结构参数对介质阻挡放电击穿电压的影响
介质阻挡放电功率测量及各参量变化规律
2. 4 气隙有效电场强度 气隙有效电场强度 E g 随激励电压和激励频率
的变化关系如图 6 所示. 从图中可以看出: E g 随 V 的增大而呈线性增加; 试验采用的 10, 14 kH z两种 频率的 E g - V 图形几乎重合, 说明激励频率对 E g 的 影响很小. 另由气隙有效电场强度 E g 公式可知: 要 有效增大 DBD 放电时的 E g, 需采用较 小的放电间 隙, 介电常数大且厚度较薄的介质.
- V L issa jous) 图形法. 目前认为 Q - V L issa jous图 形法测 量 D BD 放电 功率效果 较好 [ 3- 6] , 但 未见对
DBD 放电参量进行系统的分析, 文中利用该方法对 DBD 各放电参量进行较为细致的研究.
电容 C 充电.
1 Q示, 对应的 CH 1 和 CH 2 通道波形如图 2b所示. 从 图可以看出: 在一个放电周期内, A B, C D 为微 放电阶段, A, C 点为 放电起始点, B, D 为放电终止 点; B C, D A 阶段为放电熄灭后, 电源向 DBD总
图 2 DBD 放电典型 Q - V L issajous图形及其放电电压波形
图 4 等效电容随激励电压的变化关系 F ig. 4 Equivalen t capac itance as a function
o f applied vo ltage
由图 4a可以看出, 当 DBD 放电装置结构参数 确定时, 放电熄灭阶段的总电容 C 受 V, f 变化的影 响较小, 其值在一个较小范围内变化, 试验测得其变 化范围为 26. 5 ~ 27. 5 pF. 图 4b 表明: C d 随 V, f 的 升高而增 大, Cg 随 V, f 增 大而 略 有下 降, 其 值在
高电压技术习题与答案
2)
3)
课 后
答
案
网
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co
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三、计算问答题 9) 正接法和反接法西林电桥各应用在什么条件下？ 10) 如图所示，介质的三电容模型，试推导说明视在放电电荷量 q 与介质中真实 放电电荷 qr 之间的关系,要求写出推导过程。
4)
5)
6)
内
8)
二、填空题 9) 交流高电压试验设备主要是指______。 10) 试验变压器的体积和重量都随其额定电压值的增加而急剧增加，试验变压器 的额定容量 Pn 应按______来选择。 11) 在电压很高时，常采用几个变压器串联的方法，几台试验变压器串联的意思 是______。 12) 如果串级数为 n，串级变压器整套设备的装置总容量 W 装为______，随着串 级数的增加，装置的利用率明显下降，一般串级数 n ≤ ______。 13) 串级数为 4 级试的串级试验变压器的利用率η 为______。 14) 试验变压器容性试品上的电压的电压升高，分为______和______。 15) 利用高压实验变压器产生操作冲击波， 而不用冲击电压发生器来产生冲击波， 是因为______。 16) 电力系统外绝缘的冲击高压试验通常可以采样 15 次冲击法，即是______。 17) 用高压静电电压表测量稳态高电压的优点是______；缺点是______。 18) 冲击电压发生器的原理是______。 19) 在冲击电压发生器的等效电路中，若考虑回路电感效应，为获得非振荡冲击 波的条件是_________
答
第三章 液体和固体介质的电气特性
案
网
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1)
介质阻挡放电特性及其影响因素.
图6石英介质厚度对DBD放电特性的影响
Fig .6Comparis on of discharge power with different thickness
of barrier quartz under varied
voltage
图7陶瓷介质厚度对DBD放电特性的影响
Fig .7Comparis on of discharge power with different thickness
图2是常压下空气中以陶瓷为介质的介质阻挡放电形貌,可以看出,大量的微放电无规则地分布在整个放电空间内,均匀、漫散且稳定,接近低气压下的辉光放电,但实际上是由大量细微的快脉冲放电通道构成的
.
图2常压空气中介质阻挡放电形貌
Fig .2D ielectric barrier discharge i m age in air under nor mal
的能量大小起决定作用.在常压较大气体浓度下,只有通过提高气隙电场强度得到大量高能电子,才能使介质阻挡放电顺利进行.
由图1可知采用单阻挡介质时,气体击穿放电前放电间隙电场强度为:
E g =
V εd
l d εg +l g εd
(2
式中V为外加电压;εd、εg分别为介质及气体的相
对介电常数;l d、l g为介质厚度和气隙宽度.
由式(2可见,增加外加电压V和相对介电常数εd ,减小放电间隙l g和介质厚度l d ,可以获得较强的放电间隙电场强度.
113放电形貌及等离子体空间分布特性
由112可知,微放电是介质阻挡放电的核心.由
于介质的绝缘性质,微放电能够彼此独立地发生在放电气体间隙里的很多随机位置上,每个微放电通道相当于弧光放电中的流光击穿.
0.1mm空气间隙击穿电压
0.1mm空气间隙击穿电压在电力系统中，空气间隙的击穿电压是一个重要的参数。
它决定了电力系统在正常运行时的安全性和可靠性。
本文将详细讨论0.1mm空气间隙的击穿电压。
一、空气间隙击穿电压的基本概念空气间隙击穿电压是指在一定条件下，空气间隙中的电场强度达到临界值，导致空气中的气体分子发生电离，形成导电通道，从而使间隙导通。
这一过程需要足够高的电压，以克服空气分子的绝缘能力。
二、影响空气间隙击穿电压的因素1. 空气间隙的长度：空气间隙的长度对击穿电压产生显著的影响。
通常来说，间隙的距离越短，击穿电压就会越高。
这是因为，在相同的电场强度下，短间隙中的气体分子数量相对较少，因此需要更高的电压才能使其电离。
这个现象可以通过气体放电理论进行解释，当间隙距离缩短，电场强度增大，气体分子更容易被电离，从而引发放电现象。
2. 空气间隙的形状：空气间隙的形状也是影响击穿电压的重要因素。
一般来说，狭缝形状的间隙相比平板形状的间隙更容易击穿。
这是因为在狭缝形状的间隙中，电场强度分布更加不均匀，局部区域的电场强度更高，因此更容易引发气体分子的电离。
这个现象可以通过计算电场分布和气体分子的电离率来进一步解释。
3. 空气的温度和压力：空气的温度和压力也会影响其绝缘能力。
随着温度的升高，空气分子的热运动加剧，更容易被电离。
而随着压力的升高，空气分子的密度增加，绝缘能力提高，击穿电压也会相应升高。
这个现象可以通过分子热运动理论和气体放电理论进行解释，温度升高使得气体分子的热运动加剧，更容易被电离；而压力升高使得气体分子的密度增加，绝缘能力提高，击穿电压相应升高。
4. 电压作用时间：电压作用时间也是影响空气间隙击穿电压的一个重要因素。
在短时间内施加高电压，空气间隙可能来不及发生电离就结束了电压作用。
而在长时间的作用下，空气间隙有足够的时间发生电离，击穿电压相应降低。
这个现象可以通过电离理论和放电现象进行研究，短时间内施加高电压可能不足以引发空气间隙的电离；而在长时间的作用下，空气间隙有足够的时间发生电离，击穿电压相应降低。
高电压技术考试复习题与答案.
