Mühazirə Məşğələ Laboratoriya 6 7

Mövzu 18

4. 
   KQAKSİAL KABEL DÖVRƏLƏRİNİN TUTUMU VƏ İZOLYASİYA KEÇİRİCİLİYİ
   

Sərbəst elektronlara malik olan və keşiricilik cərəyanı (İ_keç.) fəaliyyət göstərən naqillərdən fərqli olaraq, dielektrikdə sərbəst elektronlar yoxdur, o, ionlar və əlaqəli dipollara malikdir. Dəyişən EMS-nin təsiri nəticəsində dielektrikdə dipolun sürüşməsi, nizamlı şəkildə düzülməsi (istiqamətlənməsi) və polyarizasiya hadisəsi baş verir.

ES-nin təsiri nəticəsində dielektrikdə müsbət və mənfi yüklərin sürüşməsi polyarizasiya adlanır. Dəyişən polyarizasiya sürüşmə və ya tutum cərəyanı (İ_sür.) əmələ gətirir və buda dipollar istiqamətlənən zaman enerji sərfinə səbəb olur. Tezlik artdıqcan sürüşmə cərəyanının təsiri daha da güclənir və itkidə çoxalır. Sabit cərəyan olduqda bu təsirlər baş vermir.
Dielektrikdə baş verən hadisə iki parametrlə xarakterizə olunur:
1)polyarizasiyanın qabiliyyətini və sürüşmə cərəyanınım qiymətini müəyyənləşdirən tutum (C);
2)dielektrikdə itkininin (Dİ) qiymətini təyin edən izolyasiya keçiriciliyi (G).
KK-in tutumu silindirik kondensatorun tutumuna bənzəyir. Burada löhvələrin vəzifəsini naqillər, dielektrik əvəzinə isə naqillər arasında qoyulan izolyasiya təbəqəsi və ya hava görür. KC simmetriya oxuna malik olduğu üçün onun mərkəzindən hər hansı məsafədə təsir göstərən ES-nin intensivliyi bərabər potensiala malikdir. Burada ES daxili və xarici naqillərin arasında yaranır. Hər hansı r məsafəsində “a” naqilinin yaratdığı ES-nin təsiri ifadəsinə bərabərdir. Eləcə də “b” naqilinin ES-nin intensivliyi üçün yazmaq olar. “a” və “b” naqillərinin ES-nin ümumi qiyməti E_üm.= = olur.
Daxili və xarici naqillər arasındakı gərginlik U ES-nin intensivliyinin xətti inteqralı ilə təyin edilir:
.
KK-in işçi tutumu aşağıdakı düsturla təyin edilir:
. (5.25)
G kondensatorun dielektrik hissəsində yaranan itkinin tərkib hissəsi kimi təyin edilə bilər. Bu aşağıdakı kimi təyin edilir:
G= .
Adətən izolyasiya keçiriciliyinin kabelin izolyasiyasında dielektrik itgi bucağının tangensi ilə ifadə etmək qəbul edilmişdir,
(5.26)
izolyasiya keçiriciliyini təyin edən vəziyyət şəkil 5.7-də göstərilmişdir.
Şəkildən göründüyü kimi dielektrik itgi onunla xarakterizə olunur ki, cərəyan gərginliyi 90⁰ deyil, (90⁰-δ) bucağı qədər ötür. Silindirik kondensatorda yaranan İ_a cərəyanının istiqaməti gərginliklə üst-üstə düşür, İ_c cərəyanı isə gərginliyi 90⁰ ötür. İdeal kondensatorda itki olmur, yəni δ=0; İ_a=0 olur. Şəkilə əsasən İ_a=UG; İ_c=iωUC yazmaq olar. Onda şəkil 5.7,b-yə əsasən aşağıdakı ifadəni yazmaq olar:
.
Ümumi halda dielektrik itgi ilə xarakterizə olunan izolyasiya keçiriciliyindən başqa, izolyasiya materialının təkmilləşdirilməməsi hesabına yaranan dielektrikdə cərəian sızması ilə xarakterizə olunan keçiriciliyi də nəzərə almaq lazımdır. Bu G=1/R_iz. ifadəsinə bərabərdir. Burada R_iz. KK-in izolyasiya müqavimətidir və R_iz.=10000 MOm·km-dir. Beləliklə, KK-in izolyasiya keçiriciliyi G=1/R_iz.+ωC·tgδ, Sm/km düsturu ilə hesablanır. YT diapazonunda 1/R_iz.<<ωC·tgδ olduğunu nəzərə alaraq KK-lərdə izolyasiya keçiriciliyi, G= ωC·tgδ ifadəsi ilə təyin olunur.
Koaksial kabel dövrələrinin ikinci veriliş parametrləri. KK-lər tezliyin ƒ≥60 kHs qiymətlərində istifadə olunur. Burada və olduğu üçün KKD-sinin Ⅱ veriliş parametrləri aşağıdakı düsturlarla hesablanır:
, (5.27)
burada α_m-metalda, α_d-isə dielektrikdə yaranan itkilər hesabına sönmə əmsallarınin qiymətləridir.
Lakin KKD-lərinin Ⅱ veriliş parametrlərini onun qabarit ölçüləri (d və D) və izolyasiya parametrləri ilə ifadə etmək məqsədəuyğun hesab edilir. Bu halda (5.27) düsturunda L, C, G parametrlərinin (5.10) ifadəsində göstərilən qiymətlərini yazıb, bir sıra çevirmələr aparmaq lazımdır.
Sönmə əmsalı α, mis naqil üçün aşağıdakı düsturla hesablanir:
. (5.28)
Mis naqili alüminium naqillə əvəz etsək, onda sönmə əmsalı aktiv müqavimətlə proporsional olaraq artır və ya uyğun olaraq metalların keçiriciliyinin kvadrat kökü ilə tərs mütanisbdir:
.
Bu qiymət onu göstərir ki, KK-in naqilləri alüminium materialdan olarsa, onda mis naqilə nisbətən sönmə əmsalının qiyməti 29% artıq olur.
Təkcə xarici naqil alüminiumla əvəz olunarsa, onda sönmə əmsalı aşağıdakı münasibət qədər artmış olacaqdır:
.
Sönmə əmsalının qiymətinin kiçik olması KC-yün xarici və daxili naqilləri arasındakı münasibətin optimal qiymətindən asılıdır. KC-yün radiusları arasında optimal münasibəti tapmaq üçün aşağıdakı tənliyi həll etmək lazımdır:
. (5.29)
Yuxarıda göstərilənlərə əsaslanaraq belə nəticəyə gəlmək olar ki, KK-in xarici naqili üçün alüminium materialın tətbiqi məqsədəuyğundur. Bu halda sönmə cəmi 6% artır, KK-in hazırlanması üçün sərf olunan mis materiala isə 65% qənaət edilir.
KKD-nin metal və dielektrik hissəsində yaranan sönməni xarakterizə edən əmsalların tezlikdən asıllıq əyriləri şəkil 5.11-də göstərilmiçdir. Şəkildən göründüyü kimi tezlikdən asılı olaraq , isə xətti qanunla dəyişir. YT diapazonunda daha sürətlə artır ki, buda kabelin ümumi sönməsində böyük rol oynayır. Praktikada veriliş üçün istifadə olunan tezlik spektiri Hs təşkil edir. Buda müasir KK-lərdə istifadə olunan dielektriklərdə yaranan sönmənin qiyməti üçün məğbul hesab edilir. Deməli, hesabat üçün qəbul edilir.
Faza əmsalı
, rad/km. burada c-işığın fəzadakı sürətidir və
c= km/san
qiymətinə bərabərdir.
KKD-nin uzunluğu boyunca EME yayılan zaman malik olduğu sürət aşağıdakı ifadə ilə təyin olunur:
. (5.30)
Kabeldə dalğa uzunluğunu təyin etmək üçün fazaya görə sürüşmə əmsalınıdan istifadə olunur ki, buda aşağıdakı ifadə ilə tapılır:
, mkm . (5.31)
Yuxarıdakı düsturlardan görünür ki, faza əmsalı β tezlikdən asılı olaraq xətti qanunla artır. Buda baxılan tezlik spektrinin bütün qiymətlərində KK boyunca yayılan EME-nin malik olduğu sürətin demək olar ki, sabit qaldığını göstərir. EME-nin yayılma sürəti dielektrik nüfuzluğundan asılıdır. Dielektrik nüfuzluğu artdıqcan veriliş sürəti azalır. Beləki, bütöv polietilen izolyasiya olduqda, v=200000 km/san, kombinə olunmuş hava-dielektrik izolyasiya olduqda isə v=285000 km/san-yə çatır.
KKD-ində EME-nin yayılma sürəti SKD-də yayılan enerjinin sürətindən böyükdür və demək olar ki, fəzada yayılan işıq sürətinə c =300000 km/san-yə yaxınlaşır.
YT spektiri üçün KKD-nin dalga müqaviməti Z_D aşağıdakı düsturla təyin edilir:
(5.32)
burada -fəzada yayılan EME-nin dalğa müqavimətidir. =1 mühiti üçün dalğa müqaviməti aşağıdakı düsturla hesablanır:
. (5.33)
KC üçün bütöv izolyasiya, yəni ε=2,3 olduqda, Z_D=50 Om, kombinə olunmuş izolyasiya, yəni ε=1,1 olduqda isə, Z_D=75 Om təşkil edir.
Əgər dalğa müqavimətinin qiymətinin ciddi şəkildə normallaşdırılması tələb olunarsa, onda KK-in konstruksiyası işlənib-hazırlanan zaman onun xarici və daxili naqillərinin optimal qiymətinin münasibətindən D/d kənara çıxmaq lazım gəlir. Məsələn, Z_D=75 Om qiymətini təmin etmək üçün D/d münasibəti aşağıdakı düsturla təyin edilir:

