Wytrzymałość dielektryczna próżniowych styków przepustowych i środki zaradcze

Podczas działania, przekazniki próżniowe zasilane prądem przemiennym często są narażone na różne nadciśnienia, takie jak nadciśnienie spowodowane piorunami i nadciśnienie spowodowane przełączaniem. Dlatego przekazniki próżniowe zasilane prądem przemiennym muszą posiadać pewną zdolność wytrzymywania napięcia.

Przekaznik próżniowy zasilany prądem przemiennym składa się z przerywacza próżniowego (jego struktura przedstawiona jest na rysunku 1), obudowy, systemu elektromagnetycznego, obwodu wtórnego i innych komponentów. Spośród nich, przerywacz próżniowy to "serce" przekaznika próżniowego zasilanego prądem przemiennym, a jego wydajność bezpośrednio wpływa na zdolność wytrzymywania napięcia przez przekaznik próżniowy zasilany prądem przemiennym.

1. Czynniki wpływające i zagrożenia

Po ukończeniu projektowania i produkcji przerywacza próżniowego, odstęp d między kontaktami ruchomymi i nieruchomymi pozostaje niezmieniony. Dlatego wielkość napięcia rozerwania odstępu zależy głównie od ciśnienia p, czyli stopnia próżni w przerywaczu próżniowym. Gdy stopień próżni jest stosunkowo wysoki, gęstość względna elektronów jest bardzo niska, a więc liczba cząsteczek ładunku również jest mała. Przewodzenie gazu jest bardzo słabe, co powoduje, że napięcie rozerwania jest duże, a zdolność wytrzymywania napięcia przez przerywacz próżniowy jest silna. Teoretycznie im wyższy stopień próżni, tym niższe ciśnienie, tym wyższa siła dielektryczna odstępu kontaktowego, tym wyższe napięcie rozerwania, tym silniejsza zdolność wytrzymywania napięcia przez przerywacz próżniowy, a w tym momencie prąd przeciekowy jest mniejszy.

Czynniki wpływające na zdolność wytrzymywania napięcia przez przerywacz próżniowy, oprócz istniejących cząsteczek ładunku w odstępie kontaktowym (stopień próżni odgrywa kluczową rolę), są również związane z obudową przerywacza próżniowego. Jak pokazano na rysunku 1, obudowa przerywacza próżniowego wykonana jest z ceramiki lub szkła. Ponieważ zarówno ceramika, jak i szkło, są wilgotnoochronnymi materiałami izolacyjnymi, mają one silną zdolność do absorpcji wody, a woda absorbuje zanieczyszczenia. Pod działaniem przyłożonego napięcia te zanieczyszczenia łatwo jonizują się w cząsteczki ładunku, powodując rozładowanie powierzchniowe, co zmniejsza zdolność wytrzymywania napięcia przez przerywacz próżniowy. W tym momencie siła izolacji obudowy maleje, a prąd przeciekowy wzrasta.

Pod wpływem przyłożonego napięcia główny odstęp kontaktowy przerywacza próżniowego i obudowa przerywacza próżniowego tworzą obwód równoległy. Jeśli rozładowanie powierzchniowe przerywacza próżniowego rozwinie się w błyskawicę, oznacza to, że przerywacz próżniowy przepala się wzdłuż powierzchni obudowy, co poważnie wpływa na właściwości izolacyjne przerywacza próżniowego. Ponadto dla przekaznika próżniowego zasilanego prądem przemiennym, jakość obudowy jest również czynnikiem wpływającym na jego zdolność wytrzymywania napięcia.

2. Środki poprawy

Ponieważ zdolność wytrzymywania napięcia przez przekaznik próżniowy zasilany prądem przemiennym zależy głównie od przerywacza próżniowego, a czynniki wpływające na zdolność wytrzymywania napięcia przez przerywacz próżniowy obejmują wnętrze przerywacza i obudowę, środki poprawy powinny być podejmowane z tych dwóch aspektów.

