Вакуумная изоляция

Промежутки, для которых произведение давления газа на межэлектродное расстояние лежит в пределах 0,01—0,2 кПа-см, считаются вакуумными. Возникновение разряда в них определяется практически только процессами на электродах.

В ряде случаев электрическая прочность вакуумной изоляции может быть выше, чем газовой.

Различают три вида нарушения электрической прочности вакуумной изоляции. Во-первых, появление более или менее стабильных токов плотностью 10^-4— 10^-3 А/см², резко зависящих от приложенного к электродам напряжения. Эти токи называются темповыми или предпробойными. Во-вторых, возникновение периодически повторяющихся самогасящихся маломощных, импульсов тока 10^-4—10^-3 А/см² и длительностью 10^-4—10^-3 с с частотой повторения от долей до десятков и сотен герц. В-третьих, возникновение пробоя всего изоляционного промежутка. Пробой характеризуется резким спадом межэлектродного напряжения и образованием дуги.

Под нарушением электрической прочности вакуумной изоляции понимают те явления, которые ограничивают подъем напряжения на электродах в данной конкретной установке. В одном случае это пробой при быстром подъеме напряжения, в других — возникновение редких импульсов тока при длительном приложении напряжения или появлений темновых токов. Таким образом, в зависимости от требований, предъявляемых к вакуумной изоляции, в понятие электрической прочности может вкладываться разный смысл.

Отличительной чертой вакуумной изоляции являются очень большие разбросы пробивных напряжений и напряжений появления темновых и импульсных токов (измеренные значения могут отличаться друг от друга в 1,5—3 раза), что объясняется особенностью микроструктуры поверхности электродов и их чистотой (адсорбционные и окисные пленки). Характеристики поверхности зависят от материала и чистоты обработки электродов и могут изменяться при воздействии разрядов.

Уменьшить разброс пробивных напряжений удается с помощью тренировки электродов, представляющей собой серию пробоев вакуумного промежутка до установления стабильного напряжения. При пробоях вакуумного промежутка происходит нагрев электродов и испарение материала с их поверхности. В результате этого поверхность электродов становится более гладкой и очищается от посторонних веществ, что и приводит к повышению и стабилизации пробивного напряжения.

В установках с вакуумной изоляцией, так же как и с газовой, электрическая прочность промежутка, очень часто определяется разрядным напряжением по поверхности твердых изоляторов, которые применяются для крепления различных узлов установки. Для повышения и стабилизации разрядного напряжения по поверхности твердого диэлектрика также проводят тренировку, т.е. выдерживают промежуток под напряжением.

Вакуумная изоляция используется в установках и приборах, где вакуум является рабочей средой. Это—ускорители, космические двигатели, электростатические сепараторы, электровакуумные приборы. Вакуумная изоляция применяется также в конденсаторах на 20—50 кВ,,в выключателях высокого напряжения, вакуумных разрядниках и реле. Использование вакуумной изоляции в выключателях представляет интерес благодаря быстрому восстановлению электрической прочности промежутка после пробоя (10^-3—10^-4с); применение вакуумной изоляции в искровых реле позволяет получать хорошие временные характеристики реле: нестабильность времени срабатывания меньше 10 нс.

Недостатками вакуумной изоляции являются конструктивные сложности получения высокого вакуума и сложная технологическая обработка токоведущих частей.

Рекомендуемая литература

1. Техника высоких напряжений. Под ред. М.В. Костенко. Учебное пособие для вузов. М., « Высшая школа », 1973.

2. Техника высоких напряжений. Под ред. В.П. Ларионова-М.: Энергоиздат, 1982.

3. Сви П.М. Контроль изоляции оборудования высокого напряжения.-М.: Энергия, 1980.

4. Баженов С.А., Воскресенский В.Ф. Профилактические испытания изоляции оборудования высокого напряжения.-М.: Энергия, 1977.

Контрольные задания для СРС (тема 1) [1,2,3]

1 Требования к изоляции

2 Виды и характеристики изоляции.

3 Электрическая прочность газовой изоляции

4 Термоокислительное старение и увлажнение бумажно-масляной изоляции.

5 Назначение, основные виды, основные свойства внутренней изоляции.

6 Длительная электрическая прочность.

7 Комбинированные изоляционные материалы и регулирование

электрических полей в изоляционных конструкциях.