l
0.6 0.2
\
\
.6:τ= 3mm 口:τ=10mm0:τ= 5mm .:τ= 1mm\
0.5
エ 2固有容量Co (pF/cm2)
(d = dc ，...， 1 0 cm )
第5 - 5図 定数kと固有容量Coとの関係
• \
3 ( 5 - 5 )
で表される。 (5 - 5 )式を(5-2)式に代入すると、
V50 = 18十1. 8 (d + 3. 7) / Co 0・66 (kV) ( 5 -6 ) が得られるo (5-6)式は、 沿面放電におけるA領域の V50をCoとdの関数
として 示す実験式であるo なお、 C' 領域における V50はτ 、 したがって、
Coには無関係である。
5 _ 4: 50%フラッシコずーーノミ室�EEEロ力日日寺Gりま台百百フラッシ フf一一ノミ元品手呈
前節で述べたように、 沿面放電における V50- d特性は、 C' およびAの 二つの領域で互に異なった傾向を示すo このことから、 V 60印加時の沿面 フラ ッ シオーバ過程もC' 領域とA領域とでは、 互に異なるものと考えら れるo 以下、 各領域の代表的な観測結果を示し、 多数の観測結果に基づい て描いた、 沿面フラ ッ シオーバ過程の概念図を提示し、 沿面フラ ッ シオー
パ過程を詳細に述べる。
5 _ 4: _ 1 仁ア台頁主或じうま￡量百百コアでラッ乙/フ章一ーーノミ元監手呈
この領域の代表的観測例として、第5 - 6図にd= O. 8 cmでCo = 2. 6 p F / cm 2
およびd= 3cmで背後電極がない場合の流し撮り写真と電庄一電流オシ ログ ラムを、 第5 - 7図にd= O. 8 cmで Co が2. 6 p F / cm 2の場合の駒撮り写真を示
すo なお、 駒撮り写真の上側の一部で発光が認められない部分は、 棒電極 の影になった所であるo また、 この領域における V50印加時の沿面フラ ッ シオーバ過程の概念図を第5 - 8図に示す。
電圧印加直後まず負極(棒電極)先端から、 拡散的な発光形態を示す負ス トリーマ( N S )が発生し、 若干の距離を進展した後停止する{第5 - 6図
(a)， (d))o その後、 端子電圧の上昇にともな って再び負極先端から負 ストリーマが進展するが、 この負ストリーマは端子電圧が波高値に達する
。
t(�s)ー t(μs)ー
3.1
t(�s)ー
3.2
0.2 七(μs)ー
2.2 3.2 t(�s)ー 3.3
(d) t(μs)ー
3.4 3.4 t(μs)ー ハb 勺υ ・ .
( f ) (g)
( a )一( c ) : co = 2. 6 p F / cm 2. d = O. 8 cm • V = 1 4. 8 k V � V 60
(d)-(g):背後電 極無し， d = 3 cm ， V = 5 5. 5 k V � V 60
第5 - 6図 C' 領域における沿面フ ラ y シオーバ過程の 流し撮り写真とオシ ロ グラム
0.3 -0.4 0.4 - 0.5ぃs
2.8-2.9 3.0-3.1 3.1-3.2us
( c ) (d) ( e)
(Co = 2. 6 p F / cm 2， d = o. B cm ， V = 1 4. B k V '=7 V 60 ) 第5 - 7図 C' 領以における沿面フラ y シオーバ過程の駒撮り写真
t1-t2 t2-t3 t4-tS ts-tg
にJ十し Fb 十し
t7 t 8 t 9
p p S : 1次正ストリーマ
N S :負ストリーマ LW:
S P S : 2次正ストリーマ
発光波 P L :正リーダ
第5 - 8図 C' 領i或の沿面フラ y シオーパ‘過程の概念図
ころには発光が弱くなり、 (第5 - 6図( a ) 、 ( d )、 第5 - 7図( a ) 、 ( b ) }、
負極には暗部が広がって、 円環状の発光域が次第に正極方向へ移動してい るような形態を示す{第5 - 7図( c )} 0 この発光域が正極に達すると、 そ の到達点から弱い発光の発光波( L W )が進展して、 発光域の進展経路を逆 行し、 グロー状のチ ャネル( G C )を形成する{第5 - 6図( e )} 0 このよう にして発光波がある距離を進展すると、 グロー状チ ャネルの頭部からフ ィ ラメント状の1次正ストリーマ( p p s )が進展するo その後1次正ストリ
ーマの発生点からは、 負極に向う2次正ストリーマ( s p s )と正極に向う 発光波が進展し、 前者は1次正ストリーマ幹部の発光を強くかっ持続的に し、 後者はグロー状チ ャネルの発光を強め{第5 - 6図( e )}、 両極聞は比 較的細いチ ャネルによって橋絡される{第5 - 7図( d ) } 0 また 、 2次正ス
トリーマ基部には正リーダ( P L )が形成され、 2次正ストリーマおよび正 リーダは負極に向って進展し、 2次正ストリーマが負極に到達するとフラ ッ シオーバが起こり{第5 - 6図( f )}、 アークに移行する{第5 - 6図( g )} 0 以上のようなフラ ッ シオーバ過程は固有容量の大きさおよび背後電極の有 無にかかわらず同じである。
5_ 4_ 2 A官頁主或6つまをH面フラッシコす一一ノミ逆回歪
この領域の代表的例として、 第5 - 9図および第5 -1 0図iこ、 d = 5 cmで
Co = 2. 6 p F / cm 2における背後電極付の場合の観測結果を示すo 第5 - 9図は
流し撮り写真と電庄一電流オシロ グラム 、 第5 -1 0図は駒撮り写真であ る。 また 、 第5 -1 1図はフラ ッ シオーバ過程の概念図である。
電圧印加直後、 まず負極先端から拡散的な発光形態を示す負ストリーマ
( N S )が放射状に進展する(第5 - 9図( a )、 第5 - 1 0図( a ))。 しかし、
この負ストリーマは若干の距離を進展した後停止し、 負極先端からは再び 負ストリーマが進展を開始し、 先行の負ストリーマの外縁部に達してさら
に進展する(第5 - 9図、( d )、第5 - 1 0図( b ) 、 ( c )) 0 その後、 この負スト
リーマの発光は持続的となり正極に向って進展するが、 端子電圧がある程
度上昇すると、 この発光域の先端近傍からは新たな負ストリーマが扇状に
V�
t(ws) t(ws)2cm
(0 ) 0.6 t (μs)
2.1
\ I三.
