A dielektromos tulajdonságainak a vákuum - lekapcsolása villamos áram vákuumban
2. oldal az 11
2. elmélete és gyakorlata lekapcsolás vákuum
2.1. A dielektromos tulajdonságainak a vákuum
Bármilyen letiltása környezetben kell mindenekelőtt jó szigetelő, így beszélünk, hogy ez akadályozná a folyosón a jelenlegi. A vákuum környezet nem kivétel a szabály alól: a kívánt vákuum van dielektromos tulajdonságai, de ezek a tulajdonságok specifikus kapcsolatban a gáznemű dielektrikumok, amelyeket jellemzően használt nyomáson nagyobb vagy egyenlő, mint 1 bar. Vákuum minősül „magas” (nyomás tartományban 10-1 10-5 Pa vagy 10-3 10-7 mbar) vákuum kapcsolók lombikokban (lásd. Ábra. 2) ténylegesen jelentése gázt kis nyomáson : általában egy nyomás 10-6 mbar egy új lombikba.
Ábra. 2. A vákuumkamra Schneider Electric 17,5 kW
Ezen a nyomáson a térfogatát 1 mm3 még mindig tartalmaz 27.106 gázmolekulák, de a kölcsönhatás lehet elhanyagolható, hiszen a szabad úthossza közötti ütközések molekulák nagyságrendű száz méter: így, egy ilyen állapotot határozza meg a vákuum fogalma, mintha minden molekula gyakorlatilag az egyetlen.
A dielektromos jellemzőinek a gáz
Normál nyomáson (légköri vagy magasabb nyomáson), dielektromos jellemzői a gáz mutatjuk jobb oldali ág a Paschen görbe (lásd 3. ábra ..) Az átütési feszültség V növekvő függvénye a termék p-d (p = nyomás, d = az elektródák közötti távolság). Ez jellemzi az arány a lánc mechanizmus ionizációs (Avalanche ionizáció), amelyek hatására a minta: az elektronok kell, hogy két ütközések elegendő energia (arányos pd) ionizálására gáz molekulák, és így hozzon létre más elektronok.
Ábra. 3. megváltoztatása az elektromos erejét a levegő, attól függően, hogy a nyomás (az Paschen görbe)
Alacsony nyomás a mechanizmus nem működik. A valóságban az elektronok kaphat egy csomó energiát során átlagos szabad úthossz, de a valószínűsége, hogy az elektronok molekulákkal ütköznek, amelyek ionizált, mielőtt azok elérnék az elektróda az elhanyagolható: a lavina folyamat és a szorzás a töltéshordozók megszüntetik, és az elektromos erejét növeli . Ez a jelenség látható a Paschen görbe, ami azt mutatja, a minimális átütési szilárdság a termék d p a sorrendben 1 Pa nitrogén. Ezen érték felett, az átütési szilárdság javul gyors (bal oldali a Paschen görbe), és eléri d értékei p m kisebb, mint 10-2 Pa. Ez a szint jellemzi a dielektromos tulajdonságainak a lombikok evakuált (nyomás alacsonyabb, mint 10-3 mbar vagy 10.1 Pa, a távolság a sorrendben 1 - 10 cm-es). Ez megfelel a nagy átütési szilárdsággal ami összehasonlítható nagyságú a SF6 szigetelő gázt nyomás mintegy 2 bar, és időközönként a 1 cm nagyságrendű. Ezen a területen, dielektromos átütési szilárdsága már nem csak mechanizmusai által ionizációs a maradék gáz, de a korlátozás által okozott jelenségek társított állapotát az elektród felületén, például elektrosztatikus emisszió és a jelenléte a leválasztott részecskék.
mező elektron emissziós
Téremissziós a kitermelés az elektronok egy fém elektród. Ez úgy érhető el, jelentősen növelve a fém hőmérséklete: így elektronemisszió érdekében lép fel a felszínen a fűtött katód elektron csövek. Egy másik módszer az, hogy alkalmazni egy elég erős elektromos mező a fémfelülethez. Ez a jelenség, azaz a téremissziós előfordulhat vákuumkamrával. Ezt a folyamatot segítségével számítjuk ki Fowler-Nordheim egyenletet, amely képviseli egyszerűsített formában a következőképpen:
je - elektron fluxussűrűség AM-2; A = 1,54 * 10-6 A * J * B-2 E - elektromos mező, Vm-1; f - a kilépési munka eV (4.5 eV a réz esetében).
Amint az látható a fenti számszerű értékek, téremissziós észrevehetővé válik csak értékeket a tér intenzitása a felületek a fémek a tartományban több 109 Vm-1-1010 Wm-1. Ez egy nagyon nagy értékek, különösen meghaladó makroszkopikus térerősség értékeket használjuk a számítások során a vákuumkamra (nagyságrendű 107 Wm-1 = 100 kV / cm). Azonban, téremissziós figyelhető egyértelműen a vákuumkamrában: így ebből arra lehet következtetni, hogy a helyben, mikroszkopikus szinten, az elektromos mező intenzívebbé együttható p felerősödik a sorrendben néhány 102 vagy 103. A jelenségek okozza ezeket a magas értékek p még nem teljesen írták le a kutatók, akik főleg a mellső vagy tolja éles hatását mikroszkopikus részecskék vagy szigetelő részecskék vagy zárványok a fém felületén.
