Высоковольтный вакуумный прибор.

Высоковольтный вакуумный прибор.

Реферат

 

Использование: в электронной технике, а также в других областях науки и техники, где используется вакуумная электроизоляция. Сущность изобретения: высоковольтные вакуумные электроды выполнены из порошкового материала таким образом, что имеют регулярные поры, образованные пустотами между частицами материала диаметром 300 мкм. Это позволяет увеличить электрическую прочность вакуумной электроизоляции без использования традиционных экологических вредных технологий - химической полировки и электрополировки. Предлагаемая микроструктура поверхности высоковольтных электродов позволяет ослабить влияние ионизационных процессов в микропорах, которые существенным образом влияют на характеристики вакуумной электроизоляции при низких напряженностях внешнего поля. 4 ил.

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в вакуумных приборах и электрофизических установках с высоким напряжением.

Известны высоковольтные вакуумные приборы с электродами, изготовленными из металлических болванок путем обработки их на станках, штамповки из металлического листа или прессования из порошкового материала. Эти электроды обеспечивают низкие электрические прочности вакуумной изоляции и заметные плотности токов появляются при напряженности внешнего поля 5 10⁴ 1 10⁵ В/см. Для улучшения характеристик вакуумной изоляции эти высоковольтные электроды подвергаются химической полировке или электрополировке, т.е. используются экологически вредные технологии. Лучший эффект можно достичь после облучения высоковольтных электродов ионами инертных газов [1] Однако этот вид обработки довольно трудоемкий, требует сложного оборудования и, более того, низкотемпературный нагрев электродов снижает этот эффект до нуля.

Известны высоковольтные вакуумные приборы, электроды которых анод и катод изготовлены из порошкового материала с регулярными парами. Однако после их изготовления используют те же технологии полировку и электрополировку [2] Они обеспечивают низкий уровень электрической прочности вакуумной изоляции вследствие ионизационных процессов в микропорах поверхности высоковольтных электродов, которые создают предпробойные явления и пробой вакуума.

Цель изобретения повышение электрической прочности вакуумной изоляции достигается тем, что частицы порошкового материала имеют поры размером порядка единиц микрон, а их диаметр 300 мкм.

В этом случае ослабляется влияние ионизационных процессов в микропорах. При указанном выше способе изготовления между частицами диаметром 300 мкм на поверхности электрода создаются поры порядка сотен микрон. Создаваемое давление газа при десорбции его с поверхности пор находится далеко от максимума зависимости предпробойных явлений и пробоя вакуума от давления газа в порах.

При размерах частиц диаметром 300 мкм ослабляется электрическое поле, провисающее в пору, по сравнению с условием, когда стенки пор перпендикулярны поверхности электрода. Ослабление электрического поля способствует снижению процессов ионизации в порах.

Заявленная геометрия поверхности была выбрана экспериментально, исходя из полученных результатов по исследованию характеристик вакуумной электроизоляции с пористыми высоковольтными электродами.

На фиг. 1, 2 показан предлагаемый прибор.

Высоковольтные электроды 1, 2 изготовлены из порошкового материала методом прессования. Поверхности электродов, обращенные друг другу, изготовлены из частиц диаметром 350 50 мкм, которые образуют поры размером сотни микрон, а размер пор в частицах диаметром порядка 5 4 мкм. Электроды были выполнены в виде плоских пластинок размером 12 х 32 мм и поставлены друг против друга крестообразно, что отвечает условиям многих действующих высоковольтных установок (ускорительных трубок, анализаторов и т.д.).

На фиг. 3а показано изменение предпробойных токов во времени; на фиг. 3б соответствующее напряжение, при котором фиксировался ток, для предлагаемых электродов. Выбранный параметр вакуумной электроизоляции наиболее надежно характеризует ее электрическую прочность.

На фиг. 4а показано изменение предпробойных токов во времени; на фиг. 4б соответствующее напряжение, при котором фиксировался ток для прототипа.

Сравнение фиг. 3 и 4 показывает, что электрическая прочность предлагаемых электродов значительно выше, чем у прототипа (вакуумный промежуток 1 мм).

Для предлагаемых электродов (фиг. 3а) уровень предпробойных токов в течение 10 ч был менее 1 мкА при напряжении 30-35 кВ и затем к 65 ч он увеличился до 30 мкА. Микроразрядов не наблюдалось.

Для известных электродов (фиг. 4а) через 5 ч предпробойный ток увеличился до 70 мкА, появились микроразряды при 30 кВ. Тренировка микропробоями (она отмечена штриховой линией) снизила токи, однако при дальнейшей выдержке при 30 кВ ток возрос за 5 ч уже до 200 мкА и последующая тренировка практически не улучшила электрическую прочность: предпробойные токи резко возрастали. Тренировка микропробоями не всегда возможна в действующих установках.

Сравнение электрической прочности по другому параметру напряжению появления микроразрядов было также в пользу предлагаемых электродов 37-40 кВ, для прототипа 27-28 кВ.

Таким образом, предлагаемые электроды обеспечивают более высокую электрическую прочность вакуумной электроизоляции без использования экологически вредных обработок (химической полировки и электрополировки).

Формула изобретения

ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ВАКУУМНЫЙ ПРИБОР, содержащий катод и анод из частиц порошкового материала с регулярными порами, отличающийся тем, что частицы порошкового материала имеют поры размером порядка единиц микрон, а их диаметр 300 микрон.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4