Электроизоляция и разряд в вакууме - Сливков И.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Сила медленно меняющегося тока (10-11—10~7 а) может иногда внезапно измениться на один-два порядка, причем, как правило, в меньшую сторону при длительном приложении напряжения [189]. Возникают также отдельные кратковременные броски тока, сначала очень малые (10~6—10~5 а), но по мере подъема напряжения возрастающие (более 10~3 а). Медленно меняющийся ток, а также броски его часто сопровождаются свечением поверхности изолятора, особенно вблизи катода. Иногда возникает светящийся ореол, распространяющийся в вакууме от отдельных участков изолятора. Последнее говорит о значительном повышении давления в этом месте, очевидно в результате интенсивного газовыделения из изолятора. Грубая • оценка показывает, что давление в месте светящегося ореола должно превышать IO-4 мм рт. ст., хотя в остальном рабочем объеме оно может быть на 1—2 порядка ниже [262, 263].
Следующим этапом в нарушении электропрочности после медленно меняющихся токов и его бросков является проскаки-вание искры вдоль всей поверхности изолятора. При дальнейшем повышении напряжения или в результате порчи поверхности изолятора от искр возникают непрекращающиеся поверхностные разряды, переходящие в дугу, если позволяет мощность источника напряжения. Осциллографирование показало, что ду-чговой разряд с падением напряжения на дуге меньше 100 в наблюдается при токах силой не меньше 0,7—1,6 а. Если электрическая цепь не может обеспечить такой ток, то разряд неустойчив и падение напряжения на нем составляет несколько киловольт. При поверхностных пробоях и дуге, особенно для
179
изоляторов из органических материалов, происходит выделение газов, более интенсивное при свежеприготовленных изоляторах.
Таким образом, общая картина нарушений электропрочности в случае наличия между электродами твердой изоляции качественно очень схожа с тем, что наблюдается в вакуумном меж-злектродном зазоре. Основное отличие — значительно меньшие напряжения или напряженности, при которых возникает то или иное нарушение электрической прочности. В качестве примера рассмотрим полированный плексигласовый цилиндр диаметром 20 и высотой 22 мм между плоскими электродами [73]. При первом медленном подъеме напряжения броски силы тока 2 мка появились при напряжении 30—40 кв, а первые нерегулярные искры вдоль поверхности возникли при 70 кв, однако они были маломощными и быстро прекратились. Дальнейший подъем напряжения до 140—150 кв вызвал более или менее регулярные броски силы тока 200 мка. Когда напряжение было снижено до 125 кв, то никаких нарушений вакуумной изоляции, кроме темнового тока очень малой силы, не было. После некоторой выдержки — тренировки — напряжение на электродах можно было поднять до 180 кв, когда возникали непрерывные разряды по поверхности изолятора с усредненным значением силы тока 20—40 ма. Это напряжение и было зафиксировано как пробивное. В разрядной цепи стояло сопротивление /?д = 200 ком, т. е. сила тока послепробойного разряда была сильно ограничена.
Таким образом, первые броски и первые искровые перекрытия вдоль изолятора наступали соответственно при 20 и 40% величины окончательно полученного пробивного напряжения. Вакуумная изоляция после тренировки длительным приложением напряжения значительно улучшилась.
Изучение медленно меняющихся токов показало, 'что это почти целиком электронные токи, которые текут как по поверхности изолятора, так и в вакууме вблизи нее. При этом часть электронов, летящих в вакууме, из-за рассеяния или других причин может попасть на поверхность изолятора и выбить вторичные электроны. При коэффициенте вторичной электронной эмиссии &э>1 этот участок изолятора приобретет первоначально небольшой положительный поверхностный заряд, что создает поле, притягивающее другие электроны. Попадание следующей партии электронов в свою очередь вызовет дальнейшее возрастание положительного заряда на поверхности изолятора. Однако рост заряда ограничен, так как на изолятор попадают электроны, еще не успевшие приобрести достаточную энергию в поле электродов. В этом случае меньше и рост заряда прекратится, т. е. установится динамическое равновесие.
Ток электронов вблизи изолятора представляет как бы цепочку из отдельных электронных потоков, рождающихся и оканчивающихся на поверхности изолятора. При этом максимальная энергия электронов такого потока определяется не общим при-
180
ложенным напряжением, а длиной одного звена описанной выше цепочки. Экспериментальная проверка описанной схемы движения электронов вдоль изолятора — измерение энергии электронов— показала, что максимальная энергия электронов около 50 эв, хотя общее приложенное напряжение равнялось 10 кв [264]. Общий ток электронов вблизи изолятора при этом напоминал прохождение электронов в многокаскадном электронном умножителе, однако с той разницей, что общий коэффициент умножения близок к единице.
Величина поверхностного заряда была приблизительно пропорциональна средней напряженности поля между электродами и зависела от угла между направлением поля и боковой поверхностью изолятора (эксперименты проводили с изоляторами в виде усеченных конусов с различными углами раствора). Для стеклянного изолятора с углом полураствора, равным нулю, и ? = 0,5 кв/мм поверхностная плотность заряда #s=4*10"5 к/м2. Когда угол равен 30° (изолятор расширялся к аноду), ^s==O, при еще большем угле qs<0. Появление поверхностного заряда, приводящее к искажению распределения напряжения вдоль изолятора, конечно, отрицательно сказывается на изоляционной электропрочности. Появление заряда на поверхности изолятора было подтверждено и в других работах.
