Способ повышения электрической прочности вакуумной изоляции

Изобретение относится к технике высоких напряжений, в частности к области электрической изоляции и разрядов в вакууме, и может быть использовано в электронной промышленности для повышения электрической прочности вакуумной изоляции высоковольтных электровакуумных и фотоэлектронных приборов и конструкций. Способ повышения электрической прочности вакуумной изоляции заключается в тренировке вакуумного промежутка одиночными импульсами высокого напряжения более короткой длительности, чем длительность эксплуатационного напряжения, полярностью, соответствующей полярности эксплуатационного напряжения, при амплитудах, поддерживающих время запаздывания пробоя равным длительности кондиционирующего импульса. По окончании тренировки уменьшают межэлектродный зазор до минимального, повторяют импульсную тренировку и увеличивают зазор до исходного значения. Технический результат заключается в повышении эффективности способа за счет повышения напряженности электрического поля при оптимальных режимах импульсной тренировки высоковольтных электровакуумных приборов и конструкций.

 

Изобретение относится к технике высоких напряжений, в частности к области электрической изоляции и разрядов в вакууме, и может быть использовано в электронной промышленности для повышения электрической прочности вакуумной изоляции высоковольтных электровакуумных и фотоэлектронных приборов и конструкций.

Известен способ повышения электрической прочности, включающий тренировку вакуумного промежутка высоковольтными пробоями на импульсном напряжении [1].

Недостатком способа является то, что тренировку осуществляют импульсами длительностью, равной длительности эксплуатационного напряжения, при этом не удается обеспечить улучшения микрорельефа катодной поверхности и повышения электрической прочности вакуумной изоляции по сравнению с оптимальными режимами кондиционирования пробоями постоянного тока.

Известен способ повышения электрической прочности, включающий тренировку вакуумного промежутка высоковольтными пробоями импульсного напряжения более короткой длительности, чем длительность импульса эксплуатационного напряжения [2].

Недостатком способа является то, что при тренировке не предусмотрен выбор оптимальной амплитуды импульсного напряжения, что снижает эффективность кондиционирования.

Наиболее близким техническим решением, выбранным за прототип, является способ повышения электрической прочности вакуумной изоляции [3]. Способ включает тренировку вакуумного промежутка одиночными импульсами высокого напряжения более короткой длительности, чем длительность эксплуатационного напряжения, полярностью, соответствующей полярности эксплуатационного напряжения, при амплитудах, поддерживающих время запаздывания пробоя, равным длительности кондиционирующего импульса.

Однако этот способ повышения электрической прочности не позволяет достигать высоких значений напряженности электрического поля при тренировке вакуумного промежутка, что ограничивает эффективность способа.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в повышении эффективности способа за счет увеличения напряженности электрического поля при тренировке.

Это достигается тем, что в известном способе повышения электрической прочности вакуумной изоляции, включающем тренировку вакуумного промежутка одиночными импульсами высокого напряжения более короткой длительности, чем длительность эксплуатационного напряжения, полярностью, соответствующей полярности эксплуатационного напряжения, при амплитудах, поддерживающих время запаздывания пробоя, равным длительности кондиционирующих импульсов, по окончании тренировки уменьшают межэлектродный зазор до минимального, повторяют импульсную тренировку и увеличивают зазор до исходного значения.

Введение операции уменьшения межэлектродного зазора до минимального позволяет повысить импульсную напряженность электрического поля, ограниченную максимальным напряжением генератора, до предельных значений.

Повторная тренировка при амплитудах, поддерживающих время запаздывания пробоя, равным длительности кондиционирующего импульса t_з≈t_и, обеспечивает повышение эффективности способа, т.к. реализует оптимальный режим импульсного кондиционирования при более высокой напряженности электрического поля. При этом с ростом мощности, выделяемой в эмиттере за время действия импульса t_и≈t_з меньшей длительности, повышается качество катодной поверхности вплоть до ее полировки, наблюдаемой при t_и˜10^-10 с и Е˜10¹⁰ В/м [4].

Увеличение зазора до исходного значения по окончании тренировки обеспечивает достижение большей электрической прочности изоляции при заданных параметрах электровакуумного прибора или конструкции.

Способ повышения электрической прочности вакуумной изоляции осуществляют следующим образом. На вакуумный промежуток подают одиночные импульсы высокого напряжения более короткой длительности, чем длительность эксплуатационного напряжения, полярностью, соответствующей полярности эксплуатационного напряжения, при амплитудах, поддерживающих время запаздывания пробоя равным длительности кондиционирующего импульса t_з≈t_и. С помощью осциллографа контролируют время запаздывания пробоя. Изменяя амплитуду, поддерживают время запаздывания равным длительности кондиционирующих импульсов и осуществляют тренировку до достижения установившегося значения амплитуды. Затем уменьшают величину межэлектродного промежутка до минимально возможного значения и повторяют тренировку импульсами t_з≈t_и при большей напряженности электрического поля. По окончании тренировки промежуток увеличивают до исходного значения, обеспечивая максимальную электрическую прочность изоляции.

Для осуществления способа используют генератор высоковольтных наносекундных импульсов.

Согласно заявляемому способу осуществлена тренировка медных электродов при миллиметровых и микронных зазорах и определены значения коэффициента усиления поля на микронеоднородностях поверхности катода после кондиционирования. Если кондиционирование промежутка d=1 мм при амплитудах U_и=50 кВ, поддерживавших время запаздывания равным длительности кондиционирующих импульсов t_з≈t_и=10^-8 с, происходило при напряженности Е=5·10⁷ В/м и формировало поверхность катода с коэффициентом усиления β≈100, то в результате уменьшения межэлектродного промежутка до d=100 мкм повторное кондиционирование импульсами U_и=50 кВ при t_з≈t_и=10^-9 с имело место при Е=5·10⁸ В/м и формировало поверхность катода с коэффициентом β≈16, что соответствует повышению эффективности импульсного кондиционирования в ˜6 раз.

Данный способ увеличивает эффективность известного способа повышения электрической прочности вакуумной изоляции за счет повышения напряженности электрического поля при оптимальных режимах импульсной тренировки высоковольтных электровакуумных приборов и конструкций.

Источники информации

1. Сливков И.Н. Электроизоляция и разряд в вакууме - М: Атомиздат, 1972, С.90.

2. А.С. СССР №550702, Способ повышения электрической прочности вакуумной изоляции, БИ №10, 1977. / А.А.Емельянов, Г.М.Кассиров, Г.В.Смирнов.

3. Патент RU №2241277, Способ повышения электрической прочности вакуумной изоляции, Бюл. №33, 2004. / А.А.Емельянов, Е.А.Емельянова.

4. B.Juttner, W.Rohrbeck, and H.Wolff, ″Time delay of vacuum sparks in the subnanosecond region″, Proc. Ixth ICPIG, 1969, p.140.

Способ повышения электрической прочности вакуумной изоляции, включающий тренировку вакуумного промежутка одиночными импульсами высокого напряжения более короткой длительности, чем длительность эксплуатационного напряжения, полярностью, соответствующей полярности эксплуатационного напряжения, при амплитудах, поддерживающих время запаздывания пробоя равным длительности кондиционирующего импульса, отличающийся тем, что по окончании тренировки уменьшают межэлектродный зазор до минимального, повторяют импульсную тренировку и увеличивают зазор до исходного значения.