Zachowanie elektryczne grzejników kasetowych w próżni – wyładowania łukowe, awarie i izolacja

Prąd elektryczny zachowuje się inaczej w próżni niż w powietrzu. Brak cząsteczek gazu zmienia parametry izolacji, napięcia przebicia i wyładowania łukowego. W przypadku grzejnika kasetowego pracującego w próżni te czynniki elektryczne są równie istotne, jak jego działanie termiczne. Jeśli nie zwrócisz na nie uwagi, awarie zdarzają się szybko, dramatycznie i często szkodzą całemu systemowi.

Wytrzymałość dielektryczna atmosfery w powietrzu działa jak rodzaj izolacji pomiędzy przewodnikami. Powietrze może wytrzymać wiele tysięcy woltów na milimetr, zanim ulegnie rozkładowi pod normalnym ciśnieniem. Kiedy nie ma cząsteczek gazu do jonizacji, proces rozkładu zmienia się w próżni. Emisja polowa i procesy inicjowane{{3} przez cząstki powodują załamanie próżni. W przypadku małych przerw tolerancja napięcia może być niższa niż w powietrzu.


Zmienia to konstrukcję końcówki grzejnika kasetowego. Zaciski dobrze izolowane w powietrzu mogą tworzyć łuk w próżni, szczególnie w wysokich temperaturach, gdy ulatniają się gazy i zmieniają się materiały. Próżniowe grzejniki kasetowe wykorzystują dłuższe drogi upływu, czyli dłuższe odległości wzdłuż powierzchni izolacyjnych, aby zapobiec uszkodzeniu. Izolatory ceramiczne o skomplikowanych kształtach wydłużają efektywną ścieżkę bez zwiększania rozmiaru fizycznego.

Zmniejsza się także rezystancja izolacji wkładu grzejnego. Tlenek magnezu jest doskonałym izolatorem, jednak jego rezystywność może się zmieniać w zależności od temperatury i środowiska próżniowego. Pewne przewodzenie jonowe może zachodzić w próżni w wysokich temperaturach, co sprawia, że ​​izolacja jest mniej skuteczna. Wpływ ten można zmniejszyć, stosując MgO-o wysokiej czystości i z niewielką ilością zanieczyszczeń.

Kolejną rzeczą, o której warto pomyśleć, jest prawo Paschena, które mówi, że napięcie przebicia zależy od ciśnienia i odległości między dwoma punktami. W strefie przejściowej między atmosferą a wysoką próżnią, która wynosi około 0,1 do 10 torów, napięcia przebicia mogą być niższe niż na każdym końcu. Jeśli grzałka kasetowa pracuje w tym zakresie ciśnień, gdy pompa jest wyłączona lub zbiornik jest napełniany, należy zachować szczególną ostrożność przy rozmieszczaniu i izolacji zacisków.

Same przewody prowadzące muszą być w stanie wytrzymać podciśnienie. Standardowa izolacja drutu może pęknąć lub spowodować ulatnianie się gazu. W grzejnikach kasetowych z wewnętrznymi przewodami wystawionymi na działanie próżni stosuje się druty-ceramiczne lub gołe przewodniki z kulkami ceramicznymi. Połączenia powinny być wystarczająco mocne, aby wytrzymać cykle cieplne bez poluzowania.

Uziemienie jest bardzo ważne w próżni. W komorze próżniowej każda usterka elektryczna będzie próbowała znaleźć masę, a ścieżka ta może przebiegać przez wrażliwy sprzęt lub instrumenty. Płaszcz grzejnika wkładu i komora powinny być odpowiednio uziemione, aby prąd zwarciowy mógł bezpiecznie płynąć. W większości przypadków system sterowania obejmuje wykrywanie i przerywanie zwarcia doziemnego.

Z doświadczenia wynika, że ​​jednym z najczęstszych problemów elektrycznych związanych z próżniowymi grzejnikami kasetowymi nie jest wyładowanie łukowe ani awaria, ale zwykłe otwarte obwody powstałe w wyniku nadmiernego nagrzania drutu oporowego. Drut starzeje się i staje się bardziej kruchy szybciej, gdy znajduje się w próżni. Używanie grubszych drutów i lepszych metali sprawia, że ​​rzeczy trwają dłużej.

Krótko mówiąc, sposób działania grzejnika kasetowego w próżni to skomplikowana mieszanka materiałów, kształtów i ciśnienia. Aby zapewnić niezawodne działanie, należy dokładnie zaplanować każdą część systemu, począwszy od projektu zacisków, poprzez wybór izolacji, aż po uziemienie. Testy elektryczne w warunkach symulowanej próżni dają pewność, że grzałka kasetowa będzie działać tak, jak powinna w przypadku ważnych zastosowań.