Mis naqildən olan KKD-nin naqilləri arasında optimal münasibət (D/d) olduqda, sönmə əmsalı aşağıdakı düsturla hesablanır:
. (5.34)

Elektrik möhkəmliyinə görə kabelin optimal konstruksiyası ln(D/d)=1 şərtindən və ya D/d=e=2,718 bərabərliyindən tapılır. Kabellə maksimum gücü ln(D/d)=0,5 və ya D/d=1,65 olduqda, ötürmək olar. Şəhərlərarası rabitə kabelləri ilə rabitənin uzaqlığını tələb olunan məsafəyə qədər təmin etmək üçün naqillər arasındakı optimal münasibət D/d=3,6 və DM-nin normativ qiyməti Z_D=75 Om olmalıdır.

KK-in texnologiyası zamanı naqillərin yerləşdirilməsində deformasiya yarana bilər ki, buda onların formasını, naqillərin bir-birinə görə qarşılıqlı yerləşməsini və s. pozur. Nəticədə kabelin parametrləri dəyişir və o qeyri-həmcins olur. Kabelin inşa uzunluğunda və onların birləşdikləri yerlərdə həmcins olmayan hissələr yaranır.
Dövrənin həmcins olmayan hissəsində baş verən hadisə əks olunma əmsalı ilə xarakterizə olunur:


, (5.35)

burada Z_D və -kabelin qonşu həmcins olmayan hissələrindəki dalğa müqavimətinin qiymətidir; -dalğa müqavimətinin normadan kənara çıxmasını göstəırir,