Einführung
Die Hauptursache für Störungen im tatsächlichen Betrieb von luftisolierten HF-Koaxialkabeln sind derzeit interne Defekte, Schnittstellendefekte oder Oberflächenfremdstoffe, die bei der Herstellung von Isolierdichtungen und beim Kabelbetrieb entstehen. Diese Defekte verzerren die Verteilung des elektrischen Feldes erheblich und können unter Wechselspannung wiederholt auftreten. Das Entladungsphänomen des Durchschlags und Erlöschens führt zur dielektrischen Alterung, beschleunigter Korrosion und Verringerung der Durchschlagsfestigkeit, was letztendlich zum Durchschlag führt [8-11]. Darüber hinaus steht die Teilentladung in engem Zusammenhang mit der Bildung und dem Wachstum elektrischer Bäume: Teilentladungen in dielektrischen Löchern führen zur Bildung anfänglicher elektrischer Bäume, und Teilentladungen in Zweigkanälen fördern das Wachstum elektrischer Bäume weiter und verursachen schließlich einen Isolationsdurchbruch , was zu schweren Verlusten führte. . Abbildung 1 zeigt ein Foto einer Kabelprobe, bei der es zu einer externen Teilentladung kam. Daher ist es von großer Bedeutung, die Auswirkungen typischer Defekte auf die elektrische Feldverteilung wichtiger Isolationskomponenten luftisolierter Hochfrequenz-Koaxialkabel zu untersuchen.
Abb.1 Ein Kabelbeispiel mit externer Teilentladung
Dieser Artikel erstellt ein Simulationsmodell eines luftisolierten Hochfrequenz-Koaxialkabels auf der Grundlage numerischer Modelle und experimenteller Daten und führt Simulationsberechnungen zu den Auswirkungen der oben genannten drei Defekte auf die Intensitätsverteilung des elektrischen Feldes durch. Die Forschungsergebnisse können eine theoretische Grundlage für die Fehlervermeidung und -kontrolle von Hochfrequenzkabeln liefern.
Defektfreies, luftisoliertes HF-Koaxialkabelmodell
- Modellbau
Bei Hochleistungs-Hochfrequenz-Koaxialkabeln kann die Verwendung einer Luftisolationsstruktur die Übertragungsleistung verbessern. Weitere Maßnahmen sind die Vergrößerung und der Einsatz hochtemperaturbeständiger Materialien [15]. Die PTFE-Isolierdichtung ist eine häufig verwendete Luftisolationsstruktur. Die Isolierdichtung ist zwischen dem Innen- und dem Außenleiter angebracht und dient als mechanische Stütze und Isolierung. Das Rohr ist mit Luft gefüllt, wie in Abbildung 2 dargestellt.
Um den Einfluss von Isolationsdichtungsdefekten auf die elektrische Feldverteilung von Hochfrequenz-Koaxialkabeln zu untersuchen, wurde ein luftisoliertes Hochfrequenz-Koaxialkabelmodell mit Innen- und Außenleitern sowie Isolationsdichtungen gebaut und die Genauigkeit des Modells wurde überprüft Experimente.
Auf der Grundlage dieses Modells wurden die Änderungen der Verteilung des elektrischen Feldes bei internen Blasen, Oberflächenfremdstoffen und Grenzflächendefekten in der Isolierdichtung untersucht und im Vergleich zu solchen ohne Defekte wurden die folgenden Schlussfolgerungen gezogen:
(1) Die Form- und Positionsparameter der inneren Blase wirken sich auf die Verteilung des elektrischen Feldes aus: Wenn die Länge der Halbachse der Blase a zunimmt, nimmt der Grad der elektrischen Feldverzerrung ab und die Auswirkungen der Länge von die Halbachsen von b und c auf der elektrischen Feldstärke haben entgegengesetzte Regeln; der Blasenpositionsabstand Je näher der Innenleiter ist, desto schwerwiegender ist die Verzerrung des elektrischen Feldes.
(2) Für die Auswirkungen metallischer und nichtmetallischer Fremdkörper auf die Oberflächenfeldstärke gelten ähnliche Regeln:
Fremdkörper am Bauch der Isolierdichtung haben einen größeren Einfluss auf das elektrische Feld; Mit zunehmender Größe des Fremdkörpers nimmt der Grad der Verzerrung des elektrischen Feldes zu und der Einflussbereich nimmt zu. Bei gleichzeitiger Anwesenheit mehrerer Fremdkörper ist die Verzerrung des elektrischen Feldes in der flächigen Anordnung stärker. Von den beiden Fremdkörpern haben leitfähige Partikel einen größeren Einfluss auf die elektrische Feldstärke.
(3) Der Einfluss von Grenzflächendefekten des Innen- und Außenleiters auf die elektrische Feldstärke korreliert negativ mit der Dicke des Defekts und positiv mit der Tiefe des Defekts. Wenn der Grenzflächendefekt ein spitzes Dreieck ist, ist die Verzerrung des elektrischen Feldes schwerwiegender.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass von den drei Arten von Defekten der Defekt, der den größten Einfluss auf die Verteilung des elektrischen Feldes hat und die stärkste Verzerrung des elektrischen Feldes verursacht, der Oberflächenfremdkörper auf der Isolierdichtung ist, gefolgt von den Grenzflächendefekten. Im Vergleich dazu ist der Einfluss interner Blasen geringer, aber unter Arbeitsbedingungen mit hoher Temperatur und hohem Druck kann es unter diesen Bedingungen zu einer langfristigen Teilentladung kommen, die zu einer Verschlechterung der Isolierung führt, die nicht ignoriert werden kann.