Въведение
Понастоящем основната причина за неизправности в действителната работа на коаксиални RF кабели с въздушна изолация са вътрешни дефекти, дефекти на интерфейса или повърхностни чужди тела, образувани по време на производството на изолационни уплътнения и работата на кабела. Тези дефекти ще изкривят сериозно разпределението на електрическото поле и ще доведат до повтарящи се прояви под променливотоково напрежение. Феноменът на разряд на повреда и изгасване води до стареене на диелектрика, ускорена корозия и намаляване на диелектричната якост, което в крайна сметка води до повреда [8-11]. Освен това частичното разреждане е тясно свързано с формирането и растежа на електрическите дървета: частичните разряди в диелектричните отвори водят до образуването на първоначални електрически дървета, а частичните разряди в разклонителните канали допълнително насърчават растежа на електрическите дървета и в крайна сметка причиняват разрушаване на изолацията , причинявайки големи загуби. . Фигура 1 показва снимка на проба от кабел, където се е появил външен частичен разряд. Поради това е от голямо значение да се изследва влиянието на типичните дефекти върху разпределението на електрическото поле на ключови изолационни компоненти на радиочестотни коаксиални кабели с въздушна изолация.
Фиг.1 Образец на кабел с външен частичен разряд
Тази статия изгражда симулационен модел на радиочестотен коаксиален кабел с въздушна изолация въз основа на числени модели и експериментални данни и извършва симулационни изчисления на ефектите от горните три дефекта върху разпределението на интензитета на електрическото поле. Резултатите от изследването могат да осигурят теоретична основа за предотвратяване на дефекти и контрол на радиочестотни кабели.
Модел на RF коаксиален кабел с въздушна изолация без дефекти
- Изграждане на модел
При високомощните радиочестотни коаксиални кабели използването на въздушна изолационна структура може да подобри мощността на предаване. Други мерки включват увеличаване на размера и използване на устойчиви на висока температура материали [15]. PTFE изолационното уплътнение е често използвана въздушна изолационна структура. Изолационното уплътнение е поставено между вътрешния и външния проводник, за да служи като механична опора и изолация. Тръбата е пълна с въздух, както е показано на фигура 2.
За да се проучи въздействието на дефектите на изолационното уплътнение върху разпределението на електрическото поле на радиочестотни коаксиални кабели, беше изграден модел на радиочестотен коаксиален кабел с въздушна изолация, съдържащ вътрешни и външни проводници и изолационни уплътнения, и точността на модела беше проверена чрез експерименти.
Въз основа на този модел бяха изследвани промените в разпределението на електрическото поле, когато има вътрешни мехурчета, повърхностни чужди вещества и интерфейсни дефекти в изолационното уплътнение и в сравнение с тези без дефекти бяха направени следните заключения:
(1) Параметрите на формата и позицията на вътрешния мехур ще окажат влияние върху разпределението на електрическото поле: когато дължината на полуоста на мехура а се увеличи, степента на изкривяване на електрическото поле намалява и ефектите от дължината на полуосите на b и c върху интензитета на електрическото поле имат противоположни правила; разстоянието на позицията на мехурчето Колкото по-близо е вътрешният проводник, толкова по-сериозно ще бъде изкривяването на електрическото поле.
(2) Ефектите на метални чужди тела и неметални чужди тела върху напрегнатостта на повърхностното поле имат подобни правила:
чуждите тела в корема на изолационното уплътнение оказват по-голямо влияние върху електрическото поле; с увеличаване на размера на чуждото тяло степента на изкривяване на електрическото поле се увеличава и обхватът на влияние се увеличава; множество чужди тела Когато присъстват по едно и също време, изкривяването на електрическото поле в листообразното разположение е по-сериозно. От двата чужди обекта проводящите частици имат по-голямо влияние върху интензитета на електрическото поле.
(3) Въздействието на интерфейсните дефекти на вътрешния и външния проводник върху интензитета на електрическото поле е в отрицателна корелация с дебелината на дефекта и в положителна корелация с дълбочината на дефекта. Когато дефектът на интерфейса е остър триъгълник, изкривяването на електрическото поле е по-сериозно.
В обобщение, сред трите вида дефекти, дефектът, който има най-голямо въздействие върху разпределението на електрическото поле и причинява най-сериозното изкривяване на електрическото поле, е повърхностното чуждо вещество върху изолационното уплътнение, последвано от дефектите на интерфейса. За сравнение въздействието на вътрешните мехурчета е по-малко, но при условия на работа при висока температура и високо налягане може да възникне дълготрайно частично разреждане, водещо до влошаване на изолацията, което не може да бъде пренебрегнато.