بحث عن تأثير عيوب حشية العزل على توزيع المجال الكهربائي لكابلات الترددات الراديوية

مقدمة

في الوقت الحاضر، السبب الرئيسي للأعطال في التشغيل الفعلي للكابلات المحورية RF المعزولة بالهواء هو العيوب الداخلية أو عيوب الواجهة أو المواد الغريبة السطحية التي تتشكل أثناء تصنيع الحشيات العازلة وتشغيل الكابلات. هذه العيوب سوف تشوه بشكل خطير توزيع المجال الكهربائي وتنتج تكرارًا تحت جهد التيار المتردد. تؤدي ظاهرة التفريغ المتمثلة في الانهيار والانطفاء إلى شيخوخة العزل الكهربائي، وتسارع التآكل وتقليل قوة العزل الكهربائي، مما يؤدي في النهاية إلى الانهيار [8-11]. بالإضافة إلى ذلك، يرتبط التفريغ الجزئي ارتباطًا وثيقًا بتكوين ونمو الأشجار الكهربائية: يؤدي التفريغ الجزئي في الثقوب العازلة إلى تكوين الأشجار الكهربائية الأولية، كما أن التفريغ الجزئي في القنوات الفرعية يعزز نمو الأشجار الكهربائية، ويؤدي في النهاية إلى انهيار العزل. ، مما تسبب في خسائر فادحة. . يوضح الشكل 1 صورة لعينة كابل حدث فيها تفريغ جزئي خارجي. لذلك، من الأهمية بمكان دراسة تأثير العيوب النموذجية على توزيع المجال الكهربائي لمكونات العزل الرئيسية للكابلات المحورية ذات الترددات الراديوية المعزولة بالهواء.

الشكل 1: عينة من الكابلات مع تفريغ جزئي خارجي

يقوم هذا البحث ببناء نموذج محاكاة للكابل المحوري للترددات الراديوية المعزول بالهواء استنادًا إلى النماذج العددية والبيانات التجريبية، وإجراء حسابات محاكاة لتأثيرات العيوب الثلاثة المذكورة أعلاه على توزيع شدة المجال الكهربائي. يمكن أن توفر نتائج البحث أساسًا نظريًا للوقاية من العيوب والتحكم في كابلات الترددات الراديوية.

 

 

 

نموذج الكابل المحوري RF المعزول بالهواء الخالي من العيوب

• بناء النموذج

في الكابلات المحورية ذات الترددات الراديوية عالية الطاقة، يمكن أن يؤدي استخدام هيكل عزل الهواء إلى تحسين طاقة الإرسال. وتشمل التدابير الأخرى زيادة الحجم واستخدام مواد مقاومة للحرارة العالية [15]. الحشية العازلة PTFE هي هيكل عزل الهواء شائع الاستخدام. يتم وضع الحشية العازلة بين الموصلات الداخلية والخارجية لتكون بمثابة دعم ميكانيكي وعزل. يتم ملء الأنبوب بالهواء، كما هو موضح في الشكل 2.

من أجل دراسة تأثير عيوب حشيات العزل على توزيع المجال الكهربائي للكابلات المحورية ذات التردد الراديوي، تم بناء نموذج كبل محوري معزول بالهواء يحتوي على موصلات داخلية وخارجية وحشيات عازلة، وتم التحقق من دقة النموذج من خلال تجارب.

على أساس هذا النموذج تمت دراسة التغيرات في توزيع المجال الكهربائي عند وجود فقاعات داخلية ومواد غريبة سطحية وعيوب واجهة في الحشية العازلة، ومقارنتها مع تلك التي لا تحتوي على عيوب، تم التوصل إلى الاستنتاجات التالية:

(1) سيكون لمعلمات الشكل والموضع للفقاعة الداخلية تأثير على توزيع المجال الكهربائي: عندما يزيد طول نصف محور الفقاعة أ، تنخفض درجة تشويه المجال الكهربائي، وتقل تأثيرات طول الفقاعة. نصف المحورين b وc على شدة المجال الكهربائي لهما قواعد معاكسة؛ مسافة موضع الفقاعة كلما كان الموصل الداخلي أقرب، كلما كان تشويه المجال الكهربائي أكثر خطورة.

(2) لتأثيرات الأجسام الغريبة المعدنية والأجسام الغريبة غير المعدنية على شدة المجال السطحي قواعد مماثلة:

الأجسام الغريبة الموجودة على بطن الحشية العازلة لها تأثير أكبر على المجال الكهربائي؛ ومع زيادة حجم الجسم الغريب، تزداد درجة تشويه المجال الكهربائي ويزداد نطاق التأثير؛ عندما تتواجد أجسام غريبة متعددة في نفس الوقت، يكون تشوه المجال الكهربائي في الترتيب الشبيه بالصفائح أكثر خطورة. من بين الجسمين الغريبين، يكون للجسيمات الموصلة تأثير أكبر على شدة المجال الكهربائي.

(3) يرتبط تأثير عيوب الواجهة للموصلات الداخلية والخارجية على شدة المجال الكهربائي سلبًا بسمك الخلل ويرتبط بشكل إيجابي بعمق الخلل. عندما يكون عيب الواجهة مثلثًا حادًا، يكون تشويه المجال الكهربائي أكثر خطورة.

باختصار، من بين الأنواع الثلاثة للعيوب، فإن العيب الذي له التأثير الأكبر على توزيع المجال الكهربائي ويسبب أشد تشويه للمجال الكهربائي هو المادة الغريبة السطحية الموجودة على الحشية العازلة، تليها عيوب الواجهة. بالمقارنة، فإن تأثير الفقاعات الداخلية يكون أصغر، ولكن في ظل ظروف العمل ذات درجة الحرارة العالية والضغط العالي، قد يحدث تفريغ جزئي طويل المدى في ظل هذه الظروف، مما يؤدي إلى تدهور العزل، وهو أمر لا يمكن تجاهله.