Po pierwsze, z perspektywy wnętrza przerywacza próżniowego, należy zwrócić uwagę na następujące aspekty:

Poprawić fizyczną strukturę kontaktów, aby pole elektryczne przerywacza próżniowego było jak najbardziej jednorodne. Po ustaleniu odstępu kontaktowego przerywacza próżniowego, poprawa rozkładu pola elektrycznego w przerywaczu, aby był bardziej jednorodny, pomaga zwiększyć zdolność wytrzymywania napięcia przez przerywacz próżniowy i zmniejszyć prąd przeciekowy.

W praktyce, po pierwsze, grubość kontaktów powinna zostać odpowiednio zwiększona, a ostre krawędzie i narożniki kontaktów powinny zostać zaokrąglone, aby rozkład pola elektrycznego w tych miejscach nie był zbyt skupiony, co pomaga zwiększyć zdolność wytrzymywania napięcia przez przerywacz próżniowy. Dodatkowo, dla przerywaczy próżniowych o wysokim napięciu i dużej pojemności, powinna być zaprojektowana osłona wyrównująca napięcie wokół kontaktów, a także dodatkowa osłona wyrównująca napięcie na końcu osłony wyrównującej napięcie, aby skutecznie poprawić rozkład pola elektrycznego w pobliżu kontaktów. Projektowanie osłon końcowych w pobliżu obudowy na obu końcach przerywacza próżniowego może skutecznie zmniejszyć natężenie pola elektrycznego w pobliżu obudowy przerywacza próżniowego.

Poprawić stopień próżni. Stopień próżni jest ważnym parametrem odzwierciedlającym jakość przerywacza próżniowego. Stopień próżni odpowiedniego przerywacza próżniowego mieści się w zakresie od 10^-4 do 10^-2 Pa, czyli 10^-6 do 10^-4 mmHg. Jak pokazano na rysunku 2, gdy ciśnienie w przerywaczu próżniowym jest większe niż 10^-2 Pa, jego zdolność wytrzymywania napięcia szybko maleje.

Powierzchnia kontaktu powinna być gładka i płaska. W razie potrzeby, zgrubienia na powierzchni kontaktowej powinny zostać usunięte przez regulację.

Poprawić współosiowość. Obudowa prowadnicza może skutecznie zapewnić współosiowość przerywacza próżniowego, ale czasami współosiowość nadal nie jest w najlepszym stanie i wymaga dokładnej regulacji. Poprawa współosiowości zapewnia efektywny kontakt pomiędzy kontaktami ruchomymi i nieruchomymi, co może zmniejszyć opór kontaktu, zmniejszyć ciepło generowane podczas zamykania kontaktów, oraz efektywnie zmniejszyć uszkodzenia powierzchniowe spowodowane spajaniem podczas otwierania kontaktów.

Po drugie, z perspektywy obudowy przerywacza próżniowego, należy zwrócić uwagę na następujące aspekty:

• Zwiększyć dystans pełzania. Szczególnie w przypadku miniaturyzacji produktu, ten cel można skutecznie osiągnąć, projektując obudowę w kształcie falistym.

• Utrzymać czystość obudowy i zwracać uwagę na warunki użytkowania. Szczególnie dla przekazników próżniowych używanych na zewnątrz w zanieczyszczonym i wilgotnym środowisku, należy podjąć środki, aby utrzymać obudowę w czystości.

• Dla przerywaczy próżniowych o wysokim napięciu i dużej pojemności, dodanie smaru silikonowego izolacyjnego między zewnętrzną powierzchnią przerywacza próżniowego a ceramiczną obudową izolacyjną może skutecznie poprawić siłę izolacji zewnętrznej powierzchni przerywacza próżniowego. Ponadto, należy wybrać materiały o wysokiej sile izolacji, aby poprawić zdolność wytrzymywania napięcia przez obudowę przekaznika próżniowego zasilanego prądem przemiennym.

3. Podsumowanie

Poprzez poprawę izolacji wewnętrznego przerywacza próżniowego i zmniejszenie przewodzenia powierzchniowego obudowy zewnętrznej przerywacza próżniowego, oraz poprawę zdolności wytrzymywania napięcia przez obudowę zewnętrzną przekaznika próżniowego zasilanego prądem przemiennym, można znacznie zwiększyć zdolność wytrzymywania napięcia przez przekaznik próżniowy zasilany prądem przemiennym, co zwiększa jakość produktu.