⾼电压技术考试复习题与答案.第⼀章⽓体放电的基本物理过程⼀、选择题1)A ．碰撞游离 C ．光游离 D ．电荷畸变电场2) 先导通道的形成是以的出现为特征。
A ．碰撞游离B ．表⾯游离C ．热游离D ．光游离3) 电晕放电是⼀种。
A ．⾃持放电B ．⾮⾃持放电C ．电弧放电D ．均匀场中放电 4) ⽓体内的各种粒⼦因⾼温⽽动能增加，发⽣相互碰撞⽽产⽣游离的形式称为。
A.碰撞游离B.光游离C.热游离D.表⾯游离5) ______型绝缘⼦具有损坏后“⾃爆”的特性。
A.电⼯陶瓷B.钢化玻璃C.硅橡胶D.⼄丙橡胶6) 以下哪个不是发⽣污闪最危险的⽓象条件？A.⼤雾B.⽑⽑⾬C.凝露D.⼤⾬7) 污秽等级II 的污湿特征：⼤⽓中等污染地区，轻盐碱和炉烟污秽地区，离海岸盐场3km~10km 地区，在污闪季节中潮湿多雾但⾬量较少，其线路盐密为 2/cm mg 。
A .≤0.03 B.>0.03~0.06 C.>0.06~0.10 D.>0.10~0.258)以下哪种材料具有憎⽔性？A . 硅橡胶 B.电瓷 C. 玻璃 D ⾦属⼆、填空题9) 、电晕放电、刷状放电、⽕花放电、电弧放电10) 根据巴申定律，在某⼀PS 值下，击穿电压存在极⼩值。
11) 在极不均匀电场中，空⽓湿度增加，空⽓间隙击穿电压提⾼。
12)13) 击穿特性。
14) ⽓体中带电质⼦的消失有扩散、复合、附着效应等⼏种形式15)16) 17) 标准参考⼤⽓条件为：温度C t 200=，压⼒=0b 101.3 kPa ，绝对湿度30/11m g h = 18)越易吸湿的固体，沿⾯闪络电压就越_低_____ 19)等值盐密法是把绝缘⼦表⾯的污秽密度按照其导电性转化为单位⾯积上___Nacl_______20) 料三、计算问答题21)简要论述汤逊放电理论。
22) 为什么棒－板间隙中棒为正极性时电晕起始电压⽐负极性时略⾼？ 23)影响套管沿⾯闪络电压的主要因素有哪些？ 24) 某距离4m 的棒-极间隙。
筛网-平板介质阻挡放电的特性及影响因素的研究
探头 、 电流探 头 和示 波器 ， 电压 探头 和 电流探 头用 以
采集放电系统中的电压 、 电流信号 ， 由示波器显示并 记录相应的电压 、 电流参数及波形． 电最终产生 的 放 臭氧 通过 ｌ％ Ｋ 溶液 吸收 ． ０ Ｉ
１ 筛 网一 ． 平板 Ｄ Ｄ反应器 ；． Ｂ ２ 高压 电源 ；． ３ 示波器 ；． ４ 电压探 头 ； ５ 电流探头 ；． ３测试仪 ；． ． ６Ｏ ７ 流量计 ；． ８ 气瓶 ；．０ Ｋ 溶液 ９１％ Ｉ
但 由于针 一 板结构的存在 ， 使得其空间等离子体不 连续 ， 反应物气流可从针与针之间的空隙和放电流 柱之间流过 ， 而且这种放 电方式的电流集 中在针尖 上 ， 针尖 容易烧 蚀 ； 一种 比较 典 型 的线 一 结 构 使 另 板 电极 ， 如果采 用 的放 电线过 细 ， 较大 的放 电 电流会 则 烧断 电线 ， 如果 放 电线 过 粗 ， 导致 尖 度 不 够 ， 电 则 放 不强烈 ， 因此不适于流体反应物的等离子体化学反 应． 本课题组在研究 Ｄ Ｄ等离子体降解活性炭上吸 Ｂ 附 的有 机 污染物 时 ， 出 了一 种筛 网 一 板 Ｄ Ｄ结 提 平 Ｂ 构 ． 验研 究 了阻挡介 质材 料 的种类 、 实 厚度 以及 放 电 气 隙间距 对筛 网 一 板 电极 Ｄ Ｄ功 率 的影 响 ， 平 Ｂ 比较 了筛 网 一 平板 、 板 一 板 和 多 针 一 板 ３种 不 同 电 平 平 平
笔者采用试验手段对筛网一 平板 电极 Ｄ Ｄ的特 Ｂ
图 １ 实验装置示意 图
收 稿 日期 ： ０ １０ —３ ２ １ －５０
基金项 目： 国家“ ６ ” ８ ３ 计划资助项 目（０ ８ Ａ ６ ３ ８ ２０ Ａ ０ Ｚ ０ ） 作者简介 ： 屈广周 （ ９ １） 男 ， 士 ， １８ ． ， 博 讲师 ， 主要研究方 向为气体放 电技术产 生等离子体及 其应 用
高电压技术复习试题
一、选择题1、流注理论未考虑（ D ）的现象。
（P24第6行）A．电荷畸变电场B．碰撞游离 C．光游离 D．表面游离2、电晕放电是一种（Ｂ）。
（P27）A．非自持放电B．自持放电C．电弧放电 D．均匀场中放电3、滑闪放电是以介质表面的放电通道中发生（Ｂ）为特征。
A．光游离B．热游离C．极化 D．碰撞游离（P43倒9行）4、在高气压下，气隙的击穿电压和电极表面（ B ）有很大关系。
A．面积 B．粗糙度 C．电场分布 D．形状5.先导通道的形成是以（ C ）的出现为特征。
（P34，7行）A. 碰撞游离B. 表面游离C. 热游离D. 光游离6、电介质的击穿强度按（ B ）顺序降低。
A.固体、气体、液体B.固体、液体、气体C.气体、液体、固体D.液体、气体、固体7、SF6气体具有较高绝缘强度的主要原因之一是( D )。
A．无色无味性B．不燃性C．无腐蚀性D．电负性8、以下哪个不是发生污闪最危险的气象条件？( D )A.大雾B.毛毛雨C.凝露D.大雨9下列因素中，明显影响离子式极化的是（ D ）A. 频率B. 气压C. 湿度D. 温度10、在极不均匀电场中，正极性击穿电压比负极性击穿电压（A）P33-36页A.小B.大C.相等D.不确定11、电介质在受潮或受污染后，其相对介电常数将( A )A.变大B.变小C.不变D.不确定12、SF6气体具有较高绝缘强度主要原因之一是( D ) P69页A.无色无味性B.不燃性C.无腐蚀性D.电负性13、极化时间最短的是( A ) P1-3页A.电子位移极化B.离子位移极化C.转向极化D.空间电荷极化14、不均匀的绝缘试品，如果绝缘严重受潮，则吸收比K将（ C ）P131A．远大于1 B．远小于1C．约等于1 D．不易确定二、是非题（T表示正确、F表示错误）（ T ）1、在大气压力下，空气间隙击穿电压与阴极材料无关。
（ F ）2、试品绝缘状况愈好，吸收过程进行的就愈快。
大气压均匀介质阻挡放电的应用进展
大气压均匀介质阻挡放电的应用进展王子卿;樊楠【摘要】本文首先对大气压均匀放电的产生方法进行了分析,主要是从放电属性、放电结构、放电激励源等方面进行分类与归纳,并从激励电源因素、电极结构与电介质因素以及其它外部因素三个方面对大气压均匀介质阻挡放电的研究现状进行了综述.最后,详细分析和探讨了在诊断技术、反应器参数优化、功率密度问题以及其它等方面存在的问题与难点.【期刊名称】《科技视界》【年(卷),期】2018(000)007【总页数】2页(P132-133)【关键词】大气压均匀放电;诊断技术;功率密度【作者】王子卿;樊楠【作者单位】华北电力大学,中国北京 102206;中国铁道科学研究院电子计算技术研究所,中国北京 100081【正文语种】中文【中图分类】O4610 引言大气压均匀放电所产生的等离子体在杀菌消毒、材料表面改性、环境保护以及生物医学等领域有着非常广泛的应用。
目前对于大气压均匀放电的研究很多，包括对其放电的产生条件、放电属性及机理、方法以及其应用等，在对大气压均匀放电机理方法方面，目前主要可以从放电属性、放电结构、放电激励源等方面进行分类与归纳；在对其应用方面，目前主要都在实验室中进行仿真研究，也有在工业领域进行一些试验性的应用与探讨。
