大気中固体誘電体沿面のインパルスフラッシオーバ現象に関する研究

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大気中固体誘電体沿面のインパルスフラッシオーバ 現象に関する研究

嶋崎, 俊行

https://doi.org/10.11501/3088212

出版情報：Kyushu University, 1991, 博士（工学）, 論文博士 バージョン：

権利関係：

�6主主主 E司手ヨ「主宰圭量Gワコたきし、す台R訂6つ主主イユ/ノてノレエミコア三矛ツ乙/

コず一一ノミ主品苓室と竿寺守生

6_ 1 まえカまき

本章の実験研究では、 第4章と同じ沿面条件、 すなわち 2. ^{6 p F} / ^cm 2以上 の大きい固有容量の誘電体沿面に負インパルス電圧を印加して、 沿面フラ ッ シオーバ電圧特性、 沿面フラ ッ シオーバ過程を調べ、 沿面フラ ッ シオー パ機構を考察した。

特に、 固有容量の大きい沿面における特有の現象として、 次のようなも のが挙げられる。

( 1 )固有容量が大きくなると、 負リーダコ ロナが短くなり、 負リーダは 多数の分岐を伴いながら、 固有容量が小さいときより長く伸びる。

( 2 )固有容量が小さい場合、 負リーダの成長はそれまでに進展したリー ダの先端から始まるのに対し、 固有容量が大きくなると成長の度に負 電極から新たに成長する。

また、 フラ ッ シオーバ現象に対する固有容量と 沿面距離の影響lこ関し、 次 のような結果が得られた。

( 1 )正極性の場合と同様に固有容量の約 2. ^{6 p F} / ^cm 2を境にして、 沿面フ ラ ッ シオーバ電圧特性の実験式が変わる。

( 2 )第5章の固有容量が小さい場合と同様に、 沿面距離によ って沿面フ ラ ッ シオーバ特性と過程が2つに分類される。

本章では、 これらの結果について述べる。

主��食事�fIT.:JラJこて〆ブヨ「主去

6. .2

固有容量の 第4章の場合とほぼ同僚であるが、

増加によ って電圧波形が歪むため、

実験装置および方法は 、

第6 - ^{1図( a} )に示した回路の他に 、同 図( b )の回路でも実験を行な った。 印加電圧波形は、 ほぼ1/40μsの負イン パルス電圧である。 沿面放電の進展状況の観測に対してはイメージ

ンテン シ フ ァ イヤ(浜松フ ォ トニク イメージイ

なお 、

ラと共に 、 コ ン ノぐータカメ

ρυ R3

口同圧直流電源

C2=O.012 'VO.03WF， オシロへ オシロへ R 2 = 11 .8 'v 303 r2， R3 = 1 2.5 'v 1 35 r2 Cl=O.2 'V5UF，

Rl=O 'V8.4 r2，

( a ) co = 2. 6...._. 2 7 p F / _cm 2の場合の回路 2wF BwH

口同圧直流電源

オシロへ オシロへ ( b ) co = ^{5 5 p F / cm 2の場合の回路}

8ê 回 実 験

第6 - ^1図

ス製、C2100-10)を取り付けた35 mmカメラによ っても静止写真を撮影し、 電 荷図などと比較した。

0. 3 言E存毛f(;RJ升主主主ヨよてJに官事_ú::_�王室E

第6 -2図および第6 - 3図は、 それぞれ種々の電圧を印加した場合の電 荷図と、 石英レ ンズを装着したイメージインテン シ フ ァ イヤに35 mmのカメ ラを取り付けて撮影した静止写真を示したもので、 第6 -2図および第6 - 3図の(a)--(c)は、 PET フ ィルムの固有容量Coが55 p F / cm 2、 同図(d )

-- ( f )は7. 8 pF / cm人 同図 (g)--(i)は2.₆ p F / cm 2の場合であるo

第6 -2図(a )、 (_d )、 (g )は、 電流波形のパルスが1発のみ、すなわち

P 0 1 bü s c h e 1の場合の電荷図である。 この場合にはCoに関係なくそれぞれの Coで電荷図はほぼ円形となる。 なお、 中心部の線状の図形は、 パッ クディ スチ ャージであるo 同図(_b )、 (_e )、 (_h )は、 電流パルスが2発以上出始 めたG1 e i t bü s c h e 1の場合の電荷図であるが、 いずれのCoの場合でも進展す る長さが方向によ って異なり円形ではなくなるo また、 このGleitbü schel が出始める電圧は、 Coが2. 6 p F / cm 2の場合には22. 5kV {同図(h )}であるが、

Coを大きくして7. 8 p F / cm 2にすると14.4kV{同図(_e )}、 55 p F / cm 2では8. 1 kV (同図(_b )}となり、 PET フ ィルムの固有容量Coの増加と共に低くなる。

同図(c )、 (_f )、 (i )は電流パルスが多数発生した場合で、 Gleitbüschel がかなり進展した場合の電荷図を示したものである。 この場合のCoが 2. ₆ pF / cm 2 {同図(i )}では、τが1 mmのアクリル板の場合(6 8 )と同様な図形とな るが、 Coが7. 8 p F / cm 2では数本の枝状の図形(同図(_f )}となり、さらにCoが 55 p F / cm 2に増加すると、 枝の幅がさらに細くなり、 また、 その数が増加す

1cm

(a) 2.8kV

1cm

(d) 3.3kV

1cm

(9) 4.0kV

2cm

(b) 8.1kV 2cm

(e) 14.4kV 2cm

(h) 22.5kV

5cm

(C) 10.3kV 5cm

5cm

(i) 29.3kV

(a)， ( d)， (g): PolbUschelの場合、(b)，(e)，(h) : Gleitbüschelの出始めの場合 ( C)， ( f )， (i) : Gleitbuschelがかなり進展した場合

( a ) --- ( C ) : co = 55 p F / cm 2 (τ= l. 05 mm)、(d ) --- ( f ) : Co = 7. 8 p r / cm 2 (τ= O. 35 mm)

(g)---( i): (ゐ=2.6pr/cm2(τ= O. 05 mm)

第6 - 2図 極々の厚さの PET フ ィルムに対する電荷図

るようになる(同図(c ) 1。 このように固有容量が増加すると電荷図形の形 は著しく異なるようになることがわかる。

第6 - 3図(a )、 (d )、 (g )は、Polbü s c h e lの場合の静止写真である。 こ

の場合には、 搾電極先端から放射状に広がる拡散的な発光外観をした負ス トリーマが認められるが 、 Coが大きくなるほどその発光域の半径は小さく なるo なお、 写真上部の発光のない部分は棒電極により影にな った部分で あるo 同図( b ) _、 ( _c )、 ( _h )は、 電流パルスが2発以上出始めた場合で、 こ の 場合には 、 ftl初に発生した負ストリーマ先端部と律電極先端の聞には強

E 2cm

. '