0t(μs)
(Co = 2. 6 p F / cm 2 I d = 5 cm I V = 2 6. 5 k V � V 50 )
1.1 .
2.2 .
2.3
第5 - 9図 A領域における沿面フラ ッ シオーバ過程の 流し撮り写真とオシ ログラム
/ 、
I \ I '\
\ ----- I
' ... J
、、 _""// 、、
I \ I '\
\2 m fl
\ J /
0.25-0.30 0.30-0.35 0.55-0.60
( 0) ( b) ( c )
1.00-1.05 1.20-1.21 1.40-1.41us
回国
(d) ( e ) ( f )1.60-1.61 1.7 0-1. 71us
( g)
(Co = 2. 6 p F / cm 2， d = 5 cm ， V = 2 6. 5 k V =. V 5 0 )
第5 - 1 0図 A領域における沿面フ ラ y シオーバ過程の駒撮り写真
発生進展する{第5 - 9図( b )、 第5 - 1 0図( d )) 0 また 、 ほぼ同時にその 起点、からは発光波が負極に向って進展し(第5 - 9図( b ))、扇状に進展した 負ストリーマの幹部と負極問は、 リヒテンベルグ図におけるGleitstielに
相当するチ ャネルによって橋給される。 その後、 この負ストリーマからさ らに負ストリーマが発生進展し(第5 - 9図( c )、第5 - 1 0図( e )}、Gleit-s t i e 1はステ y プ状にその長さを増すo このようにして負ストリーマの先
to-t1 t3-t匂 ts-t6 t7-tS
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N S :負ストリーマ LW:発光波
第5 - 1 1図 A領域の沿回フ ラ ッ シオーバ過程
端部付近からは新たな負ストリーマが間欠的に発生し(第5 - 9図(c )、 第 5 - 7図(e)�(h)}、 Gleitstielが進展し正極に到達すると、 直ちにフ ラ
y シオーバが起こり(第5 - 9図(d )}、 両極からほぼ同時にアークに移行 する(第5 - 9図(e )} 0 このようにGleitstielが正極lこ達すると直ちにフ ラ ッ シオーバを生じることから、 このGleitstielは気中放電における負リ
ーダ( N L )に相当するものと考えられるo また、 各負ストリーマ先端部付
近からの新たな負ストリ ー マの発生時には、 市jjzßのようにその起点から発 光波が負極に向って進展する。 また、 同一現象の駒限り写真である 第5
-1 0図(g ) 、 (h )において、同図(h )におけるGleitstielが同図(g )のそれ
と同一チ ャ ネルを進展し、 さらにその進展距離を伸ばしていることから、
発光波は先行の発光波によって形成されたGleitstiel中を進展することが わかるo したがって、 Gleitstielは間欠的にその発光を強めながら進展し (第5 - 9図( c )}、 発光波の進展ごとにその導電性を増すので、 これが正 極に到達すると直ちにフラ ッ シオーバが起こるも のと考えられるo
5_ 5 花江面フラッシフt--ーノ吋幾乎帯
前節で述べたように、 沿面放電における V 50印加時のフラ ッ シオーバ過 程はC' 領域とA領域とで相違し、 これに伴って V60-d特性も相違するo 本研究の実験範囲であるdが0.4 cm以上では、 V 50は VCfijより必ず高いの で、 V 60を印加した場合、 コ ロナ開始に関してはかなりの過電圧を印加し たことになるo したがって、 実際にコ ロナが発生した時の電圧瞬時値は、
コ ロナ開始遅れのために VCfijよりも高し， 0 ところで、 dが小さい領域では VCfijに対するdの影響が大なることから、 第1 コ ロナ発生時の電圧瞬時値 が同じならば、 dが大きい場合に比べて第1 コ ロナは良く 進展すると思わ れるo dの値が増すと、 V 60の値が増加し、 コ ロナ開始時の電圧瞬時値と V閣の比も大きくなるため、 第1 コ ロナの進展距離はdの増加と共に大き くなると考えられるo しかし、 dが小さい場合に比べて正極の影響が小さ くなるため、 dが増加しでも第1 コ ロナの進展距離はあまり増加しない。