主要是利用其所产生的等离子体进行杀菌消毒、对材料进行表面改性等方面，另外在环境保护以及生物医学等领域也都进行了一些应用。
本文首先对大气压均匀放电的产生方法进行了分析，主要是从放电属性、放电结构、放电激励源等方面进行分类与归纳。
接下来，对当前大气压均匀放电的在激励电源、电极结构与电介质因素、气体及外部因素三个方面研究现状进行了综述。
最后，探讨了该研究领域出现的一些问题以及未来需要解决的或者值得研究的课题，为大气压均匀放电的进一步推广应用提供决策依据和理论支持。
1 大气压均匀放电产生方法产生等离子体的大气压均匀放电的方式有很多种，依据放电的属性可以分为：辉光放电、汤生放电、电弧放电、电晕放电、流注放电以及火花放电等；依据放电的结构可以分为：空心阴极放电、介质阻挡放电、射流放电、沿面放电以及滑动放电等；依据激励源可以分为：交流放电、直流放电、微波放电、射频放电以及脉冲放电等[1]。
介质阻挡放电中体放电和沿面放电的光谱线形研究
３ ０ ９
０ ０Ｇ·ｍｍ－１ 光栅 ，利用光谱仪的两 个 选择光谱仪的 ２４ 光纤探头 ，在 ６ ９ ３～７ ０ ０ｎ ｍ 的范围内同时采集了 Ｖ Ｄ和Ｓ Ｄ 的Ａ 谱 线 ，如 图 ３ 所 示 。从 图 中 可 以 看 出 ， ｒⅠ（ ２ 犘２ →１ 犛 ５） Ｖ Ｄ 的谱线强度明显高于 Ｓ Ｄ 的谱线强度 。 Ｄ和Ｓ Ｄ的 Ａ ｒＩ谱 线 随 压 强 的 变 化 ， 实验同时研究 了 Ｖ 发现二者变化规律相 似 ，为 简 单 起 见 ，图 ４ 仅 给 出 了 Ｓ Ｄ的 低气压１ Ａ ｒ Ⅰ 谱线随压强的变化 。由图可见 ，与参考 谱 线 （ ０ 相比 ，随着压强的增大 ，谱线 Ｐ ａ 左右氩气放电的 Ａ ｒ Ⅰ 谱线 ） 均向长波方向移 动 。仔 细 观 察 发 现 ，谱 线 的 左 支 基 本 重 合 ， 而右支随压强的增大向长波方向移动 。
犉 犻 ２ 犜 犺 犲狏 狅 犾 狌 犿 犲犱 犻 狊 犮 犺 犪 狉 犲（ 犞 犇） 犪 狀 犱 狊 狌 狉 犳 犪 犮 犲犱 犻 狊 犮 犺 犪 狉 犲（ 犛 犇） 犵 犵 犵 狅 犫 狊 犲 狉 狏 犲 犱 犻 狀犇 犅 犇狌 狀 犱 犲 狉狋 犺 犲犲 狓 犲 狉 犻 犿 犲 狀 狋 犪 犾狆 犪 狉 犪 犿 犲 狋 犲 狉 狊狅 犳 狆 ， ， 犝 ＝３ ２犽 犞， ０犽 犎 狕 ０犽 犘 犪 犱＝３ ８ 犿犿， 犳＝６ 狆＝６ 犪 狀 犱χ＝９ ９ ９％ 犃狉 犲 狉 犲 狊 犲 狀 狋 狊犞 犇犪 狀 犱犅狉 犲 狉 犲 狊 犲 狀 狋 狊 犛 犇 狆 狆 狊 犜 犺 犲 犲 狓 狅 狊 狌 狉 犲 狋 犻 犿 犲狅 犳 狋 犺 犲狆 犺 狅 狋 狅 狉 犪 移 亦 与 电 子 密 度 有 关 。非 氢 原子的谱线频移 犱 ｔ 与电子密度 犖 ｅ 之间的关系式为
介质阻挡放电功率测量及各参量变化规律
０ ｔ ａ ｎ ｄ ｓ ｈａ ｇ ａ ａ ｅ ｅ ｓ ｆ ｉｓ ｍ ｉ ｉｃ ｒ ｅ ｐ ｒ ｍ ｔ ｒ
Ｗ ＮＧ ｊ ｎ，Ｃ ＩＹ—ｉ ＺＨＵ ＮＧ Ｆ ｎ — ｉ Ａ ｕ Ａ ｉ ， ｘ Ａ ｅ ｇ ｚ ，ＷＡ ｉｇ ｈ ＮＧ Ｊｎ
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（ （ Ｉｌ ｔ ｕｏ ｏｉ ｎ ｒｆｃ Ｅ ｇｎ ｅｉｇ ｉ ｇ ｕＵ ｉｅｓ ｙ ｈ ｎｉ ｇ Ｊ ｎ ｓ １ ０ ３， ｈｎ ） Ｓ． ） ｔ ｔ ｅ ａ ｄＴ ａｆ ｎ ｉｅ ｒ ，Ｊ ｎ ｓ ｎｖ ｒｉ ，Ｚ ｃ ｊ ｎ ， ｉ ｇ ｕ２ ２ １ Ｃ ｉａ ｝ｏ ｏ Ａ ｍ ｖ １ ｉ ｎ ａ ｔ ａ ａ
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介质阻挡放电去除NO的实验研究_赵文华
文章编号:025322468(2004)0120107204 中图分类号:O539 文献标识码:A介质阻挡放电去除NO 的实验研究赵文华,张旭东 (清华大学工程力学系,北京 100084)摘要:设计了一套高压电源和同轴圆柱-筒介质阻挡放电反应器装置,进行了冷等离子体去除NO 的实验研究,结果表明该方法是有效的.研究了气体流量、NO 初始浓度、放电电压、O 2含量以及中心电极尺寸对NO 去除效率的影响.当流量较小或NO 初始浓度较低时,有较高的去除率;流量变大和NO 初始浓度增加时,NO 的去除率将下降.放电电压升高,NO 去除率将增大.O 2的存在会降低NO 的去除率.放电管其它特征尺寸给定条件下,中心电极存在一个最佳直径,使得NO 的去除效果最为理想.关键词:介质阻挡放电;冷等离子体;NO 去除The experimental research of N O removal with the dielectric barrier dis 2charge non 2thermal plasmaZH AO W enhua ,ZH ANG Xudong (Department of Engineering M echanics ,Tsinghua University ,Beijing 100084)Abstract :A set of experimental setup of the high v oltage power and coaxial cylinder 2tube dielectric barrier discharge reaction vessel is designed to investigate NO rem oval with non 2thermal plasma produced by barrier discharges.The method is proved to be effective.The in fluences of the gas flow rate ,NO initial concentration ,applied v oltage ;contents of O 2and the diameter of the central electrode on the NO rem oval rate are al 2s o investigated respectively.The NO rem oval rate is high at small gas flow rate or low NO initial concentration ,while it will decrease remark 2ably with the gas flow rate or NO initial concentration increasing.M oreover ,the rem oval rate will increase with the discharge v oltage increas 2ing.The existence of O 2can lead to the decreasing of the NO rem oval rate.The diameter of the central electrode will als o in fluence the NO re 2m oval rate ,and when the other conditions are given ,the optimal NO rem oval rate can be obtained through the optim ization of the diameter of the central electrode.K eyw ords :dielectric barrier discharge ;non 2thermal plasma ;NO rem oval收稿日期:2003202224;修订日期:2003205229作者简介:赵文华(1938—),男,教授zhaowh @ 汽车排气现已成为继煤烟之后城市主要的污染源,控制汽车排气污染成为各国竞相研究的重要课题.