(a) 3.9kV

(d) 5.7kV

(g) ^6.9kV

. 2cm _I

(b) 8.9kV

- a

・・・・・・・RZ .. . f:':i:・・・・・・・・

・・・園面会 止 喝弘温・・・・・

・・・・・・・・・・・園田晶 子戸当-

・・・・・・・・・・・5"""� !..-:�ョ-

-� �(通園・・・・・・・・・・・・

(e) 15.3kV

(h) 24.4kV

(C) 10.2kV

(f) 19.3kV

(i) 31.8kV

( _a )， ( _d )， ( g ) : PO 1 bü sche 1の場合、(b)， (c)， (h): Gleitbüschelの出始めの場合 (C)， (f)， (i ) : Gleitbüschelがかなり進展した場合

( _a ) ---( C ) : co = 55 pF / cm 2 (τ= O. 05 mm)、(_d ) ---( f ) : Co = 7. 8 p F / cm 2 (τ= O. 35 mm) (g)---( i): Co=2.6pF /cm2(τ= 1. 05 mm)

第6 - 3図 騒々の厚さの PET フ ィルムに対する沿回放電の静止写真

く発光した細いチ ャネルの負リーダ(

5 ð )が形成され、 その先端付近からさ

らに扇状の新たな負ストリーマが進展するo

しかし、 Coが大きくなるほど この扇状に進展する負ストリーマの大きさは小さくなるo

同図( c ) 、 ( f )、

( i ) は多数の電流パルスが発生するGleitbüschelの場合で、Coが2・6

p F / _{cm 2} の場合には細いチ ャネルの負リーダから進展する拡散的な発光をする負ス トリーマの発光が良く認められるが{同図( _i

)}、 Coの増加と共に負ストリ ーマの進展長は短くなり、 coが5 5p F / _cm 2では、 印加電圧が他のCoに比べ低

いにもかかわらず、 校分れした多数の負リーダが進展する(同図(

c )} ₀ 第6 - _4図は、 同械に環状電極を取り除き、 電流パルスが1発のみ発生 した場合について 、 ストリーマ発生時の電圧腕時値%と電荷図形

の最大半 径fとの関係を種々の固有容量の PET フ ィノレムおよびアクリル板に対し

1.4，

E 1.2

仁J

� 1.0 ほH ゴト 0.8

Q 注き 図0.6 1ε 凶0.4

，2

。。

ロ:Co=O. 26pF /川

)

.; (λ=0.9 pF/cm2 アクリノレ板 ð.:Co=2.6 pF/cm2

A:Co=7.8pFAIT12 PET

0: (ゐ=55 pF/cm2

ー

圃

ム J ^口口

10

ロ

-同 ^口

口 ロ 口

15 コロナストリーマ発生電圧?/c

(kV) 第6 -4図 電荷図の大きさ

- 130一

口

20

て示したものであるo P E T フ ィルムに対しては、 Coが55、 7. 8、 および 2.6pF/cm人 アクリル板に対しては、 2.6、O. 9および0.26pF/cm2ついて測定 したが、 ほぼ同じτである PET フ ィルムとアクリル板のそれぞれ1. 0 5 mm

(固有容量Co= 2. 6 p F / cm人 比誘電率εs=3.1(96)とした計算値) および1.0 mm (Co = 2. 6 p F / cm 2、 εS 3. 0(96)とした計算値)の .Q - lrc特性は、 材料の違 いはあるが、 良く一致するo そのため、 アクリル板で測定したCoが2. 6pF/

cm 2の場合については図示していないo 同図からそれぞれのCoについては、

%とtの聞にほぼ比例関係が成立することがわかるo またれ- .Q直線の勾 配はCoによ って異なるが、 lrc - .Q直線を負の方向へ延長すると、 それぞれ のlrc - .Q直線がほぼ一点で交わることから、

.Q = k 1 (lrc + 6. 8) - ^O. 9 3 (^cm ) ( 6 -1 )

がほぼ成立することがわかる。 なお、 ここでk1 はτすなわちCoに依存す る定数で、 第6 - 5図に示すように k1とCoとの関係を片対数グラフで表わ すと、 ほぼ直線となり、

k1 = 0.1+ O. 00674 lnCo ( 6 -2 )

がほぼ成立するo (6-1)式はO. 2 6 -- 5 5 p F / cm 2 の広範囲のCoに対して使用で きる。 なお、 正極性電圧印加時(6 2 )の場合に比べると、 同程度の%に対し 1は約 1/3となり、 正極性電圧印加時のストリーマの方が進展しやすいこ とがわかる。

0.13

0.1

0.1 1ト

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ロ

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ロ:τ=100m

)

圃:τ= 3. 0 mm

Â:τ= 0:τ= 0.05mm 0. 35mm

}

3 5 10 30

固有容量Co (pF/cm2) 第6 - 5図 定数k 1とC。の関係

。

70

(3

_

.::;1--ーノく干B:EE

第6 - 6図に50 %沿面コ ロナ開始電圧VlS)と沿面距離dの関係を示す。 d がほぼ 2 cm以下の範囲では VlS)に対するdの影響が著しく、 dの増加と共 に VlS)は急激に上昇するが、 dがこれ以上になるとdの影響は殆どなくな

り VCSJはほぼ一定になる。 また 、 PET フ ィルムの固有容量Coが小さくな ると VCSJは上昇する。 そこで、 この VCSJがほぼ一定となるdでの、 VlS)と coとの関係を第6 - 7図に両対数グラフで示すと、 ほぼ直線となりVω(kV)

(〉〉一

)omU

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4

『司‘

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3

2 川町刺殺匹ホロ

h回程求。ω

ロ:(ゐ=2.6pF/cml(τ=1. 05mm)

・:Co=3. 9pF/cml (τ=0. 70mm)

ム:Co= 7. ₈ pF / cm l (τ=0. 35mm) Â: (ゐ=11 pF /cm2 (τ=0. 25mm)

o : Co=27 pF /cm2 (τ=0. 10mm)

・:Co= 55 pF/cm2 (τ=0.05mm) 10 6 8

沿面距雌d (crn) 2 4

。。

50%沿面コ ロナ開始電圧と沿面距離との関係 第6 -6図

... 、

圃

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ロ:τ=1.05mm 圃:て=0. 70mm .6:τ=0. 35mm Â:τ=0. 25mm 0:τ=0. 10mm

・:τ=0. 05mm 4

2 3 (〉ぷ)OC〉出制何科医水口n阻む午求。ω

so 70 20 30

(pF/cm2 )

S 7 10

固有容量Co AIEE-- 円ノ』 3

( d _{= 2} --1 0 cm )

50%沿面コ ロナ開始電圧と固有容量との関係 第6 - 7図

1 3 3

とCo(pF/cm2)の関係は V cso = 4. 6 Co -0・23

(kV) ( 6 -3 )

で表わすことができる。 また 、この式による Vcsoが、 アクリル板( 5 8 )のCo

が2. 6 p F / cm 2 (τ = 1 mm )およびo.2 6 p F / cm 2 ( 10m m )の場合とも良く一致するこ とから、 (6 -3 ) 式は広い範囲の固有容量に対して適用できることを示して いる。

第6 - 8図に、 dをO. 4 -- 10 cmまで変化させた場合の種々の固有容量Coの PET フ ィルムに対する V50とdとの関係を示すo dが 10cmから 1 .5 cm程 度までの範囲では， V 50はdの減少と共に低下し、 その関係は

