Электроизоляция и разряд в вакууме - Сливков И.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Е. П. Мартынов и В. А. Иванов [358] определили расстояние, на котором между электродом и падающей частицей возникает электрический разряд. Это было сделано путем измерения скорости частицы и интервала времени между зажиганием разряда (регистрация с помощью ФЭУ) и моментом соударения частицы с электродом (регистрация с помощью пьезодатчика). Для частиц диаметром 1 и 1,7 мм расстояния, при которых воз-
264
никал разряд, линейно возрастали с увеличением напряженности в межэлектродном зазоре (1,5 мкм при 0,4 кв/мм и HO мкм при 4 кв/мм). Зависимость пробивного напряжения от зазора между частицей и электродом была близка к полученной в работе [195] для близко расположенных электродов (см. табл. 34).
Mua Мь тр частиц,, мм
Рис. 79. Зависимость пробивной напряженности от диаметра частиц, инициирующих пробой
І — молибденовые электроды, зазор 2 мм, молибденовые частицы [360], 2 — молибденовые электроды, зазор I MMt никелевые частицы [360], 3> 4—медные электроды, зазор
1 и 2 мм соответственно никечевые и алюминиевые частицы [362] 5 — стальные электроды, зазор 0,4 мм, стальные частицы [67], 6 — медные электроды, зазор 4 мм, стальные частицы [358], 7 — молибденовые электроды,
зазор 3 мм, молибденовые частицы [361], 8 — линия, соответствующая электростатической энергии частицы
IO-8 дж
Снижение электропрочности вакуумной изоляции при введении в межэлектродный зазор или на электроды крупинок материала изучалось в работах [67, 68, 140, 358—362]. На рис. 79 приведены зависимости пробивной напряженности от диаметра вводимых частиц. Несмотря на большой разброс, объясняющийся разными условиями и различными методами измерений, нетрудно усмотреть общую закономерность: все большее уменьшение пробивной напряженности по мере увеличения размеров
265
частиц. Однако в работе [360] зафиксировано прекращение снижения пробивного напряжения при увеличении диаметра частиц свыше 0,1 мм.
На этом же рисунке проведена линия, соответствующая постоянному значению электростатической энергии частицы 10“8 дж, т. е. значению минимальной энергии поджига, полученной при искусственном инициировании пробоя поджигающей искрой (см. разд. 7.2). Из сопоставления этой расчетной прямой с приведенными экспериментальными данными видно, что по мере уменьшения размера частицы уменьшается и электростатическая энергия частицы, при которой последняя может инициировать пробой; начиная примерно с диаметра 100 мкм эта энергия становится меньше минимально необходимой для инициирования пробоя вспомогательной искрой на катоде.
Причин расхождения данных на рис. 79 несколько. Во-первых, частица может быть более сильным инициирующим фактором, так как при ее приближении к катоду в остающемся зазоре возникает очень большая напряженность поля, что способствует возникновению на катоде автоэлектронной эмиссии, облегчающей инициирование пробоя [360]. Во-вторых, частица помимо электростатической энергии обладает еще и кинетической энергией, которая при малых размерах частицы становится больше электростатической. В связи с этим обращают на себя внимание экспериментальные данные П. В. Пошехонова и М. М. Погорельского [361], занимающие на рис. 79 самое нижнее положение, что соответствует наименьшим значениям электростатической энергии. Расчеты авторов показали, что кинетическая энергия частиц, инициирующих пробой, была 0,02— 0,1 мкдж (меньшая цифра относится к меньшим размерам частиц), т. е. по порядку величины соответствовала минимальной энергии поджига при инициировании пробоя вспомогательной искрой. Примечательно также, что в описываемых опытах кинетическая энергия частицы, инициирующей пробой, почти не зависела от межэлектродного зазора.
Пока частица, оторвавшаяся от электрода, не отошла от него на расстояние, большее ее радиуса, электрическое поле в образовавшемся зазоре заметно слабее внешнего поля электродов. Схематично это можно объяснить так: в указанном зазоре электрическое поле имеет как бы две составляющие: одну, возникающую от поляризации в поле электродов незаряженной проводящей частицы, и другую, создаваемую избыточным зарядом частицы, приобретенной ею, когда она находилась в контакте с электродом. В момент нарушения контакта обе эти составляющие взаимно компенсируют друг друга. Результирующее поле отсутствует, хотя каждая составляющая теоретически бесконечно большая.
По мере удаления частицы от электрода указанные составляющие поля уменьшаются, взаимная их компенсация несколь-
266
ко нарушается, но все же остается достаточно полной, так что
результирующее поле остается слабым. Однако если с момента нарушения контакта между частицей и электродом изменилось приложенное к электродам напряжение, то картина существен-k но изменяется. Поле от избыточного заряда останется прежним, г так как заряд определяется напряженностью межэлектродного I поля в момент отрыва частицы, но поляризация частицы изме-I нится, так как она определяется полем в данный момент. В pell* зультате этого компенсация нарушается, и в зазоре между ча-I стицей и электродом возникает большая напряженность элек-I трического поля. Используя результаты расчетов, выполненных Е. П. Мартыновым [362], можно получить следующее выраже-І ние для напряженности Ex в зазоре х между электродом и ча-I стицей радиуса г:
