При пониженном давлении (в вакууме) столкновения между заряженными частицами и частицами остаточного газа редки. Однако практически в вакуумных устройствах всегда имеется какое-то число частиц газа, появляющихся, во-первых, за счет выделения газа, адсорбированного ранее электродами и изолирующими деталями, а во-вторых, за счет эмиссии заряженных частиц из электродов Вакуумная изоляция осуществляется при давлении воздуха, меньшем 10 мПа (около 10-4 мм рт. ст.).
Считается, что в вакуумной изоляции средняя длина свободного пробега электронов больше расстояния между электродами. В различных вакуумных камерах давление находится в пределах 0,1—10 мПа. Сколько-нибудь полезное практическое сопоставление разрядных характеристик в вакууме для различных случаев его применения в аппаратах оказывается почти невозможным, так как разрядные напряжения в вакууме очень сильно зависят от чистоты находящихся в нем электродов и других деталей, образующих вакуумное устройство.
Укажем факторы, влияющие на электрическую прочность вакуума.
Длина меж электродного промежутка в вакуумных дугогасительных камерах составляет 10—60 мм при напряжениях 10 кВ. Для промежутков длиной 1—2 мм разрядное напряжение при 50 Гц (действующее значение) примерно пропорционально расстоянию между электродами и достигает 35—70 кВ при расстоянии 1 мм, а действующее значение разрядной напряженности приближается к 700 кВ/см. Для более длинных промежутков, превышающих 2 мм, разрядная напряженность по мере увеличения расстояния между электродами уменьшается, точно так же, как это имеет место в сжатых газах, твердых и жидких диэлектриках. При длине промежутка около 10 мм разрядный градиент составляет всего лишь 15—20 кВ/см, На рис. 24 представлена зависимость разрядного напряжения Upaз от давления р при различной длине промежутка l.
Остаточное давление газа практически не сказывается на разрядном напряжении небольших промежутков (1—3 мм), пока давление составляет 10-5—10-2 Па. При давлениях больше 0,1 Па разрядные напряжения резко падают (рис. 24)
Тренировка электродов проявляется в вакууме аналогично тому, как это имеет место в сжатых газах.
Рис. 24. Зависимость разрядного напряжения постоянного тока от давления в вакууме
Сплошные линии — разряд в однородном поле, электроды из бескислородной меди высокой электрической проводимости при различном расстоянии между ними; штриховые линии — разряд по поверхности плексигласовых цилиндров диаметром 25 мм и высотой Н. расположенных между никелированными электродами в однородном поле
Разрядное напряжение вакуумного промежутка возрастает с увеличением числа повторяющихся тренировочных разрядов до тех пор, пока не достигнет установившегося уровня. Обычно установившееся разрядное напряжение превышает в два раза напряжение при первом разряде. Тренированного состояния электродов можно достичь нагреванием их до высокой температуры в вакууме.
Материал электродов оказывает сильное влияние на развтие разряда в вакууме, причем материал как катода, так и анода. По степени снижения электрической прочности для тренированных электродов при промежутке 1 мм в вакууме материалы располагаются в таком порядке
Полагают, что состояние поверхности электродов не является фактором первостепенной важности, но все же, как правило, разрядное напряжение чистых и гладких электродов несколько выше.
Форма электродов влияет на разрядное напряжение в вакууме в меньшей степени, чем в сжатых газах. Для большинства промежутков импульсное разрядное напряжение превышает амплитуду напряжения промышленной частоты. Увеличение поверхности электродов приводит к снижению разрядного напряжения.
Перекрытие по поверхности твердых диэлектриков в вакууме происходит при напряжении меньшем, чем разряд в вакууме, при той же длине промежутка (см. рис. 3-24). При этом оно зависит от материала диэлектрика, но практически не зависит от материала электродов.
