ในวิศวกรรมไฟฟ้า ปรากฏการณ์ "การเกิดกิ่งก้านสาขา" ( treeing)เป็นปรากฏการณ์ก่อนการชำรุดทางไฟฟ้าในฉนวน แข็ง เป็นกระบวนการที่ก่อให้เกิดความเสียหายเนื่องจากการปล่อยประจุบางส่วนและลุกลามไปตามฉนวนไดอิเล็ก ทริกที่ได้รับความเครียด ใน ลักษณะคล้ายกิ่งก้านของต้นไม้การเกิดกิ่งก้านสาขาในฉนวนสายเคเบิลแรงดันสูงแบบแข็งเป็นกลไกการชำรุดที่พบได้ทั่วไปและเป็นสาเหตุของความผิดพลาดทางไฟฟ้าในสายเคเบิลไฟฟ้าใต้ดิน

โดยทั่วไปแล้ว การเกิดปรากฏการณ์กิ่งก้านสาขาทางไฟฟ้า (Electrical treeing) จะเริ่มต้นและแพร่กระจายเมื่อวัสดุฉนวนแห้งได้รับความเค้นจากสนามไฟฟ้า สูงและไม่สม่ำเสมอ เป็นเวลานาน การเกิดปรากฏการณ์กิ่งก้านสาขา ทางไฟฟ้ามักเกิดขึ้นในจุดที่มีสิ่งเจือปน ช่องว่าง ของก๊าซข้อบกพร่องทางกล หรือส่วนที่ยื่นออกมาที่เป็นตัวนำ ซึ่งทำให้เกิดความเค้นจากสนามไฟฟ้ามากเกินไปในบริเวณเล็กๆ ของฉนวน สิ่งนี้สามารถทำให้ก๊าซภายในช่องว่างในเนื้อฉนวนแตกตัวเป็นไอออน ทำให้เกิดการปล่อยประจุไฟฟ้า ขนาดเล็ก ระหว่างผนังของช่องว่าง สิ่งเจือปนหรือข้อบกพร่องอาจทำให้ฉนวนแข็งนั้นแตกตัวบางส่วนได้แสงอัลตราไวโอเลตและโอโซนจากการปล่อยประจุบางส่วน (PD) เหล่านี้จะทำปฏิกิริยากับฉนวนที่อยู่ใกล้เคียง ทำให้เกิดการสลายตัวและลดความสามารถในการเป็นฉนวนลง มักจะมีการปล่อย ก๊าซออกมาเมื่อฉนวนเสื่อมสภาพ ทำให้เกิดช่องว่างและรอยแตกใหม่ ข้อบกพร่องเหล่านี้จะยิ่งทำให้ความแข็งแรงของฉนวนลดลง เพิ่มความเค้นทางไฟฟ้า และเร่งกระบวนการปล่อยประจุบางส่วน

เมื่อมีน้ำอยู่ด้วย โครงสร้างสามมิติคล้ายกลุ่มควันที่มีคุณสมบัติการนำไฟฟ้าบางส่วนและกระจายตัวได้ดี เรียกว่า " ต้นไม้แห่งน้ำ"อาจก่อตัวขึ้นภายในฉนวนโพลีเอทิลีนที่ใช้ในสายเคเบิลแรงดันสูงที่ฝังอยู่ใต้ดินหรือแช่น้ำ กลุ่มควันดังกล่าวประกอบด้วยเครือข่ายหนาแน่นของช่องขนาดเล็กมากที่บรรจุน้ำ ซึ่งถูกกำหนดโดยโครงสร้างผลึกตามธรรมชาติของพอลิเมอร์ ช่องแต่ละช่องนั้นยากมากที่จะมองเห็นได้ด้วยการขยายภาพด้วยกล้องจุลทัศน์แบบใช้แสง ดังนั้นการศึกษาจึงมักต้องใช้กล้องจุลทัศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน (SEM)