V50 A + k2 d (kV) ( 6 -4 )

で示されるo ここでAおよびk2はCoによって決まる定数で Coが2.6、 3. 9、

7. 8、 1 1、 27 および55 p F / cm 2 の場合、 Aはそれぞれ 21. 3、 19. 2、 14.9 、

13 . 5、 10. 3 および9 . 1、 k2は O.9 6、 O. 7 1、 O. 46、 O. 3 1、 O.21およびO. 11 となるo しかし、 dをさらに減少させると V50は (6 -4 )式による計算値よ り低下し、

V50 = 18 .4 d (kV) ( 6 -5 )

で計算した V50-d曲線にほぼ一致するようになるo しかし、 (6 -5 ) 式の V 50の計算値に一致するdは、 Coが大なるほど小さく、 Coが55 p F / cm 2の場 合にはdはO. 4 cmになるo 以上のことから、 それぞれのCoに対する V50 - d特性は、 ある沿面距離dcを境として互に異なり、 dがdc以上では(6 -4) 式が、 dがdc以下では (6-5 )式がほぼ成立し、 このdcを境として V50- d 特性の異なる二つの領域に分けることができるo そこで、 ここではdが0.4

cm -- dcの範囲をC領域、 dc -- 10 c mの範囲をバ領域と呼ぶことにするo な おこのdcはCoに依存し、 Coが増加する程小さくなる。

- 134 -

ところで、 (ト4 )式の定数Aおよびk2に対するCoとの関係を、 それぞれ 第6 - 8図から求め両対数グラ フに描くと、第6 - 9図および第6 - ₁ 0図に 示すようにほぼ直線となり、 それぞれ

A ⁼ 2 7. 8Co-o. 29

( 6 - 6 )

1<2 ⁼ 1 . 8Co-O. ^&6

( 6_ー7) がほぼ成立する.したがって、

( 6 -4 )式 に( 6 - 6 )、 ( 6 -₇ )式を代入すると、

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、6-8)式による計算 a

口:

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/cm2( r =1.05m 、

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: Co=7. 8pF/cm2 τ=0. 70mm) o : Co=27 pF /cm" ( τ=0. 25mm)

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企 Co=11 pF/cmd((τ=0. 35mm)

・: Co=55 _pFん ^"/ τ=0. 10mm)

r / cm -�τー。 。.05mm)

2 4

沿面距離d (cm)

10

第6 - 8図 _{5 0} %沿面フラ ッ シオーバ電圧と沿面距離との関係

〈工

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0.3 0.2

「ノム da'ag ハU

30

口:τ= 1. 05mm

・ :τ=0. 70mm ム:τ =0. 35mm Ä :τ=0. 25mm 0:τ=0. 10mm

・ :τ=0. 05mm

20

10

つ乙 「ノム

3 5 7 10 20 30 50 70 固有容量Co(pF/cm2)

(d = ^dc '"'-' ^{1 0 cm )}

第6

-

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口E Ar- \

A \ A \

圃 \ ロ

3 5 7 10 20 30 50 70 固 有容量Co(pF/cm2)

( d

= ^dc '"'-' ^{1 0 cm )}

第6

- ¹

V60 = 27. 8Co-o・29+1. 8Co-o・66d(kV) (6-8)

となり、 (6-8)式は、 PET フ ィルムに対するÄ領域の V60をCoとdの関 数として示した実験式であるo なお、C '領域における V60はτ、 したがっ てCoに無関係である。以上の結果をτが比較的厚いアクリル板(6 7 ) すなわ ちCoが比較的小さい場合(Co=2. 6-- _O. 26pF/cm2)と比較すると、 Coが2・6pF/

cm 2以下のアクリル板の場合も V60 - d特性は、 Coによって決まるある沿

面距離dcを境としてほぼ2本の直線によって示すことができ、 dがdc以下 での V60は、 Coが2. 6 p F / cm 2以上の PET フ ィルムの場合と同様に(6-4)式 で与えられるo しかし 、 dがdc以上になるとその特性は(6 -8 )式とは異なり

V60 = 18 + k3 (d + 3. 7) (kV) (6-9)

となる(6 7 )。 ここで、 k3はCoによって決る定数で、

k3 ⁼ 1. 8Co-O' 66 (6-10)

である。 以上のことから、 V 50 ーd曲線において、 その直線の勾配を示す

dの係数k3は、 Coが2.6 p F / cm 2以上の場合と2.6 p F / cm 2 以下の場合はほぼ 同じ値となるが、 縦軸との交点を示す値はCoが2. 6 p F / cm 2以上の場合(6 -6) 式で示され、 (6 - 9 )、 (6-10) 式から求めたCoが2. 6 p F / cm 2 以下の場合の値 ( 6. 6 6 Co -0・66+18)とは異なる。 なお、 Coが2.6pF/cm2 程度では(6 -8 )およ び(6 -9 ) 式の各項はほぼ等しくなり、 PET フ ィルムおよびアクリル板の V 60はほぼ一致する。したがって、Coが同じであれば材料の違いによる V 50 の差は認められないので、 2.6pF/cm2程度のCoすなわちτ - 1 mm程度を境と して V60 一d特性が異なることがわかる。

第6 - 1 1図は、 V 60印加時のフラ ッ シオーバ時閉じ とdとの関係を示 したものである。 同図(_a )は、 Coが2. 6 p F / _cm 2の場合で、 この場合にはむ­

d特性はほぼ同じCoのアクリル板の場合とほぼ同様となり、 dc程度を境と

してその特性が異なるo すなわち、 dがdc ...._ 10 c mの範囲ではdの増加と共 にしは増加する.例えば、dが1・5c mの場合にはじは1・2...._ 4・2、平均2・25μsで

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沿函距離d (crn) (a) Co=2. 6pF/cm2

(f)

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2 4 10

沿国距雌d (crn) (b) Co=27 pF/cm2

第6 _- 1 1図 _V，.， 0印加時のフ ラ ッ シオーバ時間と

沿面距離との関係

あるが、 dが10cmになると1.9""'5.4、 平均3.0μsと増加するo しかし、 dが O. 4 c m ""' dc の領域ではdが増加するとtf は減少し、 しかもその変動幅もp\

領域に比べて大きいo 例えば、 dがO.6 c mでは0.6""'13.7師、平均4.1μsとな り、dが1.5cmの場合に比べてしの変動幅も平均値も大きくなる。 しかし同 図( b )に示すように、 Coが27p F / ^cm 2になるとtfはdの増加と共に増加する ようになり、 dの減少と共にじが増加する領域はなくなるo

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オーーノち品事呈

以上述べたように、 PET フ ィルムの V60 - d特性は、 Coによって決ま るある沿面距離dcを境として互に異なる。 また、 Coによってし- d特性が 異なる。 このように、 dおよびCoによって沿面放電諸特性が異なっている

