¿Cómo se desarrollan los modos de falla de los cables de alto voltaje?

¿Como funciona? Revisión mayor A.

Unos minutos para explicar lo que sucede de segundos a femtosegundos.

Hay muchas variaciones de generadores de rayos X, desde escáneres dentales hasta escáneres de equipaje y cualquier otra forma de imagen óptica de radiación. El HVDC aumenta lentamente, luego la corriente del filamento aumenta en el rango de amperios con CC o RF en un par de segundos, luego el voltaje aumenta unos segundos más o más para limitar la corriente de carga de capacitancia del cable. Los rayos X se forman cuando la energía cinética suficiente se reduce al tiempo para emitir electrones desde el objetivo del ánodo en menos de un femtosegundo.$<0.1*10^{−15}$para generar la longitud de onda de los rayos X con una frecuencia de$>10^{16}Hz$

Los tubos XRAY funcionan utilizando un vacío muy alto con un poco de gas inerte para elevar significativamente el voltaje de ruptura del efecto Paschen. El cátodo de tungsteno se calienta y la placa del ánodo se carga con HVDC pulsado y se convierte en un gran objetivo para los electrones. El material objetivo que es una temperatura alta. conductor en lugar de una capa de fósforo en el vidrio cuyas emisiones de rayos X y calor se redirigen luego al siguiente objetivo para la imagen. El haz puede enfocarse magnéticamente como un CRT escaneado de trama o colimarse en paralelo a un objetivo o tener 2 haces combinados para imágenes médicas en 3D.

Existe una correlación con la corriente del calentador de filamento, la corriente de cátodo a ánodo, la presión de vacío y la emisión de rayos X. A menudo, otro objetivo llamado "captador" recolecta material de iones extraños que contamina el vacío y, una vez que se desgasta, hay una desviación en la impedancia del tubo para una corriente de haz dada frente a la corriente del filamento o para una corriente de filamento dada frente a la corriente del haz.

A diferencia de lo explicado anteriormente, no es deseable una descarga Townsend de ruptura ya que la corriente del arco puede ser excesiva dv/dt, dI/dt induciendo tensión en el aislamiento y la detonación de materiales extraños como depósitos de carbono en polímeros plásticos de etileno u otros materiales dentro del tubo.

El aislamiento del cable/conector debe soportar esta alta tensión de HVDC que puede ser hasta 5 veces mayor que la de un generador flyback de TV a color de 35 kV o 150 kV como se anuncia. No debe atraer partículas cargadas extrañas ni romper los vacíos de gas en el plástico, ya que este conector parece estar insertado en la estructura del cuerpo que puede tener aislamiento de cerámica o vidrio. El conector también se puede aislar con aceite o agua desionizada para la transferencia de calor.

Dado que el plástico tiene una constante dieléctrica más alta que el aire, la superficie debe estar extremadamente (clase 1) limpia y protegida para evitar la aceleración de partículas o gases contaminantes a través del aislamiento del conector, de lo contrario, se creará un rastro de descargas parciales (DP) que pueden conducir a un rastro de carbón por los lados de la vela. Mientras tanto, el tubo se carga con una capacitancia muy baja (<<0,1 pF) en comparación con el cable y el conector.

Esto sucede en un picosegundo.

Una descarga de Townsend

Debido a una ruptura de alto voltaje una vez que ha comenzado la ionización cuando comienza el arco, el tubo aislante se convierte en una resistencia negativa (R-) muy baja (incremental) colapsando el voltaje del tubo y conduciendo corrientes muy altas, disparándose como cualquier tubo de gas o SCR o ESD pulso excepto el tiempo de caída, dt depende de la baja capacitancia y la baja resistencia negativa debido a una alta corriente I=V/R, por lo tanto, dt=RC

Algunos equipos de rayos X de alto nivel utilizan voltaje en rampa y corriente de filamento y otros son estables para obtener imágenes continuas.

Solo alrededor del 1% de la energía son rayos X, mientras que el resto es calor. Por lo tanto, tiene una vida útil limitada y esa esperanza de vida depende del aumento de la temperatura y, posiblemente, del mantenimiento diario para "curar" las superficies del conductor del tubo o quemar los contaminantes suavemente.

Entonces, ¿qué puede causar que la vela aislante de plástico acumule carbono?

