Электроизоляция и разряд в вакууме - Сливков И.Н.
Скачать (прямая ссылка):
При теоретическом анализе, проведенном выше, как одно из условий инициирования пробоя ударами микрочастиц принималось равенство кинетической энергии частицы Wll и энергии испарения всего материала частицы Wlicn. Для частиц из стали это равенство соблюдается при скорости 3,8 км/сек вне зависимости от ее размера. Из рис. 80 видно, что частицы с такой скоростью действительно инициируют пробой, если их кинетическая энергия не меньше 1,6* IO"8 дж. Эту экспериментально
271
полученную величину можно сравнить с теоретически необходимой. Чтобы вычислить последнюю, надо из выражения (93) найти Гразр и, зная размер частицы, подсчитать энергию, необходимую для ее испарения. При E=ЗО квімм и стальных электродах (условия экспериментов Слеттери и др.) совпадение расчетной и экспериментальной величин энергии получается при весьма разумных параметрах минимума кривой Пашена (U3м= = 500 в; (7?$)м=0,5 мм рт. ст*см\
Щ уф
1
OJ
* V і —1 Г (
\ ) '4 Г', : • I X
• X < j І L- _
; M:. > •
ч.1 > ••« >
Ч > • і : N * •
• W' 'ш* \ чч ч Цс-
Рис. 80. Соотношение между кинетической энергией и скоростью стальных частиц микронных размеров, вызывающих пробои в зазоре 0,5 мм между стальными плоскими электродами при напряжении 15 кв:
• —соударение частиц с катодом приводит к пробою; X—соударение с анодом приводит к пробою; —-----------Wk ** v~*m
Однако из рис. 80 видно, что пробои могут вызываться и частицами, имеющими скорость меньше 3,8 KMjceKf если их кинетическая энергия превышает минимально необходимую величину
1,6* 10”8 дж (а следовательно, и масса частицы больше необходимой). В этом случае происходит частичное испарение частицы при соударении ее с электродом, но образующееся количество паров достаточно для развития процессов, приводящих к пробою. Эта возможность частичного испарения не учитывалась при теоретическом рассмотрении условий инициирования пробоя, изложенном выше Нетрудно, однако, показать, что учет частичного испарения не вносит заметных изменений в полученные выше выражения (94)-(96).
Действительно, если частицы не ускоряются искусственно и не вводятся в межэлектродный зазор (как в опытах Слеттери), а отрываются от самих электродов, то при разных размерах частиц (радиуса г) их заряд q~г2 и, следовательно, их кинетическая энергия при подлете к 'противоположному электроду
272
W^~r2. С другой стороны, Wlx=Mv2/2, т. е. WK~v2rz. Из этого следует, что если частицы разных размеров отрываются от одного и того же электрода и ускоряются одинаковым напряжением, то их кинетическая энергия WK~v~4. Если линию WK~ ~v~4 провести на рис. 80 через точку, соответствующую найденным ранее условиям пробоя при полном испарении (v =
= 3,8 км/сек, W7k=I,6 • IO"8 дж), то она хорошо согласуется с полученными экспериментальными данными.
Таким образом, критерий пробоя (94) — (96), полученный для случая полного испарения, справедлив и для пробоев, вызываемых частичным испарением. Инициирование пробоя при частичном испарении приводит к тому, что не обязательно иметь частицы с размерами, определяемыми соотношениями (91) и (93). Это как бы расширяет возможности инициирова-
* ния пробоя микрочастицами, делает этот механизм менее критичным к условиям на электродах, к наличию на электродах частиц нужных размеров.
Возможность инициирования пробоя микрочастицами зависит от наличия таких частиц и условий их отрыва от электродов. Частицы, представляющие собой результат разрушения t поверхности при предварительной механической обработке, или пыль, осевшая при монтаже на электродах, могут обеспечить пробои только в первоначальный период работы при высоком напряжении на электродах. По мере тренировки пробоями эти частицы исчезают. Весьма вероятно, что хорошо известный эффект тренировки (повышение пробивного напряжения при последовательных пробоях) в значительной степени объясняется уничтожением микроскопических частиц на поверхности электродов. Например, более запыленные в период монтажа электроды не только требуют более длительной тренировки, HO и имеют в конце ее меньшее значение пробивного напряжения (см. табл. 31).
Однако при тренировке пробоями не только уничтожаются” имевшиеся частицы, но и образуются новые, которые в дальнейшем могут стать инициаторами пробоев. На рис. 81 приведены микрофотографии следов переноса материала анода на катод при пробое. Это фотографии не самой поверхности катода, а налета на предметном стекле, которое было установлено за мелкой металлической сеткой, являвшейся катодом. Перенесенные с металлического анода частицы имеют преимущественно сферическую форму, за исключением случая, когда анод из графита. Размеры частиц меняются от сравнительно крупных до долей микрона (последние определяются пределом разрешения оптического микроскопа; по-видимому, есть частицы еще меньшего размера). На фотографиях, сделанных при железном и никелевом анодах, заметно в некоторых случаях образование «лунных кратеров» — следов растекания вещества частиц при ударе о поверхность. Это и сферическая форма частиц свидетельствует,