ต้นไม้ที่เกิดจากน้ำเริ่มต้นจากบริเวณเล็กๆ ใกล้กับจุดบกพร่อง จากนั้นจะเติบโตขึ้นภายใต้สนามไฟฟ้าแรงสูงและน้ำอย่างต่อเนื่อง ต้นไม้ที่เกิดจากน้ำอาจเติบโตจนถึงจุดที่เชื่อมต่อชั้นดินด้านนอกกับตัวนำไฟฟ้าแรงสูงตรงกลาง ซึ่งในจุดนั้นความเค้นจะกระจายไปทั่วฉนวน ต้นไม้ที่เกิดจากน้ำโดยทั่วไปแล้วไม่ก่อให้เกิดปัญหาด้านความน่าเชื่อถือ เว้นแต่จะสามารถก่อให้เกิดต้นไม้ที่เกิดจากไฟฟ้าได้

โครงสร้างคล้ายต้นไม้ชนิดอื่นที่สามารถเกิดขึ้นได้ทั้งที่มีและไม่มีน้ำ เรียกว่าต้นไม้ไฟฟ้า (electrical tree ) มันสามารถเกิดขึ้นได้ภายในฉนวนโพลีเอทิลีน (รวมถึงฉนวนแข็งอื่นๆ อีกมากมาย) ต้นไม้ไฟฟ้ายังเกิดขึ้นได้ในบริเวณที่มีการเพิ่มขึ้นของความเค้นภายในหรือบนพื้นผิว ซึ่งกระตุ้นให้เกิดการแตกตัวของฉนวนในบริเวณเล็กๆ ที่มีความเค้นสูง ทำให้วัสดุฉนวนในบริเวณนั้นเสียหายอย่างถาวร จากนั้นต้นไม้จะเติบโตต่อไปผ่านเหตุการณ์การแตกตัวทางไฟฟ้าเล็กๆ เพิ่มเติม (เรียกว่าการปล่อยประจุบางส่วน ) การเติบโตของต้นไม้ไฟฟ้าอาจเร่งขึ้นได้จากการเปลี่ยนแปลงหรือการกลับขั้วของแรงดันไฟฟ้าชั่วคราว เช่น การสลับกระแสไฟฟ้าของบริษัทผู้ให้บริการ นอกจากนี้ สายเคเบิลที่ได้รับแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงสูงก็อาจเกิดต้นไม้ไฟฟ้าขึ้นได้เมื่อเวลาผ่านไป เนื่องจากประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่เข้าไปในฉนวนที่อยู่ใกล้กับตัวนำไฟฟ้าแรงสูง บริเวณที่มีประจุไฟฟ้าเข้าไป (เรียกว่าประจุอวกาศ ) จะขยายสนามไฟฟ้าในฉนวน กระตุ้นให้เกิดการเพิ่มขึ้นของความเค้นเพิ่มเติม และเริ่มต้นการเกิดต้นไม้ไฟฟ้าในบริเวณที่มีความเค้นสูงอยู่แล้ว เนื่องจากโครงสร้างไฟฟ้าแบบต้นไม้โดยทั่วไปแล้วเป็นตัวนำบางส่วน การมีอยู่ของโครงสร้างนี้จึงเพิ่มความเครียดทางไฟฟ้าในบริเวณที่เหลือระหว่างโครงสร้างกับตัวนำฝั่งตรงข้ามด้วย

ต่างจากต้นไม้ในน้ำ ช่องทางแต่ละช่องของต้นไม้ไฟฟ้ามีขนาดใหญ่กว่าและมองเห็นได้ง่ายกว่า^{[ 1 ] [ 2 ]} การเกิดต้นไม้เป็นกลไกความล้มเหลวในระยะยาวสำหรับ สายไฟแรงสูงที่หุ้มฉนวน โพลีเม อร์ที่ฝังอยู่ใต้ดิน ซึ่งมีการรายงานครั้งแรกในปี 1969 ^{[ 3 ]}ในทำนองเดียวกัน ต้นไม้ 2 มิติสามารถเกิดขึ้นได้ตามพื้นผิวของฉนวนไฟฟ้าที่มีความเครียดสูง หรือข้ามพื้นผิวฉนวนไฟฟ้าที่ปนเปื้อนด้วยฝุ่นหรือเกลือแร่ เมื่อเวลาผ่านไป เส้นทางนำไฟฟ้าบางส่วนเหล่านี้สามารถเติบโตจนทำให้ฉนวนไฟฟ้าล้มเหลวโดยสมบูรณ์ การเกิดร่องรอยทางไฟฟ้า บางครั้งเรียกว่าการเกิดแถบแห้งเป็นกลไกความล้มเหลวทั่วไปสำหรับฉนวนไฟฟ้าที่ได้รับผลกระทบจากการปนเปื้อนของละอองเกลือตามแนวชายฝั่ง รูปแบบการแตกแขนง 2 มิติและ 3 มิติบางครั้งเรียกว่า รูปทรงลิชเท น เบิร์ก