[Especulación]

Descarga parcial de contaminantes en el gas, humedad o partículas y corrientes inducidas de alta ruptura en el aislamiento o una descarga Townsend de trayectoria completa, que en la pregunta parece coincidir con la descripción "Tube Spit"

Las fuerzas dieléctricas del aislador se controlan a partir de campos E y las fuerzas magnéticas del conductor se controlan mediante campos H de alta corriente.

¿Fue causado por un voltaje o corriente excesivos para un nivel de contaminante dado?

¿La mayor corriente de descarga se traduce en mayores fuerzas electrostáticas sobre los contaminantes de la superficie del aislamiento del cable? Quizás había átomos contaminantes magnéticos a su alrededor.

¿La corriente del aislador dieléctrico de plástico aumenta con la tasa de rampa de HVDC?
Sí, entonces esto puede afectar la confiabilidad del aislamiento, pero también con la disminución más rápida de voltaje por la descarga superficial de gas contaminante.

¿El umbral de ruptura se ve afectado por un dV/dt? Si y no

• Sé por los resultados de las pruebas de DP en aisladores que la mayoría de los eventos de DP ocurren justo antes del pico de 60 Hz cuando el HV está aumentando, sin embargo, a partir de los pulsos de relámpagos se necesita más tiempo para ionizar la zona bajo tensión para que pueda soportar aproximadamente el doble de voltaje. con un tiempo de subida de microsegundos como 60 Hz.
  • Por ejemplo, un casquillo aislador de 200BIL (por definición) puede soportar un pulso de rayo de 200kV con un tiempo de subida de 1us y una duración de 10us, pero generará un arco con << 100kV HVDC o HVAC debido a los efectos de fuga en los contaminantes de la superficie. ¿Cuál es menos probable que cause ionización o descomposición? DC o impulso? DC luego AC luego impulso de rayo. Los componentes de la red están clasificados para el nivel de aislamiento básico (BIL), de modo que BIL200 puede soportar rayos de 200 kV sin fallas y, sin embargo, puede generar arcos fácilmente con 100 kV CA o CC, pero es adecuado para líneas de red de 40 kV. Esto se debe a la fuga en la superficie y a los gradientes de campo E para el estado estacionario, mientras que los gradientes de campo E del impulso del rayo tienen menos estrés a menos que se rompa que el estrés de corriente de campo H mucho más alto.

Más especulaciones (porque no revelarán secretos comerciales)

Yo esperaría que Perkin Elmer aumente la HVDC a algo así como 50 kV, luego aumente la corriente del calentador y luego active la conducción con un impulso de 100 kV para garantizar la conducción con un pico de activación de corriente baja y una corriente de seguimiento alta almacenada en la capacitancia del polímero. Luego por repetición continua repetida con enfriamiento por aire forzado, agua desionizada o lo mejor con aceite de transformador acondicionado. De esta forma la energía siempre está controlada por el medio HVDC y el disparo por el impulso HV. De esta manera, se puede inyectar una potencia continua de 10kW con alrededor del 1% como rayos X.

Descargo de responsabilidad: no tengo experiencia en la industria de rayos X per se, pero sí mucha experiencia en pruebas de RF y transformadores UHV.

Entonces, ¿qué se puede hacer para probar los componentes?

Rampa HVDC lenta y detector de DP

Pruebe el voltaje de inicio de PDIV con una rampa HVDC lenta hasta que se detecte una activación inesperada. Esto se llama PDIV. Una vez que conoce el umbral ideal de BDV, entonces conoce el PDIV ideal, debería ser el mismo. Si es mucho menor, entonces hay una falla de aislamiento en alguna parte. (la detección es trivial, encontrar la ubicación invisible puede ser difícil) pero más fácil con detectores de DP portátiles con antena.

Aumente el voltaje de ruptura con un limitador de corriente y use un osciloscopio con un pequeño bucle de corriente de 1 vuelta alrededor de cualquier conductor aislado a través de un cable coaxial y terminado con 50 ohmios. Incluso una radio SW o AM puede captar la descarga tal como lo hace con un rayo a 100 millas de distancia. Si la corriente está limitada, por la serie R, entonces es una prueba no destructiva. Si se rompe algún otro aislamiento, como los candelabros de plástico, se detectará. Pero recuerde, lo único que hace que la avería no sea la ideal es la contaminación o los vacíos.