目前,有许多种汽车尾气排放控制的技术,如废气再循环(EG R )、燃油添加剂、附加催化反应装置等,这些技术各有优缺点.相比C O 和HC ,NO x 的去除更为困难[1].因此有待研究能够高效去除NO x 的新技术.作为一种独特的方法,近些年来,冷等离子体(non 2thermal plas 2ma )在空气污染净化,尤其是NO x 去除方面的应用逐渐引起了人们的重视[2].产生冷等离子体的方法有多种,例如电晕放电、介质阻挡放电等.这两种方法所用设备均非常简单,具有实用价值.本文设计了一套工频高压电源和同轴圆柱2筒电极介质阻挡放电装置,对介质阻挡放电去除NO (汽车尾气中NO x 的80%是NO [3])进行了初步的研究.1 实验系统实验系统如图1所示.整个系统可以分为4部分:供气系统、电源及其控制系统、放电管反应器与气体检测系统.供气系统包括NO 标准气气瓶(919%NO +N 2)和N 2ΠO 2混合气气瓶(9915%N 2+015%O 2)(研究O 2含量对NO 去除的影响除外),以及配套的流量调节装置.调节第24卷第1期2004年1月环 境 科 学 学 报ACT A SCIE NTI AE CIRCUMST ANTI AE V ol.24,N o.1Jan.,2004图1 实验系统示意图Fig.1 Schematic diagram of theexperimental system 两种混合气的流量,可得到不同NO 浓度的NO ΠN 2ΠO 2混合气体.实验所用的电源由以下几部分组成:电源控制箱、1∶250升压变压器、电源输入遥控装置以及调压遥控装置.电源控制箱将输入的工频(50H z )电经调压后输入变压器,同时显示电压及电流信号.当回路中电流超过设定值时,控制箱自动切断电源.为安全和操作方便起见,电源开关和电压调节均采用遥控装置进行操作.放电管反应器结构如图2所示.管外层均匀包裹一层锡箔,和高压电源的地端相连.处理后的气体经出气口和管路相连排出,接受气体分析仪器检测.11绝缘塞子 21进(出)气口 31中心电极41接地电极 51石英玻璃套管图2 同轴圆柱2筒电极介质阻挡放电管反应器结构图Fig.2 Schematic of coaxial cylinder 2tube electrodedielectric barrier discharge reaction vessel 放电区长度(即为锡箔层接地电极的长度):L =250mm.中心电极直径D 1=1418mm(研究中心电极直径对NO 去除的影响除外).石英玻璃管介质层内径D 2=2010mm.采用K M900型便携式烟气分析仪来分析气体组分.该仪器可自动分析混合气体中的多种组分(如N 2、O 2、NO 、NO x 、S O x 等)的含量.2 实验结果采用上述系统进行了初步实验,混合气体经过放电处理后,NO 浓度会降低.对放电处理后的混合气体进行成份分析,其成份仍然是N 2、O 2和NO.说明冷等离子体去除NO 的反应产物主要是N 2和O 2,这和文献[4]中给出的冷等离子体还原NO 的机理是相一致的.在此基础上,本文进一步研究了气体流量、NO 初始浓度、施加电压、O 2含量以及中心电极直径对NO 去除效果的影响.为叙述方便,定义如下符号:混合气体流量:Q (m 3Πh );NO 初始浓度:C in (10-6);NO 残余浓度:C out (10-6);NO 去除率:η=C in -C out C in×100%.211 气体流量和NO 初始浓度对去除率的影响中心电极施加电压固定(U =16kV ),改变混合气体流量(Q =0105、0106、0108、0110、0112、0115、0120、0125m 3Πh ),在不同NO 初始浓度(C in =100×10-6、200×10-6、300×10-6、400×10-6、500×10-6、600×10-6)下进行实验.结果见图3.从图3看出,流量较小、NO 初始浓度较低的情况下,均可取得比较好的去除效果.212 电压对去除率的影响给定初始浓度C in =400×10-6,在不同混合气体流量下改变中心电极电压进行了实验.结果如图4所示.实验发现,当中心电极电压U 升至615kV 时,放电管排出的混合气的NO 浓度突然减小.电压增加,NO 去除率随之增加.213 O 2对NO 去除率的影响固定混合气体流量(Q =011m 3Πh )(加入O 2后的流量)情况下,在不同NO 入口浓度C in 下,801环 境 科 学 学 报24卷 (a )η2Q 关系 (b )η2C in 关系图3 N O 初始浓度和混合气体流量对N O 去除率的影响Fig.3 In fluences on the NO rem oval rate of NO initial concentration and gas flow rate加入不同比率的O 2(2%、4%、6%、8%),进行实验.结果如图5所示.从图中可以看出,O 2的加入会导致相同情况下NO 去除率降低,O 2加入的量越多,去除率降低得也越多.当O 2含量达到8%时,NO 去除率降低不到10%.图4 C i n =400×10-6时不同流量下N O 去除率随中心电极电压的变化关系Fig.4 Curves of η2U at different gas flow ratesand C in =400ppm 图5 Q =011m 3Πh ,不同O 2含量下的η2C i n 曲线Fig 15 Curves of η2C in with different O 2contents at Q =0110m 3Πh(a )Q =0110m 3Πh 的η2C in 关系 (b )C in =400×10-6的η2Q 关系图6 中心电极直径对N O 去除率的影响Fig.6 In fluences on the NO rem oval rate of the diameter of the central electrode214 中心电极直径对去除率的影响保持放电管其它特征参数不变,采用3支直径分别为12mm (M1)、1418mm (M2)与16mm (M3)的不同中心电极,进行了2组实验.图6(a )是混合气体流量一定(Q =0110m 3Πh )时,NO 去除率随初始浓度的变化曲线.图6(b )是NO 初始浓度一定(C in =400×10-6)时,去除率随混合气体流量的变化曲线.实验结果显示,中心电极直径变化对NO 的去除有着显著的影响.采用M2电极时NO 的去除率在3种情况里最高,这说明在放电管其他特征参数给定的条件下,中心电极直径既非9011期赵文华等:介质阻挡放电去除NO 的实验研究011环 境 科 学 学 报24卷越大越好,也非越小越好,存在一个最佳值,使得NO的去除率最高.3 分析与讨论根据冷等离子体去除NO的反应机理[4],可知放电生成的高能电子数密度的大小对NO的去除效果有关键性的影响.更深入的研究[5]指出,对于介质阻挡放电管去除NO的情形,影响去除率的还有2个关键因素:气体在放电管内的停留时间与有效的放电时间.气体的流量越小,在放电管内的停留时间越长,去除NO的反应发生得也就越多,从而NO的去除率就越高.文献[6]指出,O2的加入会降低放电产生的高能电子数的密度,这将导致NO去除率的降低.除去外界加入的O,NO被还原后生成的O2同样也会影响高能电子数的密度.NO初始浓2的浓度也越高,因而NO去除率也越低.对于介质阻挡放电进行数值模度越高,反应生成的O2拟的结果表明[7],尽管外加电压在一个较大范围内变化,但放电时由于空间电荷的屏蔽作用,放电间隙内的电场强度基本保持不变,也就是说,电压的变化对高能电子数密度没有太大的影响.但由于在交变电压变化的整个周期内,并不都在放电[8],只有当施加电压达到起始击穿电压时,才开始放电,而当施加电压达到峰值电压时,放电截止.因此在一个周期内,只有部分时间发生去除NO的反应.施加电压提高,将延长有效的放电时间,从而会提高NO的去除效率.中心电极直径的变化会影响起始击穿电压[6],进而影响有效的放电时间.中心电极直径越大,起始放电电压越低,电源变化的一个周期内有效放电时间越长,有助于提高NO的去除效率;但同时,气隙的截面积随着中心电极直径的增大而减小,气体在放电管内的停留时间缩短了.因此,不需改变其他条件,选择合适直径的中心电极,即可使得NO的去除效率达到最佳.4 结论(1)混合气体的流量以及NO的初始浓度对NO的去除有着明显的影响.流量较小和初始浓度较低时,可以达到很好的去除效果.流量和初始浓度增加,NO去除率都将下降.(2)放电电压对NO去除率有显著的影响.电压越高,去除率越大.(3)O2的存在会降低NO的去除率,O2含量越高,NO的去除率越低.(4)保持其他条件不变,改变中心电极的直径对NO的去除率也有影响.中心电极直径存在一最佳值,使得放电管去除NO的效率最高.参考文献:[1] Sawyer R F,Harley R A,Cadle S H,et al.M obile s ources critical review:1998NARST O assessment[J].Atm ospheric Environ2ment,2000,34:2161—2181[2] Hacham R,Akiyama H.Air pollution control by electrical discharges[J].IEEE T ransactions on Dielectrics and E lectrical Insula2tion,2000,7(5):654—683[3] Fujii T om io,Rea M assim o.T reatment of NO x in exhaust gas by corona plasma over water surface[J].Vacuum,2000,59:228—235[4] G al A,K urahashi M,K uzum oto M.An energy2consum ption and byproduct2generation analysis of the discharge non2thermal plasma2chem ical NO2reduction process[J].Journal of Physics D:Applied Physics,1999,32:1163—1168[5] 张旭东.介质阻挡放电冷等离子体去除NO的研究[D].北京:清华大学,2003[6] 王文春,吴彦,李学初,等.NO,N2气体中电源放电高能电子密度分布的光谱实验研究[J].环境科学学报,1998,18(1):51—55[7] Penetrante Bernie M,Hsiao M ark C,M erritt Bernard T,et al.C om paris on of electrical discharge techniques for non2thermal plasmaprocessing of NO in N2[J].IEEE T ransactions on Plasma Science,1995,23(4):679—687[8] 徐学基,诸定昌.气体放电物理[M].上海:复旦大学出版社,1995:309—335。
高电压技术练习试题及答案解析
高电压技术练习题（一）一、填空题A、巴申定律B、汤逊理论C、流注理论D、小桥理论。
2.防雷接地电阻值应该（A ）。
A、越小越好B、越大越好C、为无穷大D、可大可小3.沿着固体介质表面发生的气体放电称为（B）A电晕放电B、沿面放电C、火花放电D、余光放电4.能够维持稳定电晕放电的电场结构属于（C）A、均匀电场B、稍不均匀电场C、极不均匀电场D、同轴圆筒5.固体介质因受潮发热而产生的击穿过程属于（B）A、电击穿B、热击穿C、电化学击穿D、闪络6.以下试验项目属于破坏性试验的是（A ）。
A、耐压试验B、绝缘电阻测量C、介质损耗测量D、泄漏测量7.海拔高度越大，设备的耐压能力（B）。
A、越高B、越低C、不变D、不确定8.超高压输电线路防雷措施最普遍使用的是（B）A、避雷针B、避雷线C、避雷器D、放电间隙9.变电站直击雷防护的主要装置是（A ）。
A、避雷针B、避雷线C、避雷器D、放电间隙10.对固体电介质，施加下列电压，其中击穿电压最低的是（C）。
A、直流电压B、工频交流电压C、高频交流电压D、雷电冲击电压11.纯直流电压作用下，能有效提高套管绝缘性能的措施是（C）。
A、减小套管体电容B、减小套管表面电阻C、增加沿面距离D、增加套管壁厚12.由于光辐射而产生游离的形式称为（B ）。
A、碰撞游离B、光游离C、热游离D、表面游离答案：B19.解释气压较高、距离较长的间隙中的气体放电过程可用（A ）A、流注理论B、汤逊理论C、巴申定律D、小桥理论13测量绝缘电阻不能有效发现的缺陷是（D ）。
A、绝缘整体受潮B、存在贯穿性的导电通道C、绝缘局部严重受潮D、绝缘中的局部缺陷14.设S1、S2 分别为某避雷器及其被保护设备的伏秒特性曲线，要使设备受到可靠保护必须（B ）。
A、S1高于S2B、S1低于S2C、S1等于S2D、S1与S2 相交15.表示某地区雷电活动强度的主要指标是指雷暴小时与（B ）。
A、耐雷水平B、雷暴日C、跳闸率D、大气压强16.极不均匀电场中的极性效应表明（D ）。
介质阻挡放电及其应用