ので、 沿面放電過程も相違するものと考えられるo ここでは、 V 60印加時 における種々のdおよびCoに対する沿面放電過程を、 イメージコ ンパータ

カメラを用いて観測した結果について詳細に述べる。

0_ 5_ 1 1-ど貧頁主或じうまを託面フラッシコ;J--ーノミ逓同室

第6 ^{- 1} 2図に、 dが5cm、 Coが7.8 p F / ^cm 2 の場合のイメージコ ンパータ カメラによる流し写真と電圧一電流オシ ログラムを示す。 この場合の沿面 フラ ッ シオーバ過程は、 Coが2.6 _p F / ^cm 2 のアクリル板の場合(_{5 8} )とほぼ同

様の過程となる。 すなわち、 V60を印加した場合電圧印加直後、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。 印加電圧の上昇と共に、 さらに負極先端からは新た

な負ストリーマが発生し、 先行の停止した負ストリーマの外縁部に達して、

さらに正極に向って進展する。 その後、 この負ストリーマの発光は持続的

となりその幹部には細く絞られた負リーダ(58)(NL)が形成される(第6 -

1 2図( ^{a ) )。 負リーダは、}その先端から負ストリーマを間欠的に発生しな

がら、 約7x 10 11 cm / sの平均速度で正極に向って進展し(第6 - 1 2図( ^{b ))、}

正極に近づくと進展速度を急速に増して、 正極に到達すると直ちに フラ ッ シオーバする{第6 - 1 2図( ^{c )}。} アークへの移行は、 ほぼ同時に両極から

起こる(第6 - 1 2図( ^d )}。 しかし、 Coが2. 6 _p r / ^cm 2の場合に比べ、Coが7.8

(d)

(Co = 7. 8 p F / ^{cm 2， d = 5 cm ， V =} 1 7 . 1 k V '=T V 5 0 ) 第6 - 1 2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

pF / cm 2の場合には、 Coが増加したため、 負リーダ先端から発生する負スト

リーマの発生間隔が短くなり、 負ストリーマの進展長も短くなる。 また電 流波形はCoが2. 6 p F / cm 2 の場合は、 Coが同じアクリル板の場合と同様に数 発のパルスを伴った波形となるが、 Coが7 . 8 p F / cm 2 の場合は、 電流ノマルス の発生間隔が短くなる(第6 - 1 2 (b ・)}。

第6 - 1 3図に、 dが5 cm、 Coが55p F / cm 2の場合の観測写真と電圧一電流 オシ ログラムを示す。 τがさらに小さくなって著しくCoが増加すると、 負 ストリーマの進展長は著しく短くなり、 流し写真では負ストリーマの発光 が認めにくくなる。 この場合には、 _V 60印加直後、 棒電極先端から強い発 光域が進展する。 この発光域には、 前述の負リーダのようにその先端から 発生進展する負ストリーマは認められないが、 これが正極に到達すると直 ちに フラ ッ シオーバするので、 Coが7. 8 p F / cm 2 の場合と同様に負リーダと 呼ぶ。 この負リーダは、 その先端を強く発光させながら、Coが2. 6および7.8 pF / cm 2の場合とは異なり、 ほぼ連続的に正極に向って約7_{x 10 6} cm / sの平均 速度で進展し{第6 - 1 3図( _a )、 (b )}、 正極に向って3. 5 cm程度進展した 後停止する。 また、 最初に発生した負リーダが進展している聞にも、 新た な別の負リーダが棒電極先端から発生し、 先行の負リーダチ ャネルとは別 の経路を進展し、 しかも前に発生した負リーダより、 さらに進展するよう

になる(第6 - 1 3図(b ) }。 第6 - 1 3図( _e )は、 これらの進展状況を示し た5駒の駒撮り写真であるが、 同図の3駒田で進展した負リーダが4駒目 および5駒日では見当らず、 また3駒目あるいは4駒目で見当らない負リ ーダが、 それぞれ次の4駒目あるいは5駒目で負極先端から新たに進展し ていることがわかる。 したがって、 その後何発目かに発生した負リーダが 正極に到達すると、 直ちに フラ ッ シオーバし(第6 - 1 3図( _c )}、 正極側

'_咽『

Mu-+| ω・E

0.30 0.70 1.06 1.42 1.78lJs 棒電極、

》

(Co

=

=

•

=

-

流し撮り写真とオシ ログラム

からアークへ移行することがわかる(第6

-

写真では負ストリーマの発生は認められないが、 静止写真(第6 - 3図)に

よると 、 極めて短いが棒電極先端および負リーダ先端から負ストリーマは 発生進展しているので、 この場合にも負リーダ先端から極めて短いが 、 負 ストリーマは進展しているものと思われる。 また 、Coが7. 8 p F / cm 2の場合の 電流波形にはパルス状の成分が多いo しかし、 Coが55p F / cm 2になるとやや 階段状に 、 しかも連続的に電流が増加 し、Coが7. ₈ p F / cm 2に比べて約10倍近

い電流が流れ 、 その値は20数Aになる{図11( ^{b ・)}}。

以上のように 、 バ領域に おける負リーダはその頭部から負ストリーマを 間欠的に発生し、 これが正極に到達すると直ちにフラ ッ シオーバ するo こ のA'領域の過程は、 負リーダ先端から負ストリーマを間欠的に発生しつ

つ進展する点では、 アクリル板 すなわちCoが 2. 6 p F / cm 2以下の場合のA領 域と良く似た過程になる。しかし、 この PET フ ィルムすなわちCoが2. 6 pF /cm 2以上の場合には、 Coの増加と共に負ストリーマの 進展長が著しく 短く なり、 またCoが2. 6 p F / cm 2 以下のアクリル板の場合の V60 - d特性と異な るので、 Coが2. 6 p F / cm 2以下の場合に呼んだA領域と区別して、 Coが2. 6 pF

/cm 2以上のこの領域をA・領域と呼んだ。

6_ 5_ .2. C'貧頁主或じつまιH面フラッシコずーーノ沿在日歪

第6 - ¹ 4図に 、 dがO. 8 cmでCoが2. 6 p F / cm 2 の場合の流 し写真を示す。

この領域の沿面フラ ッ シオーバ過程は、 アクリル板の場合( 6 8 )と同様の過 程となる。 すなわち 、 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が発生し、 若干の距離を 進展した後停止する。 その後、

端子電圧の上昇に伴って再び負極先端から負ストリーマが発生進展するが、

この負ストリーマは、 端子電圧が波高値に達するころには発光が弱くなり、

- 143 -

負極には暗部が広がって負ストリーマの発光域が正極の方に進展する。 こ

の発光域が正極に到達すると、 その到達点、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{58)o その後、 1 次正ストリーマの発生点か らは負極へ向かう2次正ストリーマ( s p s )が進展し、 これが負極に到達 するとフラ ソ シオーパ・が起り、 アークに移行する。 以上のようなフラ ッ シ オーバ過程は、 アクリル板および PET フ ィルム 、 また、 それらの厚みが 異なり、 固有容量が違ってもほぼ同じになる。 なお、 ここでdが O.4 cm --

dcの範囲を C '領域としたのは、 この範囲での Vr;o - d特性が針対平板ギ ャ y プの場合(& & )の C '領域のそれと大差なく、 また V'ðO印加時のフ ラ ッ シオーバ過程もほぼ同じになるからである。

t (1..15) ^-+- 1.3

国

七(1..15) ^-+- 3.4

08

粉 、緑 町

lも出

(a) ''EE‘、 、‘，a，，hU

七(1..15) ^-+- 3.6

•

士

ー (C)