การเกิดรูปทรงคล้ายต้นไม้หรือ "รูปทรงลิชเทนเบิร์ก" ในฉนวนไฟฟ้าแรงสูงมักเกิดขึ้นก่อนที่จะเกิดความเสียหาย การติดตามรูปทรงลิชเทนเบิร์กเหล่านี้ในฉนวนระหว่างการตรวจสอบหลังเกิดความเสียหายของฉนวนนั้นมีประโยชน์อย่างยิ่งในการค้นหาสาเหตุของความเสียหาย วิศวกรไฟฟ้าแรงสูงที่มีประสบการณ์สามารถมองเห็นจากทิศทางและลักษณะของรูปทรงคล้ายต้นไม้และกิ่งก้านของมันว่าสาเหตุหลักของความเสียหายอยู่ที่ใด และอาจค้นหาสาเหตุได้ หม้อแปลงไฟฟ้า สายเคเบิลแรงสูง บูช และอุปกรณ์อื่นๆ ที่เสียหายสามารถตรวจสอบได้อย่างมีประโยชน์ด้วยวิธีนี้ โดยการคลี่ฉนวนออก (ในกรณีของฉนวนกระดาษ) หรือหั่นเป็นชิ้นบางๆ (ในกรณีของระบบฉนวนแข็ง) จากนั้นวาดภาพและถ่ายภาพผลลัพธ์เพื่อสร้างเป็นบันทึกที่มีประโยชน์เกี่ยวกับกระบวนการเกิดความเสียหาย

ต้นไม้ไฟฟ้าสามารถแบ่งประเภทเพิ่มเติมได้ตามรูปแบบต้นไม้ที่แตกต่างกัน ได้แก่ เดนไดรต์ แบบกิ่งก้าน แบบพุ่ม แบบหนาม แบบเส้น แบบผูกโบว์ และแบบมีช่องระบายอากาศ ต้นไม้สองประเภทที่พบได้บ่อยที่สุดคือ ต้นไม้แบบผูกโบว์และแบบมีช่องระบายอากาศ^{[ 4 ]}

ต้นไม้ผูกโบว์

ต้นไม้รูปโบว์ไทด์ คือต้นไม้ที่เริ่มงอกออกมาจากภายในฉนวนไฟฟ้าและเติบโตอย่างสมมาตรออกไปทางขั้วไฟฟ้า เนื่องจากต้นไม้เหล่านี้เริ่มงอกภายในฉนวน จึงไม่มีอากาศไหลเวียนอย่างอิสระที่จะช่วยให้เกิดการปล่อยประจุบางส่วนอย่างต่อเนื่อง ดังนั้น ต้นไม้เหล่านี้จึงมีการเติบโตที่ไม่ต่อเนื่อง ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมต้นไม้รูปโบว์ไทด์จึงมักไม่ยาวพอที่จะเชื่อมต่อฉนวนทั้งหมดระหว่างขั้วไฟฟ้าได้ จึงไม่ทำให้เกิดความเสียหายในฉนวน

ต้นไม้ที่มีช่องระบายอากาศ

ต้นไม้ที่มีรูพรุน (Vented trees) คือต้นไม้ที่เริ่มเติบโตที่บริเวณรอยต่อฉนวนของอิเล็กโทรดด้านหนึ่งและเติบโตไปยังอิเล็กโทรดอีกด้านหนึ่ง การเข้าถึงอากาศอย่างอิสระเป็นปัจจัยสำคัญมากสำหรับการเติบโตของต้นไม้ที่มีรูพรุนเหล่านี้ ต้นไม้เหล่านี้สามารถเติบโตได้อย่างต่อเนื่องจนมีความยาวมากพอที่จะเชื่อมต่ออิเล็กโทรด ทำให้ฉนวนเสียหายได้

ต้นไม้ไฟฟ้าสามารถตรวจจับและระบุตำแหน่ง ได้ โดยใช้การวัดการปล่อยประจุบางส่วน

เนื่องจากค่าที่วัดได้จากวิธีนี้ไม่สามารถตีความได้อย่างแน่นอน จึงต้องนำข้อมูลที่รวบรวมได้ระหว่างกระบวนการไปเปรียบเทียบกับค่าที่วัดได้จากสายเคเบิลเดียวกันในระหว่างการทดสอบ วิธีนี้ช่วยให้สามารถจำแนกสภาพความเป็นฉนวน (ใหม่ เสื่อมสภาพมาก หรือชำรุด) ของสายเคเบิลที่กำลังทดสอบได้อย่างง่ายและรวดเร็ว

ในการวัดระดับการปล่อยประจุบางส่วน อาจใช้แรงดันไฟฟ้าความถี่ 50–60 เฮิรตซ์ หรือบางครั้งอาจใช้แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับความถี่ต่ำมาก (VLF) 0.1 เฮิรตซ์ แบบไซน์ แรงดันไฟฟ้าเปิด ซึ่งเป็นเกณฑ์การวัดหลัก อาจแตกต่างกันมากกว่า 100% ระหว่างการวัดที่ 50 และ 60 เฮิรตซ์ เมื่อเทียบกับ แหล่งจ่ายไฟกระแสสลับแบบไซน์ ความถี่ต่ำมาก (VLF ) 0.1 เฮิรตซ์ ที่ความถี่ไฟฟ้า (50–60 เฮิรตซ์) ตามที่กำหนดโดยมาตรฐาน IEEE 48, 404, 386 และมาตรฐาน ICEA S-97-682, S-94-649 และ S-108-720 ระบบตรวจจับการปล่อยประจุบางส่วนที่ทันสมัยใช้ ซอฟต์แวร์ ประมวลผลสัญญาณดิจิทัลสำหรับการวิเคราะห์และแสดงผลการวัด

การวิเคราะห์สัญญาณ PD ที่เก็บรวบรวมได้ระหว่างการวัดด้วยอุปกรณ์ที่เหมาะสม จะช่วยให้สามารถระบุตำแหน่งของข้อบกพร่องของฉนวนได้เกือบทั้งหมด โดยปกติแล้วจะแสดงผลในรูปแบบแผนที่การปล่อยประจุบางส่วน นอกจากนี้ ข้อมูลที่เป็นประโยชน์เพิ่มเติมเกี่ยวกับอุปกรณ์ที่กำลังทดสอบยังสามารถได้มาจากการแสดงภาพการปล่อยประจุบางส่วนที่เกี่ยวข้องกับเฟส

รายงานการวัดที่ครบถ้วนสมบูรณ์ประกอบด้วย:

• สัญญาณสอบเทียบ (ตามมาตรฐาน IEC 60270) และการตรวจจับจุดสิ้นสุด
• สัญญาณรบกวนพื้นหลังของระบบการวัด
• แรงดันเริ่มต้นการคายประจุบางส่วน(PDIV)
• ระดับการปล่อยประจุบางส่วนที่1.7 Vo
• แรงดันไฟฟ้าดับการปล่อยประจุบางส่วน(PDEV)
• รูปแบบการปล่อยประจุบางส่วนแบบแยกตามเฟส(PRPD)สำหรับการตีความพฤติกรรมการปล่อยประจุบางส่วนขั้นสูง (ตัวเลือกเสริม)

• โพลีเอทิลีนแบบเชื่อมโยง
• สายเคเบิลแรงดันสูง
• รูปลิชเทนเบิร์ก
• การระบายออกบางส่วน

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์การเกิดโครงสร้างคล้ายต้นไม้จากกระแสไฟฟ้า (Electrical treeing )

• การตรวจจับและระบุตำแหน่งของต้นไม้ไฟฟ้าโดยการวัดการปล่อยประจุบางส่วนเก็บถาวรเมื่อ 17 ตุลาคม 2015 ที่Wayback Machine
• การปล่อยประจุบางส่วนและต้นไม้ไฟฟ้า