したがって、 dが大きくなると最初のコ ロナすなわち第1 コ ロナ発生後の 電圧上昇のため、 第1 コ ロナの空間電荷の電界緩和効果が相殺され、 負極 近傍には再び高電界域が形成される。 このため新たに負極から放出され、
負極近傍 の高電界域で電離増倍された電子群は、 比較的に低速度の第2 コ ロナとして進展し、 すでに進展を停止して円環状の発光域として徐々に広
がりつつある第1 コ ロナの先端部に達する。 電圧が上昇している聞は、 こ のような機構による負電荷の供給が続くため、 第2コ ロナは負極からコ ロ ナ先端部まで持続的な発光をしているo しかし、 印加電圧が波高値に達し た後は、 第2コ ロナの発光は衰退する。
5_ 5_ 1 C7告頁主或
第1 コ ロナと第2コ ロナによって形成された負電荷群は、 その後も正極 に向ってドリフトし、 正極に接近して正極近傍の電界を高める。 もし、 こ のとき端子電圧がまだ十分に高ければ、 正極から負極向けの放電が誘発さ れ、 この正放電の進展によってフラ ッ シオーバが起こる。 C' 領域におけ るフラ ッ シオーバの条件は、 印加電圧が波高値に達するまでの間の第2コ
ロナの進展長が十分に大きいことである。 本研究の条件では、 この進展長 が沿面距離の1/2程度であった。 ( 5 -1 )式は、 このような機構でフラ ッ シ オーバが起こる確率が50 %程度になる電圧を与える式である。
5_ 5_ 2 A台頁主安
dが増してdcを超すと、 VlS)はdの値には無関係になり、 Coに強く依存 するようになる。 この領域で( 5 -2 )式によって与えられる電圧を印加する と、 棒電極から供給される負電荷のため、 第2コ ロナ周辺部の電界が十分 に高くなり、 この部分から次のステ ッ プのコ ロナの発生進展が可能となるO これを第2ステ ッ プのコ ロナと呼ぶことにする。 このとき第2ステ ッ プの コ ロナの起点から負コ ロナとは逆に負極方向ヘ高速度の発光波が進展し、
第2ステ ッ プのコ ロナと負極を結ぶ細いチ ャネルが形成される。 これがリ
ヒテンベルグ図においてGleitstielと呼ば れるものであるo 第2ステ ッ プ のコ ロナが進展すると、 その空間電荷の ため背後の第1 ステ ッ プのコ ロナ、
すなわち第2コ ロナ内部の電界が低下し、 その発光も急激に低下する(第
5 -9図( b ) } 0 しかし、 さらに端子電圧が上昇し続けると、 Gleitstielを 通して第2ステ ッ プのコ ロナに負電荷が供給されるので 、 Gleitstielの導 電率が上昇するo これが十分であれば第3ステ ッ プのコ ロナが進展し、 同 時に新た なGleitstielが付加され、
結果としてGleitstielが進展するo こ のとき第3ステ ッ プのコ ロナの起点から進展した発光波は、 急速にGleit
s t i e 1を経て負極に到達するo 以下、同様の機構で後続ステ ッ プのコ ロナが
進展し、 その都度Gleitstielはその長さを増し発光を強めるo G 1 e i t s t i el はこのような間欠的な発光波の進展
によってその導電性を次第に高めるの で 、 最終ステ ッ プのコ ロナが正極に達すると、
直ちにフラ ッ シオーバが起 こる。
C' 領域とA領域における V60印加時のフラ ッ シオーバ‘機構の根本的な 違いは 、 前者では負極を起点とした負コ ロナによって形成された負空間電 荷が、 正極 から正放電を誘発してフ フ ・:7 '1 シオーバが起こるのに対し、 後者
では先行コ ロナの周縁部 から進展した後続ステ ッ プのコ ロナが正極に達し てフラ ッ シオーバ・が起こることにある。 後者の場合、 導電性の高いGleit
s t i e 1がフラ ッ シオーバに重要な役割を果たしている。 したがって 、 dの
増加に対する V 60 の増加率はC' 領域に比し著しく小さく、 V 60 は(5 -1 )式 で与えら れる電圧よりも低 くな るo (5-2)式は上述のような機構でフラ ッ
シオーバ する確率が50%程度である電圧を与える式である。
別の視点からみると、 C' 領域は(5-2)式の計算値よりも低い印加電圧 、 すなわち第2ステ y プのコ ロナが発生で き ないような電圧 印加時でも 、 d