是击穿型,且频率越高,击穿速度也越快。[3] 从电树发展的4 个阶段见,50 Hz 下1 h 内一般仅从起始阶段发展到滞长阶段,400 Hz 下相当比例的电树则在1 h 内从滞长期发展到生长期。高频下 发展到击穿期的比例越来越高,因此,增加频率可加快电树的阶段性发展过程。[3] 结论 a) 频率对电树起始形态具有重要的影响,随着电压频率的升高,树枝型电树的起始几率逐渐降低,丛状型电树的起始几率逐渐升高,电树逐渐由树枝型起始为主向丛状型起始为主转变。[4] b) 在电树生长过程中,电树形态存在转换。频率的提高加快了电树形态的转换,使低频下发展极为缓慢的丛状型易转变为树干型和击穿型电树。 c) 电树的发展可分为起始、滞长、生长和击穿期4 个阶段。且存在“滞长—生长—滞长—生长⋯”阶段性发展的可能。起始期、滞长期和生长期均可能直接导致击穿。 d) 频率的提高加快了电树的发展速度且减少了电树的发展阶段,使发生击穿的几率大为增加。 e) 高频下介质损耗的增加以及交变电压下的疲劳冲击导致了电树老化的加速,使内部存在缺陷的绝缘材料易过早损坏。[5] § 参考文献 [ 1 ] Shimizu N , Horii K. The effect of absorbed oxygen in elect rical t reeing in polymers[J ] . IEEE Trans on EI , 1985 , 29 (3) : 5612 566. [ 2 ]周远翔, 王宁华, 严 萍, 等. 退火条件对聚乙烯薄膜直流电导 特性的影响[J ] . 高电压技术, 2002 , 28 (S1) : 527. ZHOU Yuan2xiang , WANG Ning2hua , YAN Ping , et al . Effect of annealing condition on DC conduction in polyet hylene films [J ] . High Voltage Engineering , 2002 , 28 (S1) : 527. [ 3 ] 罗晓光,周远翔,梁曦东,等. 聚乙烯熔点对电树起始电压的影 响[J ] . 高电压技术,2002 ,28 (6) :425. LUO Xiao2guang , ZHOU Yuan2xiang , L IANG Xi2dong , et al . Influence of melting point on elect rical t ree initiation in polyet h2 ylene[J ] . High Voltage Engineering , 2002 , 28 (6) : 425. [ 4 ] 罗晓光. 聚乙烯微观形态与树枝老化特性研究[D] . 北京:清华 大学,2002. [ 5 ] Bamji S S , Bulinski A T , Densly R J . The role of polymer inter2 face during t ree initiation in LDPE [ J ] . IEEE Trans on EI , 1986 , 21 (4) : 6392644. |
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