Introdução
Atualmente, a principal causa de mau funcionamento na operação real de cabos coaxiais de RF isolados a ar são defeitos internos, defeitos de interface ou materiais estranhos superficiais formados durante a fabricação de juntas isolantes e operação do cabo. Esses defeitos distorcerão seriamente a distribuição do campo elétrico e produzirão ocorrências repetidas sob tensão CA. O fenômeno de descarga de quebra e extinção leva ao envelhecimento dielétrico, corrosão acelerada e redução da rigidez dielétrica, levando em última análise à quebra [8-11]. Além disso, a descarga parcial está intimamente relacionada à formação e crescimento de árvores elétricas: descargas parciais em buracos dielétricos levam à formação de árvores elétricas iniciais, e descargas parciais em canais ramificados promovem ainda mais o crescimento de árvores elétricas e, eventualmente, causam quebra de isolamento , causando pesadas perdas. . A Figura 1 mostra uma foto de uma amostra de cabo onde ocorreu descarga parcial externa. Portanto, é de grande importância estudar o impacto de defeitos típicos na distribuição do campo elétrico dos principais componentes de isolamento de cabos coaxiais de radiofrequência isolados a ar.
Fig.1 Uma amostra de cabo com descarga parcial externa
Este artigo constrói um modelo de simulação de cabo coaxial de radiofrequência isolado a ar com base em modelos numéricos e dados experimentais, e realiza cálculos de simulação sobre os efeitos dos três defeitos acima na distribuição de intensidade do campo elétrico. Os resultados da pesquisa podem fornecer uma base teórica para prevenção e controle de defeitos em cabos de radiofrequência.
Modelo de cabo coaxial RF isolado a ar e sem defeitos
- Construção de modelo
Em cabos coaxiais de radiofrequência de alta potência, o uso de estrutura de isolamento de ar pode melhorar sua potência de transmissão. Outras medidas incluem aumentar o tamanho e usar materiais resistentes a altas temperaturas [15]. A junta isolante de PTFE é uma estrutura de isolamento de ar comumente usada. A junta isolante é aninhada entre os condutores interno e externo para servir como suporte mecânico e isolamento. O tubo está cheio de ar, conforme mostrado na Figura 2.
A fim de estudar o impacto dos defeitos da junta de isolamento na distribuição do campo elétrico de cabos coaxiais de radiofrequência, foi construído um modelo de cabo coaxial de radiofrequência isolado a ar contendo condutores internos e externos e juntas de isolamento, e a precisão do modelo foi verificada através experimentos.
Com base neste modelo, foram estudadas as mudanças na distribuição do campo elétrico quando há bolhas internas, corpos estranhos superficiais e defeitos de interface na junta isolante, e comparados com aqueles sem defeitos, foram tiradas as seguintes conclusões:
(1) Os parâmetros de forma e posição da bolha interna terão um impacto na distribuição do campo elétrico: quando o comprimento do semieixo da bolha a aumenta, o grau de distorção do campo elétrico diminui e os efeitos do comprimento de os semieixos de b e c na intensidade do campo elétrico têm regras opostas; a distância da posição da bolha Quanto mais próximo estiver o condutor interno, mais grave será a distorção do campo elétrico.
(2) Os efeitos de corpos estranhos metálicos e não metálicos na intensidade do campo superficial têm regras semelhantes:
corpos estranhos no ventre da junta isolante têm maior impacto no campo elétrico; à medida que o tamanho do corpo estranho aumenta, o grau de distorção do campo elétrico aumenta e o alcance da influência aumenta; múltiplos corpos estranhos Quando presentes ao mesmo tempo, a distorção do campo elétrico no arranjo em forma de folha é mais severa. Dos dois objetos estranhos, as partículas condutoras têm maior impacto na intensidade do campo elétrico.
(3) O impacto dos defeitos de interface dos condutores internos e externos na intensidade do campo elétrico está negativamente correlacionado com a espessura do defeito e positivamente correlacionado com a profundidade do defeito. Quando o defeito da interface é um triângulo agudo, a distorção do campo elétrico é mais séria.
Em resumo, entre os três tipos de defeitos, o defeito que tem maior impacto na distribuição do campo elétrico e causa a distorção mais severa do campo elétrico é o material estranho superficial na junta isolante, seguido pelos defeitos de interface. Em comparação, o impacto das bolhas internas é menor, mas sob condições de trabalho de alta temperatura e alta pressão, pode ocorrer descarga parcial de longo prazo sob a condição, levando à degradação do isolamento, que não pode ser ignorada.