CC BY
27
УДК 537.86; 621.38.01:53
ИМПУЛЬСНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ПОВЫШЕНИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫХ ПРИБОРОВ И КОНСТРУКЦИЙ
А. В. Перов
IMPULSE TECHNOLOGIES INCREASED ELECTRICAL VACUUM DEVICES STRENGTH AND STRUCTURES
A. V. Perov
Аннотация. Достижение высокой электрической прочности является одной из основных проблем при разработке и эксплуатации высоковольтных электровакуумных приборов и конструкций. Вакуумная электрическая изоляция применяется в конденсаторах и разрядниках, электронно-оптических преобразователях и фотоэлектронных умножителях, рентгеновских трубках и ускорителях заряженных частиц, генераторах электромагнитного излучения и т.п.
Ключевые слова: импульсные технологии, электрическая прочность, высоковольтные пробои.
Abstract. Achieving a high dielectric strength is an ode of the main problems in the design and operation of high-voltage electronic devices and structures. Vacuum electrical insulation used in capacitors and arresters, electron-optical converters and photomultiplier tubes X-ray tubes and particle accelerators, generators of electromagnetic radiation, etc.
Key words: switching technology, dielectric strength, high breakdown.
К настоящему времени получены значительные результаты по физике процессов, приводящих к возникновению и развитию электрических явлений в вакууме. Однако, несмотря на значительные достижения в физике вакуумных разрядов, больших успехов в области повышения электрической прочности высоковольтных электровакуумных приборов и конструкций высокого напряжения достигнуто не было.
Традиционные технологии повышения электрической прочности основаны на применении длительно воздействующих напряжений. Однако использование длительно воздействующих напряжений не позволяет достигать высоких значений электрической прочности в случае цельнометаллических электродов, а в случае напыленных пленочных электродов оказывается либо малоэффективным, либо не применимым в принципе.
На практике электрическую прочность повышают, увеличивая размеры межэлектродных промежутков, используя специальные материалы при изготовлении электродов, применяя трудоемкие технологии обработки поверхности и сложные электронные схемы защиты оборудования.
В высоковольтной аппаратуре широкое применение находят вакуумные конденсаторы. В отличие от других типов электровакуумных приборов они имеют электродную систему значительной площади. Большая рабочая поверхность электродов обостряет проблему электрической прочности, которая обеспечивает надежность и стабильность систем. Разработка новых техноло-
гий, направленных на повышение электрической прочности вакуумной изоляции, имеет большое практическое значение [1].
Наиболее распространенным методом улучшения качества поверхности электродов является тренировка высоковольтными пробоями. Тренировку пробоями осуществляют на постоянном, переменном или импульсном напряжении. Пробои уничтожают имеющиеся центры инициирования пробоя, кондиционируют электроды и повышают электрическую прочность, однако в то же время создают новые инициирующие центры, снижая прочность. Поэтому для кондиционирования электродов в вакууме перспективным должно быть применение высоковольтных импульсов, длительность которых меньше времени формирования пробоя. Такая импульсная обработка исключает протекание разрядных токов в межэлектродном промежутке и должна приводить к существенному повышению интенсивности разрушения имеющихся центров эмиссии по сравнению с интенсивностью возникновения новых эмиссионных центров.
Импульсная тренировка в милли- и микросекундном диапазонах длительности хорошо копирует рабочие режимы электровакуумных приборов, и ее эффективность мало чем отличается от эффективности кондиционирования постоянным током [2]. Импульсный режим тренировки может быть разработан только с учетом того обстоятельства, что развитие заряда в межэлектродном промежутке требует определенного времени для завершения коммутационных процессов. Следовательно, можно осуществить импульсную тренировку при такой длительности, когда острия на поверхности отрицательно заряженного электрода успевают испариться, но дугового разряда не возникает.
Эффективность импульсного воздействия можно оценить по степени изменения состояния поверхности. Эффективность кондиционирования существенным образом зависит от степени перенапряжения и длительности высоковольтных импульсов [3]. В промежутках с1~1 мм время развития пробоя составляет от 10-7 с до 10-6 с. Можно предположить, что, с одной стороны, при длительности импульса ¿и > 10-7 с, превышающей время развития пробоя, импульсное кондиционирование не будет эффективнее тренировки пробоями постоянного тока. С другой стороны, в наносекундном диапазоне при длительности ¿и < 10-7 с, меньшей времени формирования разряда, следует ожидать существенное повышение эффективности импульсного кондиционирования.
В работах Б. Юттнера [4] исследовано влияние высоковольтных импульсов нано- и субнаносекундного диапазона длительности на электроды вакуумного промежутка в предпробойном режиме. Эксперименты с импульсами ии = 80 кВ, 0,1 < < 80 нс показали, что кондиционирование в предпро-бойном режиме при увеличении длительности импульса напряжения до величины, равной времени запаздывания ¿и = ¿з, разрушает существующие центры эмиссии без возникновения новых образований. Воздействия импульсов = 4 ~ 1 нс сопровождались полировкой поверхности катода.
Данные теоретические сведения дают основание для разработки импульсных технологий повышения электрической прочности в вакууме.
Список литературы
1. Емельянов, А. А. Импульсные технологии повышения электрической прочности в вакууме / А. А. Емельянов, В. А. Емельянова. - М. : Физмалит, 2009. - 160 с.
2. Черепнин, Н. В. Сорбционные явления в вакуумной технике / Н. В. Черепнин. -М. : Сов. радио, 1973. - 383 с.
3. Каляцкий, И. И. Импульсный пробой высокого вакуума при малых временах воздействия напряжения / И. И. Каляцкий, Г. М. Кассиров // Известия вузов. Физика. -1963. - № 4. - С. 78-81.
4. Juttner, B. Zereturung und erzeugnung von feldemittern auf ausgeschntenMetalloberfla-chen / B. Juttner, W. Rohrbeck, H. Wolff // Beitr. Plasmaphys. - 1970. - B. 10, H. 4/5. -P. 383-396.
Перов Александр Владимирович Perov Alexander Vladimirovich
студент, student,
Пензенский государственный университет Penza State University E-mail: miriall 1 @mail.ru
УДК 537.86; 621.38.01:53 Перов, А. В.
Импульсные технологии в повышении электрической прочности электровакуумных приборов и конструкций / А. В. Перов // Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе. - 2014. - № 2 (10). - С. 186-188.