(Co = ^{2. 6 p} F / ^{c m 2 ， d} = ^{O. 8 cm， V} = ^{1 4. 7 k V:， V r; 0 )}

第6 - ¹ 4図 c ・領域における沿面フラ ッ シオーバ過程の 流し綴り写真とオシ ログラム

- 114 -

6. 6 ま台在百フラッシオ一一一ノミE持f生およて〆主品不呈に女寸すーる C:::Ocつ葺移毛畠F

前述のように、 沿面フラ ッ シオーバ特性およびフラ ッ シオーバ過程は 、 ある沿面距離dcを境として互に異なる。 これは、Coが2. 6 p F / ^cm 2以下のアク リル板の場合とほぼ同様になるo しかし、 tが 1 mmからさらに減少し、 c。

が著しく増加すると、 負ストリーマの進展長が著しく減少し、 dがdc以上 の沿面フラ ッ シオーバ特性および過程は、 Coが2. 6 p F / ^cm 2以下の場合と異 なってくる。 ここでは、 Coの増加による沿面フラ ッ シオーバ特性および過 程への影響について述べる。

V閣は、 dの増加と共にほぼ一定となり、 Coによってほぼ決まる(第6 -

6図) 0 そのため、 dが増し V 50が上昇しでも、 V 50印加時の最初に発生 する負ストリーマおよびさらに負極先端から発生する2発目の負ストリー マの進展長は、 dにあまり関係しなし\ ⁰ C '領域では、1発目および2発目 の負ストリーマによって形成された負電荷が、 正極に到達することがフラ

ッ シオーバの条件である。 そのため、 dが増加してdc以上になると、 1発 日および2発自により形成された負電荷は正極に到達し難くなるので、 さ らに負ストリーマが負リーダ先端から発生進展するようになる。 このよう に1発目および2発目の負ストリーマの進展長が、 その後の放電過程に著 しい差を生み 、 そのため、 V 50 やしはdcを境として変化する。

Coを増加すると、 Ä領域では、 最初に発生する負ストーマおよびその後 間欠的に発生進展する負ストリーマの進展長が短くなる。 一方、 Coの増加 は充電電流を増大させるので、 Coが7. 8 p F / ^cm 2の場合2A程度、55p F / ^cm 2の 場合には20数A以上の持続的な電流が流れる。 そのため、 負リーダの発光 は強く、 しかも持続的になり、 その導電性を著しく高める。 このようにCo

- 145 -

『咽『

が小さいアクリル板の場合には、 負ストリーマの進展によって負リーダが 形成され進展するが、 Coが大きい PET フ ィルムの場合には、 負ストリー マの進展長は著しく 小さくなる。 しかし 、 Coが著しく大きくなるので、 負 ストリーマの進展と共に極めて大きな充電電 流が流れ 、 これが負リーダの 形成と進展に大きな役割を果すようになる。 これがアクリル板と PET フ

ィルムの場合の V 50 ーd特性の違いとして表れたものと考えられる。

また 、 C'領域での フラ ッ シオーバの条件は、 負ストリーマによって形 成された負電荷が正極に到達することであったが、 Coを増加すると負スト

リーマの進展長は小さくなるので、 Coの増加と共に C '領域の過程でフラ y シオーバする沿面距離は小さくなる。 そのため 、 K領域とC'領域の境 界となる沿面距離dcは、 Coの増加と共に 小さくなる。

6. 7 主主二之ト リー一、マUつ:1&買え云隼店蓮根事長#帯

電圧印加後最初に発生する負ストリーマの形成進展機構を調べるために、

高圧側の電極先端の曲率半径を大きくして電荷図を測定し 、 その形状を決 定している因子を理論的に検討する。

第6 ^{- 1} 5図に環状電極を取り除き 、 高圧側の電極として先端を半球状 にした直径の大きいD = 5 cmの棒電極を用いた場合の電荷図を示す。 この場 合の印加電圧は、 ほぼコ ロナ開始電圧程度である。 同図( _a )は、Coが2.6 pF /cm 2の PET フ ィルム 、 ( _{b )} 、 ( c )は、 CoがそれぞれO. 5 およびO. _{26 p F} / cm 2 のアクリル板の場合である。 電荷図は、 Coに関係無く円環状になり、 中心 部のダストの付着していない部分の直径が、 COの減少と共に大きくなるこ とがわかる。 なお、 円環状の電荷図の中に フ ィラメント状のストリーマの

- 146一

(a) Co=2.6 pF/cm2

Y=4.34kY (b) Co=O. 5 pF /cm2 Y=l1. 2kY ( D = 5 cm )

(c) Co=QÞ26pF/cmJ Y=16.6kY

第6 ^{- 1 5図} 高圧側電極の径が大きい場合の電荷図

ようなものが認められるが、 これはパッ クディ スチ ャージであるo 以上の ことから、 高圧側の電極直径Dが大きくなると、 負ストリーマは電極先端 からではなく、 若干先端中心から離れた点から負ストリーマが進展してい ると推定される。 この負ストリーマの発生進展機構を明らかにするために、

気中棒対平板ギャ y プの場合と比較検討して述べる。

気中格対平板ギャ y プにおいて、 棒電極のDが大きい場合、 最初に 認め られる発光は、 棒電極先端からではなく、 棒電極先端よりやや平板の方へ 離れた点からである。 その後、 この点から発光域LZが負極iこ向って進展 し、 これが負極に達すると、 ここから発光波が進展して発光域LZの発光

を強め 、 発光域LZから負ストリーマが進展する過程に なる(!I 8 )。 これを 沿面放電の場合に適用すると、 沿面放電の場合にも高圧側電極のDが大き くなると、 同様に負極先端より若干離れた点から放電が開始されるであろ

ぅ。 しかし 、 沿面放電の場合には固体誘電体が存在し、 負優先端中心部は 団体誘電体と接しているので、 陰極中心よりやや横方向へ離れた点から、

発光域LZが電気力線に沿って進展し、 負極の先端中心ではなく、 やや横

方向にずれた点に到達するo この発光域LZが負極に到達すると、 この到

達点から発光波が固体誘電体表面まで逆行し、 固体誘電体表面には負スト

リーマが形成されるものと考えられる。 負ストリーマは、 負極先端と反対 方向すなわち外側方向へ進展するo したがって、 この負ストリーマは、 固 体誘電体表面で円環状の電荷図として示される。 なお、 円環状の電荷図の 中に フ ィ ラメント状のストリーマのように認められるパッ クディ スチ ャー

ジは、 印加電圧が波高値に達し、 その後減衰し始めると、 誘電体表面に残 留した負電荷のため相対的に棒電極の方の電位が正となるため、 棒電極か ら円環状に残留した負電荷部分の中心部に正ストリーマが進展し、 その後 誘電体表面を外側に向って進展したものと思われる。