介质阻挡放电及其应用王新新(清华大学电机系,北京100084)摘 要:为使读者比较全面地了解介质阻挡放电,根据气体放电理论和实验结果,对介质阻挡放电进行了综述。
首先提出了只有拍摄曝光时间为10ns 左右的放电图像才能判断放电是否为均匀放电,即使是均匀放电,也不能统称其为大气压辉光放电,还必须进一步区分它是辉光放电还是汤森放电。
其次,说明了只有增加放电的种子电子,使放电在低电场下进行才有可能实现大气压下均匀放电。
最后,根据放电图像、电流电压波形、数值模拟结果,证明了大气压氦气均匀放电为辉光放电,而大气压氮气均匀放电为汤森放电。
最后还简要介绍了3种介质阻挡放电的主要工业化应用 大型臭氧发生器、薄膜表面的流水线处理、等离子体显示屏。
关键词:介质阻挡放电;大气压辉光放电;汤森放电;辉光放电;气体放电;等离子体表面处理中图分类号:T M 213;T M 89文献标志码:A 文章编号:1003 6520(2009)01 0001 11基金资助项目:国家自然科学基金重点项目(50537020);博士点专项基金项目(20040003011)。
Project Su pported by National Natural Science Fou ndation (50537020),Special Resear ch Fund for the Doctoral Program of H igh er Education(20040003011).Dielectric Barrier Discharge and Its ApplicationsWAN G Xin x in(Department of Electrical Eng ineer ing,T singhua Univer sity,Beijing 100084,China)Abstract:In or der to compr ehensively under stand D BD,w e r ev iew ed the investig atio ns of dielect ric bar rier discharg e (DBD)by fo cusing o n t he physics relat ed to the unifo rm dischar ge at atmospher ic pressur e.It is sug gested that the best way to disting uish a unifor m dischar ge fro m a filamentar y one is to take a picture w ith an ex posur e time of about 10ns.Ev en fo r a real uniform discharg e,it is import ant to fur ther distinguish a g low dischar ge fr om a T o wnsend discharg e.T he o nly w ay to get a unifo rm discharg e at atmo spheric pressur e is to make the discharg e at a low er elec tr ic field by incr easing the seed electro ns initiating the dischar ge.Recently,the unifor m dischar ges at atmospher ic pr essure have been o btained in helium and nitrog en,i.e.,subno rmal g low discharg e in helium and T ow nsend dis charg e in nitro gen.M o reov er,we briefly intr oduced thr ee indust rial applicat ions of DBD plasmas,including the ad v anced o zo ne g ener ator ,continuous do uble sided t reatment of foil surface,plasma display panel.Key words:dielect ric bar rier discharg e;atmospher ic pressure g lo w dischar ge;T o wnsend discharg e;glow dischar ge;gas dischar ge;plasma surface modificat ion0 引言近20年来,气体放电产生的低温等离子体得到越来越广泛的应用,等离子体处理技术应运而生。
介电阻挡放电实验报告
介电阻挡放电实验报告介电阻挡放电实验是在模拟介电介质阻挡过程中，在一定条件下对其进行放电评价。
由于介电介质的介电损耗不相等，所以其放电方式也是不一样的。
当施加一定电压时，由于介电介质体积大小的不同，放电方式也有所差异。
在实际工作中，如果某一介质存在介电常数很小、导电性很强等缺陷时，就会产生大范围的介电阻隔放电现象；而如果某一介质存在介电常数很大等缺陷时，就会产生较小的介电常数较大、导电性较强等缺陷的放电现象。
下面分别介绍一下：介电阻挡放电实验的原理及方法。
通过图1可知：通过将导线（导体）连接成有金属环状结构之后，当电流通过环状结构时，就会产生电场；当电流通过绝缘体时会产生电场；当电流通过绝缘体后则会产生反向磁场而使电流方向改变，这样便产生强磁场和弱磁场两种电磁干扰形式。
当直流电压通过环状结构时（即在环状的导线内）发生高频交流相互作用，即产生高频交流电场和低频交流电波；而直流电压从电波向电磁波方向传播时则产生感应电磁波等效于直流电的电磁现象。
1、实验准备实验所需的仪器及材料有：(1)电源线：用绝缘手套等物将整个电线绝缘。
(2)导线：直径约为20 cm,长度约为20 m,用一根粗铜丝编织成环状导体。
(3)导电剂：用铜丝编成环状导体后用聚四氟乙烯针头进行试管样测量，并根据测量结果确定是否需要更换绝缘材料。
(4)绝缘材料：用绝缘手套等物将所需的绝缘材料按要求制成合适规格的导体。
(5)电源线：用铜丝编成环状导体后用绝缘手套等物将所需部分导线绞好。
(6)介质：首先根据本实验对环状导线进行筛选。
选择一条符合本实验要求的环状金属导线作为试验介质。
(7)实验仪器设备：使用由西门子公司生产的 SIEMENS公司生产的电源线（经测试电压不小于20 kV)作为试验电压源。
2、实验过程首先，准备一块长方体电阻器，与绝缘体的连接处有多根电线，可在电阻器上分别加一个电阻。
当电阻器向绝缘体两端施加直流电压时，电阻器上的电线会通过三根电阻器与绝缘体之间产生较大电流；当电阻器向绝缘体两端施加直流电压时则会产生较小幅值和很大范围的放电现象。
高电压技术考试复习题与答案
第一章 气体放电的基本物理过程一、选择题1)A ．碰撞游离 C ．光游离 D ．电荷畸变电场2) 先导通道的形成是以 的出现为特征。
