影响真空开关管真空度测量准确性的因素

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)辽宁铁道职业技术学院 作者:何媛媛

  真空开关管是以真空作为绝缘和灭弧介质的,内部真空度对其性能起着决定性的作用,本文对诸多因素如何影响真空度测量准确性进行了分析讨论。

  真空开关管是真空开关的心脏,真空开关管的性能决定真空开关的性能。真空开关管是以真空作为绝缘和灭弧介质的真空电子器件,内部真空度对其性能起着决定性作用。随着真空开关管制造技术和理论研究水平的不断提高,对它的三大寿命,即真空寿命、电寿命、机械寿命的要求也不断提高,特别是对真空寿命提出更高的要求。采用何种测试方法准确地测试出真空开关管内部的真空度,一直是各大真空开关管生产厂家追求的目标。目前大多数公司采用磁控管放电法测量真空开关管真空度,在磁控法测量真空压力的过程中一些影响真空度测量准确性的因素,需要关注和探讨,例如真空不规则放电的影响、连续测量的影响、测量环境的影响、钎焊后温度变化的影响、真空开关管外部漏电流的影响等等。真空技术网(http://www.chvacuum.com/)发布本文对诸多因素如何影响真空度的准确性进行了分析讨论。

1、真空开关管真空度的测量原理

  目前大多数公司采用脉冲磁控放电法测量真空开关管的真空度。其测量原理线路如图1所示。图中真空开关管置于电磁线圈中心,当线圈通过电流时,在真空开关管电极间将产生一个纵向磁场。若在分开的电极间施加数千伏直流电压时,将产生一可测量的放电效应。这是由于所建立的电场在触头附近几乎与磁场垂直相交,使存在于真空开关管内的少量自由电子在向阳极的运动途中发生偏转,这部分电子成圆形或螺旋形路线运动,这就显著增加了电子运动的自由途径以及参与气体分子的碰撞电离的概率,从而获得一个稳定的可测量的放电电流。

2、影响真空开关管真空度测量准确性的因素

  2.1、真空不规则放电对真空度测量的影响

  测量真空开关管真空度时,要在其动端与静端或静端与动端之间施加10kV左右的高压,因此,如果真空开关管内部局部场强过高,就会形成不规则放电。不规则放电是极间闪络(放电)现象,如图2(a)所示,被称为非持续性放电(NSDD),该情况下,常出现放电电流不稳定现象,影响测量的准确性。

测量真空开关管真空压力的原理线路

图1 测量真空开关管真空压力的原理线路

  出现不规则放电的情况下,测量出的真空度并不是该真空开关管真实的真空度,所以在测量过程中出现了不规则放电的真空开关管不应判为不合格,对于这样的真空开关管要保留待处理再测量。

测量的真空度的电流波形

图2 测量的真空度的电流波形

  2.2、连续测量对真空度测量的影响

  在测量真空开关管真空度的过程中,真空开关管内放电,真空开关管内的气体会等离子化,附着在电极等上面,放电后暂时提高了真空开关管内部的真空度。由于此时真空开关管内处于更好的高真空状态,电极等表面吸附的气体直到处于平衡状态才能放出。由于真空度测量程中真空开关管内部有暂时的吸气效应,连续测量,真空度会越测越高,影响到测量的准确性,所以在进行真空度测量时,应记录第一次测试的结果,如需再次测量确认,时间间隔至少静放72h(经验)后,再进行测量。

  2.3、测量环境对真空度测量的影响

  从真空开关管的测量原理可知,测量真空度时,真空开关管要加上一定的电场和磁场,很显然在测量仪的周围不应有影响其正常工作的电场和磁场,否则会影响其测量的准确性。另外,周围不应有可以使真空开关管内产生电子发射的热源及放射性源。测量温度一般应在5~40℃范围内。环境的相对湿度不应大于85%,因为环境湿度大,沿真空开关管绝缘外壳表面的漏电流就会增大,这样会影响其测量的准确性。

  2.4、整管钎焊后温度变化的影响

  真空开关管经800℃的高温真空钎焊后,真空度得到提高,从气体状态方程pV =nRT,可以看出T如果变小p 减少,所以真空开关管从800℃降至室温,最后温度稳定在室温,在这一降温到最后稳定在室温的过程中,真空度会不稳定。按照至今为止的经验来看2-3天时间为不稳定期,所以真空开关管出炉后不要立刻进行真空度测试,静放或压力储存下放置3天,再测真空度,这样测试出的真空度相对准确。

  2.5、真空开关管外部漏电流的影响

  真空开关管在真空炉内高温焊接后有可能会有目测明显或目测不明显的金属蒸发物附着在真空开关管绝缘外壳表面;大气中的灰尘等附着在真空开关管外壳表面,灰尘会吸收大气中的水分,形成导电膜。测量真空开关管真空度时,在外加电压下,绝缘外壳表面如附着的金属蒸发物或灰尘污物,会产生流过污物层的泄漏电流,影响真空度测量的准确性,特别对设计尺寸比较小,绝缘外壳比较短的真空开关管真空度准确性的影响更大,所以对出炉的真空开关管要进行绝缘外壳表面的清洁处理;在真空开关管加工的各个环节注意防尘等的保护,防止绝缘外壳表面附着污物影响真空度的测量。

  2.6、测量仪校准的影响

  测量仪器校准方法也会影响测量的准确性,除了必须校准所加的高压、磁场强度、放电电流外,还必须校准对应于放电电流的真空开关管实际真空度曲线。

3、结束语

  真空开关管真空度指标直接关系到真空开关管的真空寿命,关系到其使用期间的耐压水平和开断能力,关系到电网运行的安全性,因此在进行真空开关管真空度测量时,要排除一切影响真空度测量准确性的因素,为电力系统提供高可靠的真空开关管。

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