次に、 以上述べた観測結果を電離に関する輸送係数を使って理論的に検 討する。 いま、 気中棒対平板の電極配置において、 棒電極に負極性電圧を 印加したとき、 端子電圧が十分に高ければ、 負極から放出された電子は負 極近傍の高電界域で電離増殖し、 電子なだれが進展するo ギャ ッ プ軸をz 軸とし、 z軸と棒電極先端表面との交点を原点、 原点から平板電極方向を z軸の正方向とする。 負極(z = 0)を出発したなだれがギャ ッ プ軸に沿って z cm進んだ時のなだれ頭部の電子数をn e ( z )とすると、

ne (z ) ^{= e x p}

f >

ここで、 αは電子の衝突電離係数、 ηは電子の付着係数である。 この電子 なだれが、 さらに dz cm進展する聞に発生する正イオンの数および負イオ ンの数は、 それぞれ ne ( z )・α(z )・d zおよびne ( z )・η(z )・d zであ るから、 単一なだれの進展にともなって、 z軸に沿う長さ1 cm当たり発生

『咽『

するイオンの数、 すなわち正イオンの線密度N+ ( z ) および負イオンの線 密度N

_

つL 、、，， nhu m pu

y'b Au y'b

η， Y』

α

z，，‘、o

f--J

nr

x 凸L

Z α 一一

Z + N

円ぺUTi 、‘J'

pu m nhu

reb Au y'h

η， y'h

α

fllJ

P

X 凸L

z

nul 一一

Z N

となる。 また、

Nn(z)= N+(z)- N-(z) (6-14)

とする。 この場合は、負極を出発したなだれは、高電界域から低電界域へ向 かつて 進展するので、α(z )詮η(z )なる区間では、zの増加と共に ne ( z) は増加し 、α(z ) =η( z )となる点でその最大値Neに達する。 一方、 α(z) および(α(z )-η( z ))の値はzの増加と共に減少するので、 N+ ( ^Z )およ

びNn( z )の値はα(z )孟η(z )の区間内のある点で最大となる。

電子なだれにともなう発光が、 主として電子の衝突励起によるものとし、

ある区間内の衝突励起数が、 同じ区間内の衝突電離数、 したがって 、 正イ オンの発生数が多いほど多くなるものとすると(99\ 電子なだれの進展に 伴う発光は、 N+( z )の値が大きい区域ほど強いことになる。 した がって、

電子なだれの進展にともなう発光が全般的に微弱である場合には、 最初に 観測可能となる発光域は、 N+ ( ^Z )が最大となる点z ^Z mを中心として形 成されることになる。

ギャ ッ プ中の静電界は、 Abou-Seader等(^{1 0 0} )が用いた電荷重畳法により 計算し、 また、 αおよびηについて は、 Prasad等(^{1 0 1} )の測定値を次の実 験式で表して 用いる。

- 149 -

13J

m

pu ，，t、 aa可 nHu dEEA × 、lllj anuz nJb 円《U 、、，，J-lA Fhu n，心 E一p ，，t、 〆lll\ P 1i -EEA 一一 α

η =7.88p

[

与

^J

ここで、 Eは電界(V / cm )、 pは気圧(mm 11 _g )で、本研究では760である。 (6- 15)および(6-16)式は、 I1arrison等の実測値に良く一致し 、 それらの聞の差 は、 ほぼ実出'1 曲線の読取り誤差の範囲内にある。 第6 - 1 6図は、 Dが2 cm

dが4 cm、 印加電圧が44.5kYの場合のE( z _{)、 n}e ( z _{)、 N}+ ( ^Z )、 N- ( z ₎ およびN n ( z )の計算例を示したものである。 この場合、 N+ ( Z )が応大と

x103 x103 12

120

"

-・・

10ト ミ ^1∞ 「

/

8トぎ80 ‘ J

U I I

;二6 � � 60

+

w 三T

4ト 40

2 20

ハU ハU

0.2 0.3

Z (cm)

0.4

( D = 2 cm， d = 4 cm， V = 4 4. 5 k Y )

第6^{- 1} 6図 電界分布と単一なだれに伴う電荷

なるzの値 Zmは約O. ₂₄ cm、 Nn ( Z )が最大となるzの値 Zm・ は約O.₂₂ cmで

ある。 一方、 最初に観察される発光域の中心となるzの値を Z" とすると、

Z "の実視'1値はO.₂₃ cm程度であった(_{9 8} )。 以上のように 、 棒対平板気中ギ

ャ y プに負極性電圧を印加した場合には 、 棒電極の先端から若干平板電極 の方へ離れた点に最初の発光が観察されることが理論的に求められる。

これを沿面放電の場合にも同様に適用すると 、 沿面放電の場合には固体 誘電体が負極 先端に接して存在するため、 最初に観察される発光はギヤ ツ

プ軸上の点ではなく、 横方向へやや離れた点になる。

第6

-

d pや品い hh ! リ， 、、

印川

入 、 、 、 \ 、 \ 、 、

、 \ -e /

、 戸

、 4

411 7L

棒電極

o- 体 一一 電 一 優 一 誘 一 電 一 L 体 後

\

固 背

rrr己X

r ___..

第6

-

- 151一

極先端部分の位置を示す角度を0とすると、電極表面上のある点p ( Z ， r) から出発した電子なだれが、 電気力線に沿い高電界域から 低電界域へ向っ

て進展し、 固体誘電体上の点 r^ma x で 最大のN+ ( .Q zr )になるとする。 。が この場合より小さい場合には、 誘電体表面上の点でN+ ( .Q zr )の値は必ず

最大となるが、 距離.Qz rが短くなる ため最大のN+( .Q zr )の値はrma X の点、

の場合の値より小さくなる。 また 、 0が大きくなると 、 棒電極先端と固体 誘電体の聞の空気中におけるある点で N+(.Qzr)の値は最大となるが、 θ が大きくなるにしたがって電界が低下するので、θ の増加と共に 最大のN+

(.Qzr)の値は減少する。したがって 、 N+(.Qzr)の値が最大となる場所は、

固体誘電体上のある点になる。 この固体誘電体板上の場所を明らかにする ために 、 θを変化して誘電体板上の種々の点、におけるN+( .Q zr )を電子計 算機により求めた。 電界は、 第4章で述べた電荷重畳法により求め、 αお よびηは、 それぞれ(6-15)および(6-16)式を用いた。 なお 、 この計算での

電位の誤差は、 最大2x 10-2Vであ った。

第6 - ¹ 8図は、 D - 5 cm、Co⁼ O. 2 6 p F / cm 2の場合の棒電極先端からの距 離r に対する国体誘電体表面上におけるN+ ( .Q zr ) の変化を、 3種類の印 加電圧に対して示したものである。 N+( .Q zr )の 最大となるr は約O. 5 cmで、

