В табл. 4 объединены результаты измерений напряжений Uмах, Uср, U0, U60 для образцов изоляторов диаметром 15 мм, разной высоты, выполненных из различных материалов, полученные при паромасляной откачке.
При ограниченной зависимости разрядных напряжений от неконтролируемых факторов у образцов, прошедших одинаковую вакуумнотехнологическую подготовку, должны наблюдаться относительно стабильные соотношения разрядных напряжений, определяемых разными критериями. Если это так, то эти соотношения являются коэффициентами и могут быть использованы для пересчета.
На рис. 3 на основании данных табл. 4 представлены отношения U0/U60, U60IUмах, U0/Uср.
Отношение U0/U60 определяет разброс ППН при ступенчатом подъеме напряжения, различие наибольших разрядных напряжений при двух способах подъема напряжения (кривые 1 и 2 на рис. 1)показывает разницу ППН при наиболее часто используемых критериях. На рис. 3 видно, что в подавляющем большинстве случаев эти отношения лежат в ограниченных пределах: U0/U60=0,7:0,9; U60IUмах=0,8:1,2; U0/Uср= 0,9:1,1 (на рис. 3 они объединены общими линиями и обозначены индексом "а"). Исключение составляют образцы из фарфора с неметаллизированными торцами и из 22ХС, у которых U0/U60=0,3:0,5; U60IUмах= 1,1:1,5; U0/Uср=0,5:0,7 (обозначены индексом "б"). Это исключение может быть объяснено тем, что изоляторы группы "б" имеют существенные отличия от остальных: керамика 22ХС имеет в 1,5—5 раз большую Σ, а образцы из фарфора с неметаллизированными торцами существенно худшее качество контакта с электродами. Более того, как видно из рис. 3, те же образцы из фарфора, но с металлизированными торцами по указанным соотношениям входят в основную группу "а".
Таблица 4
Примечание. В числителе — неметаллизированная торцовая поверхность, в знаменателе — металлизированная.
В целом данные рис. 3 подтвердили сделанное выше предположение: соотношения значений ППН по разным критериям достаточно стабильны, их разброс относительно среднего значения не превышает 20%.
В табл. 5 приведено сопоставление напряженностей пробоя образцов из разного материала высотой 5-7 мм. Из нее видно, что последовательность расположения образцов в порядке монотонного убывания их разрядных напряженностей с изменением критерия не сохраняется, причем разница £ для одного и того же изолятора может быть трехкратной (например, Е0 и Е0 для 22ХС). Заметим, что не по каждому критерию разрядные напряжения измеряются в идентичных для всех изоляторов условиях, в частности и U60, при измерении которых у разных изоляторов существенно несопоставимо время нахождения образца под напряжением для измерений. Если же учесть, что этот фактор влияет на разрядное напряжение, то его неидентичность является вполне очевидной причиной, вызывающей несоблюдение постоянства соотношений ППН изоляторов из разных материалов по различным критериям. В наиболее идентичных условиях находятся все изоляторы при выборе в качестве критерия разрядного напряжения, поскольку в этом случае достигается наименьшая разница по длительности воздействия напряжения до измерений и наибольшая отстройка от влияния случайного сочетания неконтролируемых факторов.
Рис. 3. Отношения разрядных напряжений'.
Фт - фторопласт; С — ситалл; Ст — стеатит; Ф - фарфор ; Пл - плексиглас; П — полиэтилен; м, н/м — соответственно металлизированная и неметаллизированная торцовая поверхность; г, н/г — соответственно глазурованная и неглазурованная боковая поверхность
Таблица 5
* м, к/м, г, н/г — металлизированная, неметаллизированная, глазурованная, неглазурованная поверхности.
По характеру влияния на изменение соотношений ППН изоляторов можно выделить два рода факторов. Изменение одних из них не приводит к изменению расположения изоляторов в порядке монотонного убывания их ППН, при изменении других изменения такого порядка происходят. К первым факторам относятся способ получения вакуума и вид обработки боковой поверхности изолятора. Изменение этих факторов приводило к однозначному изменению ППН изоляторов, разных по материалу, исполнению торцовых поверхностей, при разных критериях разрядного напряжения (табл. 1 и 2). И действительно, вид обработки боковой поверхности и способ получения вакуума определяют состав и количество адсорбированного боковой поверхностью газа, свойства вторичной электронной эмиссии необезгаженной поверхности, не зависящие от высоты или исполнения торцов изолятора и мало зависящие от его вещества. Напротив, факторы второго рода таковы, что степень их влияния на ППН не однозначна, а взаимосвязана с другими факторами. К таким факторам относятся материал, высота и исполнение торцов изолятора (табл. 3), длительность воздействия напряжения в процессе тренировки и измерений (рис. 1 и 2). Связь исполнения торцов изолятора, его высоты и материала означает, что на ППН оказывает влияние либо Σ, либо изолятора. Сопоставим Еср изоляторов из исследованных нами диэлектриков высотой 5—7 мм после комплексной тренировки при паромасляной откачке.