A ．碰撞游离B ．表面游离C ．热游离D ．光游离3) 电晕放电是一种 。
A ．自持放电B ．非自持放电C ．电弧放电D ．均匀场中放电4) 气体内的各种粒子因高温而动能增加，发生相互碰撞而产生游离的形式称为 。
A.碰撞游离B.光游离C.热游离D.表面游离5) ______型绝缘子具有损坏后“自爆”的特性。
A.电工陶瓷B.钢化玻璃C.硅橡胶D.乙丙橡胶6) 以下哪个不是发生污闪最危险的气象条件？A.大雾B.毛毛雨C.凝露D.大雨7) 污秽等级II 的污湿特征：大气中等污染地区，轻盐碱和炉烟污秽地区，离海岸盐场3km~10km 地区，在污闪季节中潮湿多雾但雨量较少，其线路盐密为 2/cm mg 。
A .≤0.03 B.>0.03~0.06 C.>0.06~0.10 D.>0.10~0.25 8) 以下哪种材料具有憎水性？A . 硅橡胶 B.电瓷 C. 玻璃 D 金属二、填空题9) 、 电晕放电、刷状放电 、火花放电 、 电弧放电10) 根据巴申定律，在某一PS 值下，击穿电压存在 极小 值。
11) 在极不均匀电场中，空气湿度增加，空气间隙击穿电压 提高 。
12)13) 击穿特性。
14) 气体中带电质子的消失有 扩散 、复合、附着效应等几种形式15)16) 17) 标准参考大气条件为：温度C t 200=，压力=0b 101.3 kPa ，绝对湿度30/11m g h = 18)越易吸湿的固体，沿面闪络电压就越_低_____ 19)等值盐密法是把绝缘子表面的污秽密度按照其导电性转化为单位面积上___Nacl_______20) 料三、计算问答题21)简要论述汤逊放电理论。
22) 为什么棒－板间隙中棒为正极性时电晕起始电压比负极性时略高？ 23)影响套管沿面闪络电压的主要因素有哪些？ 24) 某距离4m 的棒-极间隙。
介质阻挡放电离子源的研究进展
介质阻挡放电离子源的研究进展崔文凯; 陈茂兴【期刊名称】《《河南科技》》【年(卷),期】2019(000)011【总页数】3页(P128-130)【关键词】介质阻挡放电; 离子源; 电极【作者】崔文凯; 陈茂兴【作者单位】国家知识产权局专利局专利审查协作河南中心河南郑州 450002【正文语种】中文【中图分类】O657.631 研究背景介质阻挡放电离子源（DBDI）是一种以介质阻挡放电为基础的新型敞开式离子源［1］。
介质阻挡放电是在两放电电极之间的区域充满惰性气体或者混合气体，并将其中一个或两个电极用绝缘介质覆盖，在高压电源施加的电压超过帕型击穿电压时，电极间的气体被击穿，发生介质阻挡放电，在介质阻挡放电过程中，产生大量的自由基、电子、离子、激发态原子和分子碎片。
这些化学活性物质可对样品进行解析与离子化，绝缘介质可以被看成放电的“熄灭器”，避免电弧等剧烈放电现象形成，使整个放电过程更均匀温和。
介质阻挡放电离子源具有免试剂、结构简单、操作方便、离子化效率高等特点，能够在几秒钟内实现气体、液体和固体样品离子化，可与各类质谱仪联用进行原位、实时、快速分析，获得的质谱图背景噪声小，检测灵敏度高，便于质谱解析和定量分析。
2 DBDI的结构分类依据DBDI电极的数量可以将其分为两大类，即双电极DBDI、单电极DBDI。
其中，双电极DBDI 根据电极的形状和位置不同，又可以分为针-盘电极DBDI、双表面电极DBDI、内外双环电极DBDI和中心电极DBDI等［2］。
2.1 双电极DBDI双电极DBDI中的一个电极作为高压电极，另一个作为接地电极。
其中，针-盘电极DBDI 由金属针和金属盘组成放电电极，两电极之间的强电场主要集中在金属针电极的尖端。
双表面电极DBDI和内外双环电极DBDI均采用两个环形结构的金属电极，两者的不同在于环状电极的位置不同。
内外双环电极DBDI 的两个金属环电极分别位于放电管的外部和内部，同轴设置，放电空间比较均匀，放电相对稳定，放电无极性效应；双表面电极DBDI中的两个金属环电极均设置在放电管外部，双表面电极的两金属环沿放电管轴向分布，两电极之间的强电场也主要以轴向分量为主，气体也沿轴向流动，从而有利于惰性气体在强电场中电离形成流注崩头。
结构参数对介质阻挡放电击穿电压的影响
结构参数对介质阻挡放电击穿电压的影响孙保民;汪涛;肖海平;曾菊瑛【摘要】为了研究介质阻挡放电(DBD)下反应器结构对气体击穿时反应器两端所需外加电压的影响,进行模拟烟气(N2/NO)在DBD下放电的实验,改变气体间隙、介质材料、电极接入方式、内电极材料等参数,分别比较击穿电压的变化.对实验条件下气体间隙的电场分布进行模拟计算,通过分析电场对击穿电压的影响,验证了实验结果的正确性.结果表明:增大内电极直径,减小气体间隙可以降低击穿电压;增大阻挡介质的介电常数对降低击穿电压有利;与内电极作阳极相比,内电极作阴极时击穿电压较低;内电极材料的二次电子发射系数越大,击穿电压越小.【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2015(039)003【总页数】4页(P609-612)【关键词】介质阻挡放电;数值模拟;反应器结构;击穿电压【作者】孙保民;汪涛;肖海平;曾菊瑛【作者单位】华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室,北京102206;华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室,北京102206;华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室,北京102206;华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室,北京102206【正文语种】中文【中图分类】TM93随着现代工业的发展，机动车辆数量大增，火电机组也增多，机动车和电厂排放的尾气中含有大量的氮氧化物(NO)，严重危害人类的健康。
氮氧化物的脱除是目前控制发动机和电厂有害物排放的重点和难点。
低温等离子体技术作为脱除NO的新方法，具有效率高、能耗低、无二次污染等优点[1]。
介质阻挡放电(DBD)是一种典型的低温等离子体放电，由两个金属电极和至少一个绝缘介质组成。
不同的反应器结构参数下表现出的放电特性大不相同，周博等[2]认为同轴圆柱型DBD的放电起始电压随中心电极半径的增大呈现出先增大后减小的变化趋势。
Wang等[3]探讨了不同内电极结构对介质阻挡放电脱除NO的影响。
气隙间距对纳秒脉冲介质阻挡放电的影响