これは第6 - ¹ 5図( c )の場合の円環状の電荷図の内径とほぼ一致する。

また 、 印加電圧を高くすると、ややN+( .Q zr )の値が最大となるr は大きく なり、 N+( .Q zr )の値も著しく 増加することがわかる。

第6 - 1 9図は、 同様にしてCoがO. 2 6および2. 6 p F / cm 2 の場合について

N+ ( 1 zr )を 求めたもので、 c。が大きくなるとr は小さくなり、 第6 - 1 5 図における 、 Coの増加に対する円環状ストリーマの内径の 減少の実験結果 と良く一致する。 これは、 Coが大きくなる程、 固体誘電体表面の電界Eが、

凶 静ヨ 3送 Q 緩107

入 うて

広UハU凋SEE-

(HlEU)

+Z ヤ同

4 6 8 10

棒電極先端からの距離r(mm) alaaa ハu RJ ハU 2

(Co = o. 26pF/cm2)

棒電極先端からの距離に対する正イオン数の 変 化 第6 - ¹ 8図

rの増加により急激に減少する(₄ . 6 節)ことによるものと思われる。

における電極表 12. 50

第6 - ^{2 0図は、} 棒電極上のある点、すなわちθが

固体誘電体上のある点、まで を出発した電子なだれが、

面上の点P(z， r)

および電界強度E (fzr)の変化 f z r の増加と共に指数関数的に増加 N+ ( f zr )

N+(fu)は、

の距離luを進展した場合の、

を示したものである。

1 5 3

Co=2.6 pF/cma Vご4.34kV

ハu QU d1Ea'

1 07 悩髄 繋Q 緩入 -

4て10 b

ヤ

同 (HlEU)

+Z

ハU

AIEE'

2 4 6 8

棒電極先端からの距蹴r(mm) 1 0 5

0

棒電極先端からの距離に対する正イオン数の変化 第6 - ¹ 9図

固体誘電体 .R..uがO.S9mmすなわち誘電体表面になるまで増加し続け、

し、

また電界強度Eの低下は極めて少ない。

表面で最大となる。

を中心として正の 固体誘電体表面上のある点 rm・x

以上述べたように、

この正空間電荷電界の増加により負極近傍の電 空間電荷の蓄積が進むと 、

r m I ^{X を結ぶ電気力} P(z， r)と

空間電荷電界の上昇は、

界が増す。 特iこ、

このように この部分の正イオンの蓄積はJ急速に進む。

線に沿って著しく、

して、濃密な正イオンm�の中央部分は負僅に向って突出し、 これがさらに電 この部分には多量の正イオンが付加され、見かけ上、加速度 界を上昇して、

1 5 4

、J い」

性ば 怨

5

V=16.6kV 8=12.50

8

fhu

A斗a

(HlEUUO←×)+Z

2 80

60

20

(EU\〉vこ

0.6 0.5

(m m) 0.1 0.2 0.3 0.4

電極表面からの距離んど

ハUハU

。

V=16.6kY) 電界分布と単一なだれに伴う電荷

co = ^{O. 2 6 p F / cm 2} ，

D = 5 cm ， 第6 - ² 0図

(8 ^=12.50

的に負極に向って進展する。 この濃度の高い正イオン群が負極にある程度 接近すると、 "fll作用の他、 正イオンの射突による負極からの電子放出作用 さらに 、濃密な正イ 正イオンの蓄積を促進する。

( "f 1作用)も有効となり、

負極表面の極く近くに多量の正イオンが発生するとこれ オン群が進展し 、

らの正イオンの射突によ って負極から放出される多量の電子が、 正空間電

その前面に局部的な高電界 荷群中を電離増倍しながら進展する。 この時、

この局部的 棒対平板気中ギャ ッ プでは 正イオン過剰な電離空間が進展するようになる。

な高電界の波は電離電圧波(1 0 2 )と考えられ、

i或を形成し、

1 5 5

発光波として観測されている(98)o 電離電圧波が進展し、 これが誘電体表 面まで達し、 この部分の電界が十分に高くなると、 その後、 新たな電子な だれが誘電体表面に沿って形成され、 負ストリーマが負極とは反対方向に 進展するようになるo そのため， 負ストリーマは， 円環状の電荷図として 観測されるものと考えられる。

6_ 8 嘉吉 雷命

固有容量が著しく増加した場合の沿面放電特性や放電過程を、 _{PET フ} ィルムを用いて観測し、 広い範囲での固有容量の影響について調べたo ま た、 負ストリーマの進展機構を理論的に検討し、 その形成機構を明らかに したo それらの結果を要約すると以下のようになる。

( 1 )電荷図形および静止写真図形は、Coが2.6pF/cm2の場合はアクリル板の 場合と同様な図形となるが、 Coが7.8pF/cm2の場合の電荷図では枝分れ した図形となり 、 さらにCoが55pF/cm2になると、 枝の幅がより細くなり、

その数が増加する。 また、 Coの増加と共に負リーダの本数は多くなり、

その先端から進展する負ストリーマの進展長は短くなる。

( 2 )負ストリーマが1発のみ発生した場合の、 ストリーマ発生時の電圧瞬 時値1んとそのときの電荷図の最大半径1との関係は (6 _-1 )式で与えられ る。 同式は0.26"-' 55pF/cm2の広い範囲のCoに対して使用できる。

( 3 ) VlSjがdの影響を受けないような沿面距離の領域で、 VlSjは固体絶縁 材料に無関係に 、O.26"-'55pF/cm2の広い範囲のCoに対して(6 -3 )式で与え られる。

(4) ^{V50 -}d特性は、 Coによって決まるある沿面距離dcを境としてほぼ2

本の直線によって示され、 dが 0・4 c m -- dcの範囲をC '領域、 dc -- 10 cm

の範囲をK領域と呼ぶと、 V 50 はC '領域では(6-5)式で示され、 アクリ ル板の場合と同じ式となるが、 K領域では(6 -8 )式で示され、 アクリル

板の場合と異なる。

(5) tf -d特性は、 CoがllpF/cm2以下ではアクリル板の場合とほぼ同様と

なり、 dc程度を境としてその特性が異なり、 dがdc -- 10 c mの範囲ではd の増加と共にじは増加する。 しかし、 dがO. 4 c m -- dcの領域ではdが増 加するとしは減少する。 また、 Coが27pF/cm2以上のし- d特性ではdの 増加と共にむは増加するようになり、 dの増加と共にじが減少する領域 はなくなる。

(6) t\領域の沿面フラ ッ シオーバ過程は、 ほぼアクリル板の場合と同様と なるo しかし、 固有容量の増加と共に負ストリーマの進展距離は短く、

その発生間隔も小さくなるo 特に、 Coが55pF/cm2の場合は負ストリーマ の進展長はさらに短くなり、 負リーダはその先端を強く発光させながら、

連続的に正極に向って進展するようになるo また、 負リーダは成長の度 に負電極から成長する。

(7) C' 領域の沿面フラ ッ シオーバ過程は、 アクリル板の場合と同様とな

る。 すなわち、 負ストリーマ先端部の発光域が正極に到達した後、 正極 から1次正ストリーマおよび正リーダが進展してフラ ッ シオーバが起るO ( 8 )高圧側の棒電極直径が大きくなると、 電圧印加後最初に発生する負ス トリーマは棒電極先端よりやや離れた場所から進展し、 その発生位置は Coの減少と共に棒電極先端から離れる。

