Электроизоляция и разряд в вакууме - Сливков И.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Такое представление о механизме поверхностного пробоя хорошо объясняет аналогию развития свечения вдоль изолятора с развитием свечения при пробое короткого газового промежутка. Оно хорошо согласуется с представлениями о дессорб-ционном механизме вакуумного пробоя (см. гл. 8) и фактом, что развитию пробоя в некоторых случаях предшествует интенсивное газовыделение и повышение давления вблизи изолятора. Однако оно не является единственным объяснением пробоя вдоль поверхности твердой изоляции. Некоторые исследователи в качестве причины, приводящей к пробою вдоль изолятора, рассматривают каскадное размножение электронов при &э>1, которое упоминалось в начале этого раздела при описании движения электронов вдоль поверхности изолятора и причины появления на поверхности положительного заряда.
Пробивное напряжение при пробое вдоль изолятора растет , медленнее, чем длина его. Это хорошо видно из приведенных на рис. 61 и в табл. 48 данных. Уменьшение пробивной напряженности с увеличением длины изолятора наблюдается даже при очень малых длинах изолятора. Так, по данным А. А. Бри-ша и др. ?8], пробивное напряжение по торцу слюдяной прокладки, зажатой между плоскими пластинами с острыми краями, после многократных цробоев в чистых вакуумных условиях
^Aip (Кб) = 0>25 + 0,027 s (мкм), (47)
где 5 = 30-И00 мкм — толщина слюдяной прокладки (края слюды и электродов совпадают). Вероятность пробоя или разброс пробивного напряжения при многократных пробоях и 5 = 60 мкм приведены ниже:
г/Пр, Re Вероятность ?/пр) кв Вероятность
1.5 ................ 0,005 2,1 .................. 0,19
1.6 ................ 0,02 2,2 .................. 0,14
1.7 ................ 0,05 2,3 .................. 0,14
1.8 ................ 0,08 2,4 .................. 0,03
1. 9............... 0,15 2,5.................. 0,02
2,0................... 0,17
7* 195
Уменьшение пробивной напряженности с увеличением длины изолятора, по-видимому, связано с искажением распределения напряжения вдоль изолятора. Поэтому изоляторы на большое напряжение составляются из нескольких секций, ограниченных
Рис. 61. Зависимость пробивйого напряжения цилиндрических изоляторов
от их длины:
1 и 2 — из окиси алюминия диаметром 12 мч с экраном (см. рис. 56) и без экрана соответственно при постоянном напряжении [277], 3 — из фарфора диаметром 18 мм при переменном напряжении частотой 50 гц между плоскими электродами [278]; 4—ь — из фторопласта дитетром 15 мм при соответственно импульсном длительностью 0,2 и 2,6 мксек и постоянном напряжениях между плоскими электродами [273],
7 — из пирекса диаметром 20 мм при постоянном напряжении между плоскими
электродами [267].
металлическими электродами, напряжение между которыми распределяется принудительным образом. Примером такой секционированной изоляции могут служить многосекционные ускоряющие трубки электростатических генераторов, где число отдельных секций (изоляционных колец из керамики или стекла высотой 20—50 мм, соединенных вакуумноплотно вперемежку с ме-
196
таллическими дисками) может превышать сотню при общем напряжении на трубке порядка 10 Мв.
Аналогичную конструкцию имеют проходные изоляторы (высоковольтные вакуумные вводы). Такой изолятор приведен на рис. 62. Он составлен из 12 одинаковых колец из стекла пирекс внешним диаметром 200 и высотой 25 мм, соединенных между
Вакуум
Рис. 62. Секционированный высоковольтный вакуумный ввод:
і — металлические кольца, 2 — кольца из стекла пирекс; 3 — объемное распределительное сопротивление из полиуретана;
4 — высоковольтный электрод.
собой алюминиевыми кольцами высотой 3 мм, которые несколько выступают за края стеклянных колец. Для обеспечения герметичности применен винилацетат. Внутрь изолятора, со стороны сжатого газа (15 ата SF6), вставлен цилиндр из полиуретана. Проводимость этого цилиндра подобрана, так, что при рабочем напряжении около 700 кв по цилиндру течет ток силой 100 мка, обеспечивающий равномерное распределение напряжения по секциям изолятора [285].
На рис. 63 показаны разработанные в ИТЭФ (Москва) (а) и ЦЕРНе (Женева) (б) конструкции проходных изоляторов для ввода высокого напряжения в вакуумную камеру электростатического сепаратора элементарных частиц высокой энергии [103, 270]. Напряжение к вводам подводится высоковольтными кабелями типа КПВ-300 или КПВ-600, причем место разделки кабе-
197
ля и подключения его к вводу заполняется трансформаторным маслом. Изолятор ИТЭФ на рабочее напряжение 400 кв изготовлен из ситалла и имеет конусную вставку из эпоксидной смолы, окружающую место разделки кабеля. Эта вставка позво-
а
Рис. 63* Проходные изоляторы для ввода высокого напряжения
198
ляет свести к минимуму требуемое количество трансформаторного масла, что устраняет необходимость в специальном темпе-ратурно-компенсируюгцем бачке, обычно присутствующем в других конструкциях вводов. Общая высота изолятора 400 мм. Изолятор ЦЕРН на рабочее напряжение 500 кв изготовлен из высоковольтного фарфора. При давлении 3-Ю-4 мм рт. ст. и положительном напряжении 600 кв средняя частота поверхностных пробоев составляет 0,4 искры/ч. При отрицательном напряжении 660 кв пробои значительно реже. На рис. 64 приведен эскиз крепления опорного изолятора к катоду Такое внутреннее крепление предпочтительнее, так как при внешнем креплении во время пробоев происходит металлизация поверхности изолятора, сильно сокращающая срок его службы. Изображенный на рис. 64 изолятор из окиси алюминия высотой 140 мм выдерживает напряжение 550 кв при средней частоте поверхностных пробоев 0,2 искры/ч.
