Теорія і використання перемикання вакууму

Теорія і використання перемикання вакууму
2.1 діелектричні властивості вакууму
Будь-який засіб для обгортання повинні спочатку бути goodinsulator як це зупинити поточний flowingthrough його. Vacuum не є винятком therule: є dielectricproperties цікавих ще особливе порівняно http://remontuk.com/vyklyk-elektryka/ з іншими insulatinggases, які зазвичай використовуються під pressurethat більше або дорівнює 1 бар.Vacuum, який кваліфікований як “високий” (діапазон тиску від 10
-1
10
-5
Pa, тобто, 10
-3
для
10
-7
мбар) перемикачі вакуумний вимикач
(Див Fig. 2) є, по суті, низький тиск газу: типово 10
-6
мбар на новий перемикач.
Рис. 3: зміни в міцності повітря в
залежно від тиску (крива Paschen)
На цей тиск, 1 мм
3
тома, як і раніше містить
27.10
6
Молекули газу, але і їх взаємодії
desprezável, побачити ваш маршрут на вільний середній betweentwo ударів-це близько hundredmeters: термін “вакуум” є, таким чином, кожна молекула appropriatesince веде себе так, як якщо werepractically alone.Reminder щодо dielectricbehaviour в gasesAt рівні нормального тиску (pressureand атмосферний вище) поведінка діелектричних газів isrepresented по праву руку від Paschencurve (см Fig. 3): напруга пробою V-це функція agrowing продукту pd (p = тиск, d = відстань між theelectrodes). Цей коефіцієнт характеризує механізм chainionisation (Townsend avalanche
ефект), що відповідає за розподіл: theelectrons необхідно придбати між двома енергію collisionssufficient (пропорційно
V
p d
), Щоб іонізувати
молекули газу, і, таким чином, створити otherelectrons.
У низьких значеннях тиску, це працює nolonger механізм. У самому справі, електрони canacquire багато енергії за час їх середнього freepath, але ймовірність того, що вони encountermolecules бути електрик львів іонізований до досягнення theelectrode стає слабкою: процес множення avalancheand електроніки chargedparticles не може мати місце, і dielectricwithstand поліпшується. Це-те, що Paschencurve показує: діелектричної мінімум для підтримки
apd продукції в регіоні 1 Pa m для азоту.
Нижче цього значення, діелектрика rapidlyimproves (ліва гілка кривої Paschen) до рівня значень pd, які є меншими ніж 10
-2
Pa м. Це характеризує рівень діелектрика
поведінка на вимикачі вакуумні (pressurelower 10
-3
мбар, або 10
-1
Pa, відстані до
регіон 1-10 см). Вона відповідає ahigh рівні протистояти, що можна порівняти з, що газ, що є ofSF6 приблизно 2 бари для intervalsin регіон сантиметри. У цій області, це nolonger іонізації залишкового газу mechanismsthat обмежити діелектрика, але ratherphenomena пов’язані з ofelectrodes стан поверхні, такі, як емісія електронів поля eos присутність particles.c знімний Випромінювання поля emissionElectron складається з extractingelectrons металу електродів. Це може
10
6
V (V)
p d (бар см)
10
5
10
4
10
3
10
2
10
-5
10
-4
10
-3
10
-2
10
-1
110
Рис. 2: 17,5 кв вакуумний вимикач Schneider
Electric.

Техніка Cahier Schneider Electric. 198 / стор 6
Рис. 4: поліпшення електродів betweentwo напруга пробою у вакуумі, як функція число
разрядок.
бути зроблено достатньо підвищення температури взалежності металу: це випромінювання termiônica, що isproduced на рівні катода з підігрівом труб theelectron. Іншим способом є застосування послуги електрика сильне електричне поле для metalsurface. Це останнє явище, випромінювання, поля, islikely, можна знайти в вакуумними вимикачами. Itis контрольовану equationthat Fowler-Nordheim, в спрощеному вигляді, написано:
j
AE
exp -
B
І
і
21.5
=