Изоляторы, отличающиеся только материалом — ситалл, стеатит, фарфор, керамика 22ХС, полиэтилен, фторопласт, плексиглас - имеют различные Еср=10,8; 10,6; 7,1; 6; 9,2; 8,5; 7,1 кВ/мм соответственно. Максимальное отличие составляет 1,8 раза. Эта величина значительно превосходит нормальный разброс ППН одинаковых изоляторов. Из всего вышеизложенного следует, что такое отличие ППН изоляторов из разных материалов, полученное при одних и тех же экспериментальных условиях, конечно, указывает на то, что оно вызвано влиянием на ППН свойств вещества изолятора. Однако тот факт, что соотношение ППН одного и того же ряда изоляторов непостоянно и может измениться при изменении высоты изоляторов или их исполнения, видимо, указывает на то, что связь ППН со свойствами вещества изолятора может проявиться лишь в виде монотонного изменения ППН и того свойства диэлектрика, от которого эта величина зависит. Из рис. 4 видно, что Σ не связана монотонной зависимостью ни с одним из указанных свойств диэлектрика. При этом обращает на себя внимание то, что чаще всего нарушение однозначной связи между Еср и Σ возникает у органических и неорганических диэлектриков, которые различаются не только электрофизическими свойствами. Видимо, это указывает на то, что в вакууме разрядные напряжения по поверхности изолятора зависят от совокупности свойств его материала. Более того, такой вывод коррелируется с общеизвестным фактом, что разрядные напряжения вакуумного промежутка зависят от совокупности свойств электродов: работы выхода, механической прочности на разрыв, температуры плавления. Ввиду того, что в вакуумном промежутке изолятор подвергается такому же воздействию тока и напряжения, что и анод, видимо, ППН должна зависеть еще и от свойств диэлектрика, подобных материалу анода, т. е. от прочности его на разрыв и температуры плавления. Для более основательного рассмотрения этого предположения недостаточно имеющихся данных, и для их получения необходимо проведение специальных экспериментов.
Рис. 4. Соотношения относительных значений средней напряженности пробоя по поверхности изоляторов в вакууме и свойств их материалов (за 1 принято значение соответствующего параметра изоляторе из ситалла): δ— плотность; Σ — относительная диэлектрическая проницаемость; Рv — удельное объемное электрическое сопротивление; Е — электрическая прочность веществе изолятора
Из выполненной работы можно сделать следующие выводы.
По характеру воздействия факторы, изменяющие разрядное напряжение, делятся на два вида. Одни, к которым относятся вид обработки боковой поверхности изолятора, способ получения вакуума, общая длительность времени воздействия напряжения, однозначно, влияют на разрядное напряжение независимо от прочих факторов (материала и размера изолятора, вида обработки его торцевых поверхностей, критерия разрядного напряжения). Влияние на разрядное напряжение таких факторов, как высота изолятора, вид обработки его торцовых поверхностей зависит от сочетания ряда других факторов.
Отношения разрядных напряжений изоляторов, прошедших одинаковую вакуумно-технологическую подготовку, определенные по разным критериям, имеют ограниченный разброс, не превышающий относительно среднего значения 20%. Поэтому их можно рассматривать в качестве расчетных коэффициентов. Согласно проведенным исследованиям для большинства изоляторов средние значения отношений разрядных напряжений, определенных по разным критериям, равны: U5/Uмин=1; U0/Uср=1; U0/U60=1; U0/U60=1. Исключение составили изоляторы со значительно худшим качеством контакта с электродами и из материала с большой Е (керамика 22ХС), у которых те же отношения соответственно равны: 0,9; 0,6; 1,3; 0,4.
Разница разрядных напряжений изоляторов, отличающихся только материалом, обусловлена зависимостью разрядного напряжения от совокупности свойств вещества изолятора. При этом разрядное напряжение не зависит однозначно ни от одного из электрофизических свойств диэлектрика. Причина этого — сочетание в одном материале таких свойств, которые противоположно влияют на разрядное напряжение.