A folyamat kialakulásának a letörési feszültség
Aktív mikroszkópos metszeteket kibocsátási ami leginkább az alacsony elektromos szilárdságú több kamera (körülbelül 10 kV / cm); Ezzel szemben, a kísérletek során, hogy a többes dielektromos letörési elpusztítja ezeket a szakaszokat, vagy legalábbis csökkenti az értékét a intenzívebbé faktor, jelezve a nagy érzékenység az ilyen helyeket. Miatt tehát átütési szilárdság (viszonyítva az alapérték) csak úgy érhető el, mint eredményeként a kialakulását átütési feszültség, amely szállított a több percig a nagyfeszültségű (értéke egyenlő a számított elektromos szilárdság): számos bontások előforduló fokozatosan növeli az elektromos erőt elektródok közötti . Ez a jelenség a 4. ábrán látható, ami azt mutatja, az időbeli változása a letörési feszültséget áthaladása során a kibocsátások: kitermelés növekedése az átütési szilárdság körülbelül 108 Wm-1, amelyet egyébként megfelel mikroszkopikus „bármely minimális” p rend 100.
Ábra. 4. időbeli változás a letörési feszültséget a két elektróda közötti vákuumban, a folyosón a kisülések
bontás mechanizmus
Ennek eredményeként a dielektromos letörés, ami miatt az elektron emissziós áram, további mechanizmusok vesznek részt: sőt, az állandósult áram elektron emisszió (a maximális értékeket néhány mA) nem mozdul kötelezően be bontást, ha az alkalmazott feszültség nem növekszik, az emissziós áram még maga redukálódik hatása alatt a kialakulását a letörési feszültséget. Bontás mint ilyen kapcsolódik össze egy lokalizált plazma (ionizált gáz), egy kellően sűrű okoz a lavina folyamat gázkisülések. A plazma lehet kialakítva a katód oldalon miatt aláásása a mikroszkopikus rész származó kibocsátás intenzív melegítés által okozott nagyon magas helyi áramsűrűség (Joule - Lenz): letörés fellép a közegben a fémgőz keletkezett hiba része kibocsátási. A plazma is elő lehet állítani az anódoldalon bombázott gerenda energetikailag nagy töltésű elektronok (kifejezett, sőt, a megjelenése röntgensugárzás). Ez a helyi energia áramlását okozza deszorpció az adszorbeált gáz a felszíni és elpárologtatása fém az anód felülete: majd generált gáz ionizálódik elektronsugárral, és letörés fellép.
Hatás a különálló részecskék
A második tényező okozhat dielektromos letörési vákuumban: ez egy leválasztott részecskék felületén jelen lévő a vákuum fal
kapcsolót. Amikor megjelent a hatása alatt ütés vagy elektrosztatikus erők, a töltött részecskék szerezhet energia leküzdésében az elektródok közötti távolság. Az ütközés pillanatában a elektróda, amely vonzza őket, ezek a részecskék okozhat bontás miatt két, esetleg rokon jelenségek:
- helyi növekedése a gáz sűrűségének eredményeként deszorpciós gázmolekulák felszívódik;
- megjelenése folyamatot, és az elektron-emissziót részecskék, vagy részlegesen elpárologtatjuk az elektród hatása alatt a gerenda, amely bombards őket. Megerősítése gyakorlati jelentősége részecske állapotot kísérletileg kapott következtetést, hogy dielektromos szilárdság vákuumban két elektróda között növeljük körülbelül arányos a négyzetgyökével az elektródok közötti távolság. Ez az összefüggés azzal magyarázható, ha feltételezzük, hogy a részecske kell kapnia az energia költség (arányos B2 / f elegendő a bontást. Emiatt nagy részecskék, amely képes nagyobb teljesítményű elektromos töltés is több problémát okozhat, mint a kisebb részecskéket.
Annak vizsgálata során, a káros hatások által leválasztott részecskék átütési szilárdsága vákuumos megszakító, akkor érdemes két dolgot:
- nehéz elérni nagyon magas értékeket a villamos szilárdság, még egy lényeges az elektródok közötti távolság (lásd az 5. ábrát ..);
- átütési szilárdsága a vákuum megszakító bizonytalan: bontás is előfordulhat késéssel képest a tápfeszültség és a feszültség kisebb, mint az a feszültség is tartottuk nélkül baleset előtt.
- A vákuum rendelkezik a szükséges dielektromos tulajdonságokat azzal a korlátozással, az alkalmazott feszültség a körülbelül 100 200 kW, ami megfelel a kívánt szintet a szigetelés egy adott
A megengedett feszültségszilárdsága
Ábra. 5. A megengedett feszültségszilárdsága egy nagy elektródok közötti távolság
feszültség, 36 kV-os, amelyben a az elektródok közötti távolság lehet több centiméter. Magasabb feszültségek a feladata, hogy biztosítsa a szükséges elektromos erejét a fent ismertetett eljárás válik időigényes és kevésbé hatékony, mint a megoldást erre a problémára használata révén a gáz szigetelést SF6.
Dielektromos szilárdsága bármely off vákuumban eszköz idővel változik. Tény, hogy ennek eredményeként a mechanikai hatás és az elektromos ív megváltoztatja az állam az érintkező felületek és a keletkező részecskék. Így, a szint a dielektromos szilárdság, feltéve, egy kimenetet a kívánt feszültséget nem lehet végre elérni. Következésképpen, a vákuum nem ideális szigetelő közeg karbantartása során megbízhatósági szinten a dielektromos szilárdság a legfontosabb, például abban az esetben a szakaszoló.