מחקר על השפעת פגמי אטם בידוד על חלוקת שדה חשמלי של כבלי תדר רדיו

מָבוֹא

נכון לעכשיו, הגורם העיקרי לתקלות בפעולה בפועל של כבלים קואקסיאליים RF מבודדים באוויר הוא פגמים פנימיים, פגמים בממשק או חומר זר על פני השטח שנוצר במהלך ייצור אטמי בידוד והפעלת כבלים. פגמים אלו יעוותו באופן רציני את התפלגות השדה החשמלי וייצרו התרחשויות חוזרות ונשנות תחת מתח AC. תופעת הפריקה של התמוטטות וכיבוי מובילה להזדקנות דיאלקטרית, קורוזיה מואצת והפחתת החוזק הדיאלקטרי, מה שמוביל בסופו של דבר להתמוטטות [8-11]. בנוסף, פריקה חלקית קשורה קשר הדוק להיווצרות וצמיחת עצי חשמל: פריקות חלקיות בחורים דיאלקטריים מובילות להיווצרות עצי חשמל ראשוניים, ופריקות חלקיות בתעלות הענפים מקדמות עוד יותר את צמיחת עצי החשמל, ובסופו של דבר גורמות להתמוטטות בידוד. , גורם להפסדים כבדים. . איור 1 מציג תמונה של דגימת כבל שבה התרחשה פריקה חלקית חיצונית. לכן, ישנה משמעות רבה לחקור את ההשפעה של פגמים אופייניים על חלוקת השדה החשמלי של רכיבי בידוד מרכזיים של כבלים קואקסיאליים בתדר רדיו מבודדים באוויר.

איור 1 דוגמה של כבל עם פריקה חלקית חיצונית

מאמר זה בונה מודל סימולציה של כבל קואקסיאלי בתדר רדיו מבודד אוויר המבוסס על מודלים מספריים ונתונים ניסיוניים, ומבצע חישובי סימולציה על ההשפעות של שלושת הפגמים לעיל על חלוקת עוצמת השדה החשמלי. תוצאות המחקר יכולות לספק בסיס תיאורטי למניעת ליקויים ובקרה של כבלי תדר רדיו.

 

 

 

דגם כבל קואקסיאלי RF ללא פגמים מבודד אוויר

• בניית דגמים

בכבלים קואקסיאליים בתדר רדיו בעלי הספק גבוה, השימוש במבנה בידוד אוויר יכול לשפר את כוח השידור שלו. אמצעים אחרים כוללים הגדלת הגודל ושימוש בחומרים עמידים לטמפרטורה גבוהה [15]. אטם בידוד PTFE הוא מבנה בידוד אוויר נפוץ. האטם המבודד מקונן בין המוליכים הפנימיים והחיצוניים כדי לשמש כתמיכה מכנית ובידוד. הצינור מלא באוויר, כפי שמוצג באיור 2.

על מנת לחקור את ההשפעה של פגמי אטם בידוד על חלוקת השדה החשמלי של כבלים קואקסיאליים בתדר רדיו, נבנה דגם כבל קואקסיאלי בתדר רדיו מבודד אוויר המכיל מוליכים פנימיים וחיצוניים ואטמי בידוד, ודיוק הדגם אומת באמצעות ניסויים.

על בסיס מודל זה נחקרו השינויים בחלוקת השדה החשמלי כאשר יש בועות פנימיות, חומרים זרים פני השטח ופגמי ממשק באטם המבודד, ובהשוואה לאלה ללא פגמים, הוסקו המסקנות הבאות:

(1) לפרמטרי הצורה והמיקום של הבועה הפנימית תהיה השפעה על התפלגות השדה החשמלי: כאשר אורך חצי הציר של הבועה a גדל, מידת עיוות השדה החשמלי פוחתת, והשפעות האורך של הבועה. לחצי הציר של b ו-c על עוצמת השדה החשמלי יש כללים הפוכים; מרחק מיקום הבועה ככל שהמוליך הפנימי קרוב יותר, כך עיוות השדה החשמלי יהיה חמור יותר.

(2) להשפעות של גופים זרים מתכתיים וגופים זרים לא מתכתיים על חוזק שדה פני השטח יש כללים דומים:

לגופים זרים על הבטן של האטם הבידוד יש השפעה רבה יותר על השדה החשמלי; ככל שגודל הגוף הזר גדל, מידת עיוות השדה החשמלי עולה והיקף ההשפעה גדל; מספר גופים זרים כאשר הם קיימים בו-זמנית, עיוות השדה החשמלי בסידור דמוי הגיליון חמור יותר. מבין שני העצמים הזרים, לחלקיקים מוליכים יש השפעה גדולה יותר על עוצמת השדה החשמלי.

(3) ההשפעה של פגמי ממשק של המוליכים הפנימיים והחיצוניים על עוצמת השדה החשמלי נמצאת בקורלציה שלילית עם עובי הפגם ובקורלציה חיובית עם עומק הפגם. כאשר הפגם בממשק הוא משולש חד, עיוות השדה החשמלי חמור יותר.

לסיכום, בין שלושת סוגי הליקויים, הפגם בעל ההשפעה הגדולה ביותר על פיזור השדה החשמלי וגורם לעיוות השדה החשמלי החמור ביותר הוא חומר זר פני השטח על האטם המבודד, ואחריו פגמי הממשק. לשם השוואה, ההשפעה של בועות פנימיות קטנה יותר, אך בתנאי עבודה בטמפרטורה גבוהה ובלחץ גבוה עלולה להתרחש פריקה חלקית לטווח ארוך בתנאי, מה שמוביל לפגיעה בבידוד, שלא ניתן להתעלם ממנה.