導入
現在、空気絶縁RF同軸ケーブルの実運用における不具合の主な原因は、絶縁ガスケットの製造時やケーブル運用時に発生する内部欠陥、界面欠陥、表面異物などです。これらの欠陥は電界分布を大きく歪め、AC 電圧下で繰り返し発生します。破壊と消滅の放電現象は、絶縁劣化、腐食の促進、絶縁耐力の低下を引き起こし、最終的に破壊につながります [8-11]。また、部分放電は電気トリーの形成と成長に密接に関係しており、誘電体孔での部分放電が初期の電気トリーの形成につながり、分岐チャネルでの部分放電がさらに電気トリーの成長を促進し、最終的には絶縁破壊を引き起こします。 、大きな損失を引き起こします。 。図1は、外部部分放電が発生したケーブルサンプルの写真を示しています。したがって、空気絶縁高周波同軸ケーブルの主要な絶縁コンポーネントの電界分布に対する典型的な欠陥の影響を研究することは非常に重要です。
図1 外部部分放電が発生したケーブルの例
本稿では数値モデルと実験データに基づいて空気絶縁高周波同軸ケーブルのシミュレーションモデルを構築し、上記３つの欠陥が電界強度分布に与える影響についてシミュレーション計算を行った。研究結果は、高周波ケーブルの欠陥の防止と制御に理論的根拠を提供することができます。
欠陥のない空気絶縁RF同軸ケーブルモデル
- モデルの構築
高出力高周波同軸ケーブルでは、空気絶縁構造を採用することで伝送出力を向上させることができます。その他の対策には、サイズを大きくしたり、高温耐性のある材料を使用したりすることが含まれます [15]。 PTFE絶縁ガスケットは一般的に使用される空気絶縁構造です。絶縁ガスケットは内部導体と外部導体の間に入れ子になり、機械的サポートと絶縁として機能します。図 2 に示すように、パイプには空気が充填されています。
高周波同軸ケーブルの電界分布に対する絶縁ガスケットの欠陥の影響を研究するために、内部導体と外部導体および絶縁ガスケットを含む空気絶縁高周波同軸ケーブルモデルを構築し、モデルの精度を検証しました。実験。
このモデルに基づいて、絶縁ガスケットに内部気泡、表面異物、界面欠陥がある場合の電界分布の変化を調べ、欠陥のない場合と比較して、次の結論が得られました。
(1) 内部気泡の形状と位置パラメータは電場分布に影響を与えます。気泡 a の半軸の長さが増加すると、電場の歪みの度合いは減少し、気泡の長さの影響は減少します。電界強度の b と c の半軸には反対の法則があります。バブル位置距離 内部導体が近づくほど、電界歪みはより深刻になります。
(2) 金属異物と非金属異物が表面電界強度に及ぼす影響には、同様の規則があります。
絶縁ガスケットの腹部にある異物は、電界に大きな影響を与えます。異物のサイズが大きくなると、電界の歪みの程度が大きくなり、影響範囲が大きくなります。複数の異物が同時に存在する場合、シート状配置における電場の歪みはより深刻になります。 2 つの異物のうち、電界強度に大きな影響を与えるのは導電性粒子です。
(3) 内部導体と外部導体の界面欠陥が電界強度に及ぼす影響は、欠陥の厚さと負の相関があり、欠陥の深さと正の相関があります。界面欠陥が鋭角な三角形である場合、電界歪みはさらに深刻となる。
以上をまとめると、3 種類の欠陥のうち、電界分布に最も大きな影響を与え、最も深刻な電界歪みを引き起こす欠陥は絶縁ガスケットの表面異物であり、次いで界面欠陥である。それに比べて内部気泡の影響は小さいですが、高温高圧の使用条件下では長時間の部分放電が発生し、絶縁劣化を引き起こす可能性があり無視できません。