Introducción
En la actualidad, la principal causa de mal funcionamiento en el funcionamiento real de los cables coaxiales de RF aislados en aire son defectos internos, defectos de interfaz o materias extrañas en la superficie formadas durante la fabricación de juntas aislantes y el funcionamiento del cable. Estos defectos distorsionarán seriamente la distribución del campo eléctrico y producirán ocurrencias repetidas bajo voltaje de CA. El fenómeno de descarga de ruptura y extinción conduce al envejecimiento dieléctrico, corrosión acelerada y reducción de la rigidez dieléctrica, lo que en última instancia conduce a la ruptura [8-11]. Además, las descargas parciales están estrechamente relacionadas con la formación y el crecimiento de los árboles eléctricos: las descargas parciales en los agujeros dieléctricos conducen a la formación de los árboles eléctricos iniciales, y las descargas parciales en los canales secundarios promueven aún más el crecimiento de los árboles eléctricos y, finalmente, provocan una rotura del aislamiento. , provocando grandes pérdidas. . La Figura 1 muestra una fotografía de una muestra de cable donde ocurrió una descarga parcial externa. Por lo tanto, es de gran importancia estudiar el impacto de los defectos típicos en la distribución del campo eléctrico de componentes clave de aislamiento de cables coaxiales de radiofrecuencia aislados en aire.
Fig.1 Ejemplo de cable con descarga parcial externa
Este artículo construye un modelo de simulación de cable coaxial de radiofrecuencia aislado en aire basado en modelos numéricos y datos experimentales, y realiza cálculos de simulación sobre los efectos de los tres defectos anteriores en la distribución de intensidad del campo eléctrico. Los resultados de la investigación pueden proporcionar una base teórica para la prevención y el control de defectos en cables de radiofrecuencia.
Modelo de cable coaxial RF con aislamiento de aire libre de defectos
- construcción de modelos
En cables coaxiales de radiofrecuencia de alta potencia, el uso de una estructura de aislamiento de aire puede mejorar su potencia de transmisión. Otras medidas incluyen aumentar el tamaño y utilizar materiales resistentes a altas temperaturas [15]. La junta aislante de PTFE es una estructura de aislamiento de aire de uso común. La junta aislante está encajada entre los conductores interior y exterior para servir como soporte mecánico y aislamiento. La tubería se llena de aire, como se muestra en la Figura 2.
Para estudiar el impacto de los defectos de las juntas de aislamiento en la distribución del campo eléctrico de los cables coaxiales de radiofrecuencia, se construyó un modelo de cable coaxial de radiofrecuencia aislado en aire que contiene conductores internos y externos y juntas de aislamiento, y se verificó la precisión del modelo mediante experimentos.
Sobre la base de este modelo, se estudiaron los cambios en la distribución del campo eléctrico cuando hay burbujas internas, cuerpos extraños en la superficie y defectos en la interfaz de la junta aislante, y se compararon con aquellos sin defectos, se sacaron las siguientes conclusiones:
(1) Los parámetros de forma y posición de la burbuja interna tendrán un impacto en la distribución del campo eléctrico: cuando la longitud del semieje de la burbuja a aumenta, el grado de distorsión del campo eléctrico disminuye y los efectos de la longitud de los semiejes de byc sobre la intensidad del campo eléctrico tienen reglas opuestas; la distancia de posición de la burbuja Cuanto más cerca esté el conductor interno, más grave será la distorsión del campo eléctrico.
(2) Los efectos de los cuerpos extraños metálicos y no metálicos sobre la intensidad del campo superficial tienen reglas similares:
los cuerpos extraños en el vientre de la junta aislante tienen un mayor impacto en el campo eléctrico; a medida que aumenta el tamaño del cuerpo extraño, aumenta el grado de distorsión del campo eléctrico y aumenta el alcance de la influencia; Múltiples cuerpos extraños cuando están presentes al mismo tiempo, la distorsión del campo eléctrico en la disposición en forma de lámina es más severa. De los dos objetos extraños, las partículas conductoras tienen el mayor impacto en la intensidad del campo eléctrico.
(3) El impacto de los defectos de la interfaz de los conductores internos y externos en la intensidad del campo eléctrico se correlaciona negativamente con el espesor del defecto y positivamente con la profundidad del defecto. Cuando el defecto de la interfaz es un triángulo agudo, la distorsión del campo eléctrico es más grave.
En resumen, entre los tres tipos de defectos, el defecto que tiene el mayor impacto en la distribución del campo eléctrico y causa la distorsión más severa del campo eléctrico es la materia extraña en la superficie de la junta aislante, seguido de los defectos de la interfaz. En comparación, el impacto de las burbujas internas es menor, pero en condiciones de trabajo a alta temperatura y alta presión, se pueden producir descargas parciales a largo plazo, lo que lleva a la degradación del aislamiento, que no se puede ignorar.