φ
φ
, Де
j
і
являє щільність струму електроніки в Am
-2
До = 1,54 x 10
-6
AJV
-2
І електричного поля в Vm
-1
φ-це функція роботи в eV (4,5 ев для міді), B = 6,83 x 10
9
VJ
-1.5
м
-1
Як видно з значення, вказані вище, з випромінюванням поля тільки стає чутливою, щоб fieldvalues на поверхні металів, які є includedbetween 10
9
Vm
-1
і 10
10
Vm
-1
.
Дуже високі значення розглядаються тут, значення, які значно більше, ніж значення поля themacroscopic для vacuuminterrupters типові (в регіоні 10
7
Vm
-1
= 100 кв / см).
Все ж випромінювання поля був acknowledgedin вакуумними вимикачами, які закликають beconcluded, що локально, в sitelevel мікроскопічний, електричне поле посилюється фактор anenhancement β в регіоні 10
2
або 10
3
. Явища, які можуть пояснити ці
високі значення β раніше не були completelyelucidated дослідниками, що в цілому ефект favourthe мікроскопічні точки, або включення ofinsulating частинок на поверхні напруги metals.v conditioningThe наявність emissionsites мікроскопічні активні в загальні результати бідних в діелектричний withstandof нових вимикачів (10 кв / см); тим не менш, ithas була експериментально зазначив, що відмови repeateddielectric знищити цих місцях або, принаймні, значно зменшити значення theenhancement фактор, який характеризує. Діелектрик Asatisfactory підтримки (щодо toassigned значення), таким чином, може бути отриманий тільки oncethe процес струму кондиціонер beencompleted. Полягає в застосуванні високої напруги (близько очікуване значення підтримки) fewminutes: кілька порушень, які відбуваються, поступово збільшувати betweenelectrodes підтримки. Це явище ілюструється infigure 4, який показує зміни з плином часу thebreakdown струму, як розряди проходять: UPPERLIMIT для діелектрика поліпшення appearsnear 10
8
Vm
-1
, Що в свою чергу відповідає
“Непріводімие” β мікроскопічні близько 100.v Розподіл нервових mechanismsDielectric, які відбуваються у видачі electroniccurrent реалізації additionalmechanisms: справді, стабілізовані струми, електронні тут (для максимальних значень кілька ма) не
обов’язково перерости в колапс, якщо напруга theapplied, не збільшується, вони можуть evendiminish самі через conditioningeffect. Склад, саме по собі, підключений до плазмі creationof розташований (іонізований газ), що issufficiently щільною для електронів avalanchephenomenon характеристика gaseousdischarges бути produced.The плазма може бути проведений в cathodeside шляхом вибуху на місці microscopicemissive, викликаної overheatingdue інтенсивний для щільності струму, що і є локально veryhigh (ефект Джоуля): розбивка проводиться в themetal пара, який був створений thedestruction плазми сайті.The emissiva також може бути отриманий в anodeside якої засипали пучка електронів highlyenergetic (що також призводить до theemission X-променів). Цей потік локалізованих energycauses до десорбції газів всмоктується в thesurface і випаровування металу анода: thegas вироблені з цього, таким чином, іонізоване, beamelectrons, і пробій повторення.c впливом знімний другий фактор particlesA може викликати dielectricbreakdowns у вакуумі: particlespresent виділенням на поверхні interrupterwalls вакуум. Безкоштовна гра, чи то шок, або силами електростатичних effectof, ці знята енергії particlesacquire проходячи через зазор між електродом. В момент, коли вони impactwith електрод, який їх приваблює, вони arelikely, щоб викликати крах двома способами, whichmay бути взаємодоповнюючими: v за рахунок збільшення локальної щільності газу через слабшають десорбції молекул газу всмоктується; v за розв’язування phenomenonand випромінювання поля випаровування часткового частинки або електрода взалежності під впливом променя thatbombards вони.
180
Напруга пробою (кв)
Кількість розрядів
160140120100
8060
20
0
200100
400300
500
40

Техніка Cahier Schneider Electric. 198 / стор 7
Рис. 5: Підтримка доступні на дуже великі відстані
між електродами.
Підтвердження важливості занять theparticles це експериментальних спостережень, thatthe діелектрика в вакуум між twoelectrodes зростає приблизно inproportion на квадратний корінь з distancewhich розділяє їх. Ця зв’язок може бути пояснена припущенням, що particlesmust досягнення достатньо енергії, (V пропорційна
2
/ D), щоб бути в змозі привести до несправності. Для цього
тієї ж причини, великих частинок, які можуть нести ahigher електричної навантаження, troublesomethan маленькі.
Від впливу несприятливої, що detachableparticles мати на опір діелектричні ofvacuum перемикачі, два наслідки тобе зазначив: c важко досягти дуже високого значення Підтримує, evenwith велика електрик львів кількість betweenelectrodes космічних (см Fig. 5), c діелектрика вакууму interrupterpresents випадкових символів: delayedbreakdown може виникнути в рахунок voltageapplication і напруга менше thatwhich був допущений без права до abreakdown.Resumec вакуум показує цікавий propertiesif діелектричний напруги застосовуються обмежені регіоні of100 200 кв, що відповідає aninsulation рівня, необхідного для рейтинги напруги офі 36 кв, для яких відстані від електродів centimetresbetween декількох достатньо. Вище цього рівня,
досягнувши діелектриком необхідно підтримувати levelbecomes трудомістко і менш ефективно, ніж газ withSF6 insulation.c діелектрика з switchingdevice вакуум еволюціонує з плином часу. Насправді, mechanicaloperations і ефект від електричної arcingmodify поверхні контакту частинок умова andgenerate: гранична напруга кондиціонером рівень reachedafter отже, не може beconsidered, як остаточно придбати. Vacuum не isthus ідеальної ізолюючим середовищем, коли надійність діелектрика має важливе значення, наприклад, для застосування роз’єднувач.