高频沿面放电特点地研究.pdfVIP

26 现代静电科学技术研究 *A静电基础* 高频沿面放电特点的研究 易正湘 (武汉交通科技大学，武汉，430063) 龟 摘要应用经典电磁学理论研究了高额沿面放电的特点，得出击穿电压与频率厦介质 口p§vj．E 特点的关系；分析了电子离子在高频电场中的运动特点。 关挺词 高额沿面放电 负氧发生器低温等离子体 0引言 在高压电极间加上固体绝缘介质后，在一定条件下会发生沿固体表面的放电现象，这种 放电称为沿面放电，它与纯间隙的放电是不相同的。70年代以前，人们研究沿面放电的规 律主要是为了避免在各种高压电器设备中发生的沿面放电，以提高设备的安全可靠性。70 年代日本科学家发明了用陶瓷片做成的沿面放电器件来生成臭氧，这种器件不仅体积小，而 且生成臭氧的效率大大提高，促进了臭氧的工业化应用。由于采用高频电源，放电产生的等 离子体离子温度很低，而电子温度很高，可形成大量的激发态分子与各种极富反应性的自由 基，它不仅会引发产生臭氧的化学反应，而且可引起其它化学反应。人们期望，如进一步改 进高压电源、介质性能及电极结构，有望在常温常压下进行通常在高温高压下才能进行的一 些化学反应，这是一个极有发展前景的工作。为此，在进行实验工作时，从理论上搞清高攘 沿面放电形成低温等离子体的机理很有必要。本文拟对高频沿面放电的特点作初步的理论 分析。 1沿面放电的特点 一般固体电介质的沿面放电分为三种情况…，一种是均匀电场中沿固体介质表面的放 电；第二种是弱垂直分量不均匀电场中的沿面放电；第三种是强垂直分量不均匀电场中的沿 面放电。用于产生臭氧的陶瓷臭氧片属于第三类，其 结构示于图1。本文只讨论这样的结构。 由图1可知，绝缘介质表面有很强的垂直电场。 这种电极结构施加交流或直流电压时较直流更易产 生放电。在交流电压作用下，上电板与介质、空气三 者接触处(图1中A处)电场最强，先开始放电，出现 电晕。当电压逐步提高时会相继出现以下现象：先是 图1陶瓷臭氧片的结构 在固体电介质表面形成伸向另一极的平行细火花，继 而细火花开始增长变成树枝状、浅紫色的明亮火花，位置不断跳动，称为闲滑放电，进而完全 击穿，形成闪络。 易正湘： 高频沿面放电特点的研兜 2交变电压作用下的场分布特点 2．1电压殛电场分衣 在两电极施加交流或脉冲电压下，板问电容将起重要作用，又介质表面有电阻，故其等 效电路如图2所示。图中Co为沿z方向单位长度 电容，70为介质表面单位长度电阻，Go为介质单 位长度体电导。 考虑面上相距很近的P，Q两点，坐标分别为 z，z+ZXX，电流分别为i(z)，i(z+△z)，有 i(z+△工)一f(工)=j9ziAz， 图2等效电容 而电流增量等于P、Q闻一段介质上电量的减小率加上通过介质体内的漏电流，即 老△z一荒△z一杀(cu)一GAu一参(c。△删。 于是得 老=一Gou—Go扣。 叉P、Q两点电压为△U=V(x十△z)一U(．￡)=一ro△“，即 筹=～roi。 (2) 将(1)式对z求偏导数，(2)式对t求偏导数，联立可得 (3) 嘉一G馨+Goro爱=Go蹦+Coro瓦Oi。 将(2)式对2求偏导数可得 (4) aa2。u2=一ro瓦3i=邗g。u+Coro瓦aU。 方程(3)，(4)便