芸高7主主*.怠 幸舌

'7 _ 1 ---'本言命ご丈じうまとおう

固体誘電体の沿面フラ ッ シオーバ現象に関して、 固体誘電体の固有容量 および沿面距離を広い範囲で変化し、 V 50印加時の沿面フラ y シオーバ過 程とその機構を解明したo また、 それらと沿面フラ ッ シオーバ諸特性とを 関連づけると共に、 従来の放電解明手段であった電荷図法とリヒテンベル

グ図法の新たな解釈法を提案した。 得られた結果の主要な点を要約すると 次のようになる。

1 . 固体誘電体の種類あるいはその厚さの違いによる沿面フラ y シオーパ、

特性および沿面フラ ッ シオーバ過程の変化は、 誘電体材料の固有容量 の違いとして表現できる。

2 . 正極性電圧印加時におけるフラ ッ シオーバ特性およびフラ ッ シオーバ 過程は、 沿面距離および誘電体の固有容量によって4領域、 すなわち C'、 B 、 AおよびÄ領域に分けられるo すなわち 、Coに依存するある 沿面距離をdcとすると、

Co三五2. 6 p F / crn 2の場合、

C' 領域: d = O. 4 --1. 0 crn、 B領域: d = 1. 0 --2. 5 crn、

A 領域: d = 2. 5 --_{1 0} crn Co詮2. 6 p F / cm 2の場合、

C' 領域: d = O. 4 cm -- dc、 Ä領域: d = dc --_{1 0} cm

3 . 正極性電圧印加時の沿面フラ ッ シオーバ特性および過程を明らかにし

た。

(1) C' 領域の V 60は、 誘電体の固有容量に関係なく、 dのみの関数で示

ーー・g

されるo また、 この場合には、 電圧印加後、 正極から1次正ストリー マが進展し、 1次正ストリーマ幹部に形成された2次正ストリーマに よって両電極聞が橋絡され、 フラ ッ シオーバが起こる。 この領域では、

1次正ストリーマの進展は1発のみである。

(2) AおよびÄ領域の V 60 は、 Coおよびdの関数で示されるo また、 A

領域では電圧印加後、 まず正極先端から1次正ストリーマが発生し、

端子電圧の上昇に伴って正極から再び新たな1次正ストリーマが発生 する。 このうち、 後に発生した1次正ストリーマ幹部には2次正スト リーマおよび正リーダが形成される。 その後、 正リーダからリーダコ

ロナが間欠的に発生進展し、 これに伴って2次正ストリーマおよび正 リーダが進展して負極に達すると、 フラ ッ シオーバが生じる。

Ä領域では、 Coの増加と共に1次正ストリーマの進展長が短く、 そ の発生間隔も小さくなる。 特に、 Coが著しく大きくなると、 正リーダ 全体が持続的にしかも強く発光し、 その先端から発生する1次正スト リーマは著しく小さい。

(3) B領域では V 60 の変動幅が著しく大きい。 この領域では Aおよび C' の両領域のフラ ッ シオーバ過程が混在する。

4. 正極性電圧印加時のフラ ッ シオーバ機構を明らかにした。

(1 ) C' 領域では、 最初の1次正ストリーマは負極に到達し、 2次正ス

トリーマが両極聞を橋絡してフラ ッ シオーバが起こる。 2次正ストリ ーマは、 最初の1次正ストリーマの進展によって形成された空間電荷 および負極から放出され、 負極近傍の高電界で電離増倍した電子群の 流入によって維持されている。 したがって、 このような過程では最初 の1次正ストリーマが負極に到達して豊富な空間電荷を形成し、 かつ、

負極前面に局部的な高電界域を形成すると共に、 正負極聞の平均電界 が18k V / cmであることがフラ ッ シオーバ、の要件である。

(2) A領域では、 最初のl次正ストリーマの進展後、 後続の1次正ス

トリーマが進展して、 その幹部に正リーダが形成され、 これが負極に 到達するとフラ ッ シオーバが起こる。 このように沿面放電では正リー ダが誘電体表面に沿って進展するので、 誘電体表面の性質およびCoが 正リーダの進展に影響を及ぼす。 したがって、 A領域では正リーダ の進展がフラ ッ シオーバに重要な役割を果しているので、 ^V 60 はCoに 依存する。

(3) Coが大きいときに出現するÄ領域では、 発生している正リーダと背 後電極聞にCoを通して大きな充電電流がリーダチ ャネルに流れ、 正リ ーダの加熱と導電率の上昇が促進されて、 リーダ先端からのストリー マが殆どなくてもリーダが進展できる。 また、 正ストリーマの進展長 は高電界電極近傍の電界傾度に依存するので、 固有容量が大きくなる と、 正ストリーマは伸びにくくなる。

5 . 負極性電圧印加時におけるフラ ッ シオーバ特性およびフラ ッ シオーバ

過程は、 沿面距離および誘電体の固有容量によって3領域、 すなわち C 、 AおよびÄ領域に分けられる。 すなわち、

Co三五2. 6 p F / cm 2の場合、

C' 領域: d = O. 4 cm -- dc、 A領域: d = dc --1 0 cm Co 詮2. 6 p F / cm 2の場合、

C' 領域: d = O. 4 cm -- dc、 Ä領域: d = dc -- 1 0 cm

6 . 負極性電圧印加時の沿面フラ ッ シオーバ特性および過程を明らかにし

アこ。

一 160 -

(1) C' 領域の V 50 は正極性の場合と同じように、 誘電体の固有容量に

関係なく 、 dのみの関数で示される。 また、 この場合には、 負極先端 から進展する2発自の負ストリーマの発光域が正極に到達した後、 正 極から1次正ストリーマ、 2次正ストリーマおよび正リーダが進展し てフラ ッ シオーバする。

(2) Aおよびþ\_領域の V 50 は、 Coおよびdの関数で示される。 また、 A 領域では、 負極先端からの2発目の負ストリーマ頭部近傍から新たな 負ストリーマが発生すると、 ここから発光波が負極に向って進展し、

これによってGleitstielすなわち負リーダが形成される。 その後、 間 欠的な負ストリーマの発生と共にGleitstielが進展し、 その導電率の 上昇を伴って、 これが正極に達するとフラ ッ シオーバする。

(4) þ\_領域では、 ほぼA領域の場合のフラ ッ シオーバ過程と同じになる が、 負リーダ先端から発生する負ストリーマの進展距離が著しく短く、

また負リーダはその発光を持続しながらほぼ連続的に進展し、 正極に 達してフラ ッ シオーバする。

7 . 負極性電圧印加時のフラ ッ シオーバ機構を明らかにした。

(1 ) c' 領域では、 第1コ ロナと第2コ ロナによって形成された負電荷

群が正極に向か つてドリフトし、 正極に接近して正極近傍の電界を高 め 、 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、 この正放電の成長によってフラ 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 までの聞の第2コ ロナの進展長が十分に大きいことである。

(2) A領域では、 第2コ ロナ頭部から新たなコ ロナ(第2ステ ッ プのコ ロナ)が発生すると、 このコ ロナの起点から負極方向へ高速度の発光