气隙间距对纳秒脉冲介质阻挡放电的影响齐海成;张每英【摘要】采用平行板电极结构,在静态空气中获得了稳定的大气压纳秒脉冲介质阻挡放电,研究了气隙间距对放电的电特性和放电形态的影响.研究结果表明,随着气隙间距的增大,放电的击穿电压增大,放电的强度减弱,原因是气隙间距的增大减弱了放电空间的电场;同时放电形态由均匀放电逐渐转变为丝状放电,这决定于电子雪崩的发展过程.【期刊名称】《渤海大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(037)004【总页数】4页(P318-321)【关键词】纳秒脉冲;气隙间距;介质阻挡放电【作者】齐海成;张每英【作者单位】鞍山师范学院物理科学与技术学院,辽宁鞍山114005;鞍山市广播电视学校物理组,辽宁海城114200【正文语种】中文【中图分类】O531作为大气压下产生非平衡等离子体的主要方式，介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge,DBD)已经受到广泛研究〔1〕，研究表明，当激励电压加在两电极之间时，在放电空间形成外加电场，气隙中电子加速向阳极运动，同时电离中性粒子，产生电子雪崩，气体被击穿，放电过程中，阳极附近的介质表面积累电子，阴极附近的介质表面积累正离子，形成的内建电场与外加电场方向相反，当总电场场强低于某一阈值时，放电熄灭；介质板上的电荷将存活很长时间，到下半周期，外加电场方向改变，此时介质表面电荷形成的电场与外加电场同向，总电场被加强，气隙被击穿，一段时间后由于表面电荷的积累，放电又熄灭，如此重复. DBD已被应用在许多的工业领域，如材料表面改性〔2〕、臭氧合成〔3〕、气体流动控制以及发动机的点火和助燃等等.传统的DBD主要采用交流电源激励，但是近些年来，用脉冲电源尤其是纳秒脉冲等短脉冲电源激励的DBD得到越来越多的关注〔4〕.纳秒高压脉冲的特点是上升沿陡峭、脉宽小，放电时在气隙中形成较大的折合电场(E/n，其中E为空间电场，n为空间的粒子数密度)，瞬时产生大量的电子雪崩，所以易于产生均匀的放电〔5〕；而且由于纳秒脉冲脉宽窄，电场对气隙中带电粒子的作用时间较短，同时又由于放电所产生的离子的质量远大于电子的质量，放电过程中离子来不及响应外电场，导致离子基本不动，只有电子受到电场的加速〔6〕，所以纳秒脉冲放电的能量利用率高〔7〕；纳秒脉冲放电的击穿过程属于过电压击穿，将产生大量的高能电子，进一步增加活性粒子的产生效率.因此，相对于传统的交流DBD纳秒来说，大气压纳秒脉冲DBD具有放电更加均匀、能量利用效率更高、电子密度更高以及产生的等离子体具有更高的化学活性等诸多优势. 虽然大气压纳秒脉冲放电已经受到广泛关注，也得到了国内外学者的大量研究，但是由于纳秒脉冲放电本身十分复杂，放电参数(如脉冲上升沿、脉冲宽度、脉冲频率、工作气体种类和气隙间距等)对放电特性影响较大，所以纳秒脉冲放电的物理机制仍在讨论之中，本文在静止的空气中研究了气隙间距对纳秒脉冲放电的电特性和放电形态的影响，并进一步讨论纳秒脉冲的放电机制.本实验的放电原理图如图1所示，主要由DBD反应器、纳秒脉冲电源和诊断系统构成.电极为平行板结构，由不锈钢材料制成，电极的尺寸为100 mm×40 mm×5 mm，厚度为1 mm的云母片作为介质板，气隙间距可以在1 mm～10 mm范围内调节.三级磁压缩纳秒脉冲电源(ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ500Вт)是俄罗斯托木斯克理工大学高压所制造的，由低压脉冲发生器和变压器组成，电源的平均功率约为500 W，能够产生半高宽为200 ns、上升沿为约40 ns、峰值电流约为35 kV的纳秒高压脉冲.脉冲重复频率(pulse repetition frequency, PRF)可以调节为100、300、600、1000和1200 Hz.实验中采用高压探头Tektronix P6015A(1000× 100 MΩ)探测电压信号，用电流探头Tektronix TCP0150(150 A 20 MHz)探测电流信号，同时采用P30A-05型光电倍增管(photomultiplier，PMT)测量放电的光辐射信号，对比电压、电流和光电流波形来判断二次和三次放电的发生.采用Tektronix DPO4104(带宽1.0 GHz，采样率 5 GS/s)数字示波器记录并存储放电的电压、电流和光电流信号.采用数码照相机(尼康D3200)记录放电图像，用以观察和分析放电形态随气隙间距的变化.当气隙间距为2 mm，PRF为1200 Hz时，放电的电压、电流和光电流波形如图2所示，通过对比电流和光电流信号判断二次以及三次放电的产生.从图中可知，一个电压脉冲过程中共发生三次放电：主放电，二次放电和三次放电.主放电发生在电压脉冲的上升沿；二次放电发生在大约300 ns处，对应电压脉冲的下降沿；三次放电发生在大约500 ns处，对应电压脉冲振荡后的下降沿.主放电电流脉冲的峰值大约为75 A,宽度大约为60 ns.主放电发生后，随着放电的进行，在介质表面会积累越来越多的表面电荷，其在放电空间形成自建电场，自建电场与外加电场方向相反，当放电空间总电场被削弱到某一临界值时，主放电停止.而二次放电和三次放电与主放电极性相反，是在主放电产生的空间电荷和表面电荷的基础上加之电压的反冲的共同作用下被激励的.主放电的击穿电压如图2所示，即电压在上升沿有一个突然的减小〔8〕.放电的击穿电压随气隙间距的变化规律如图3所示.由图可知，在放电气隙间距为2 mm，PRF为1200 Hz时，击穿电压约为19 kV；而PRF为100 Hz时，击穿电压约为21 kV.随着气隙间距的增大，击穿电压基本上呈现出线性增大的趋势.当气隙间距为7 mm，PRF为1200 Hz时，击穿电压增加到约26 kV，而PRF为100 Hz时，击穿电压约为33 kV.这个规律符合气体放电的帕邢定律，pd值增大(p为放电空间的气压，d为气隙间距)，击穿电压增大.击穿电压的增大主要是因为在放电气隙中电子雪崩的发展受折合电场的影响，当d增大时，外加电压需要相应的增大使折合电场达到一定值，电子雪崩才能得到发展并形成流注，导致气隙击穿.在PRF分别为1200 Hz和100 Hz时，放电气隙间距对主放电峰值电流强度的影响如图4所示，随着气隙间距从2 mm逐渐增大到7 mm，峰值电流从约75 A逐渐下降到了约45 A，这说明了随着放电间隙的增大，放电强度明显减弱.主要是因为气隙间距增大导致了放电空间电场减弱，削弱了电子的电漂移运动，降低了电离效率，从而使放电强度减弱.PRF为1200 Hz时，不同气隙间距下的单周期放电图像如图5所示.可知，当气隙间距较小时，放电十分均匀，几乎没有明显的丝放电通道产生，放电处于类辉光模式.当气隙间距为5 mm时，可以明显观察到在放电空间中存在很多的微放电通道，但同时也存在着弥散放电的背景.当气隙间距继续增大时，弥散放电的成分逐渐减少，放电逐渐过渡到了丝状放电模式.产生这一现象主要与纳秒脉冲的放电机制有关.小间距下，放电空间同时产生大量电子雪崩，雪崩之间产生交叠，所以放电比较均匀.由于脉冲电源输出的电压脉冲幅值不变，大间距时，电场较小，瞬间产生的电子雪崩较少，雪崩之间的距离较大，击穿过程中电子雪崩已经不存在交叠.另外，从电子雪崩的发展过程来分析，大间距下，随着电子雪崩的发展，发生电离碰撞的次数大幅度增加，导致电子雪崩头部半径的不断增大，放电通道中电子密度也随之增大，单个的放电通道的放电强度增大，所以随着放电间距的增大，放电通道的亮度明显增强了.本实验在静止空气中获得了稳定的大气压纳秒脉冲介质阻挡放电，研究了放电的气隙间距对放电的电特性和放电形态的影响.实验结果表明，随着气隙间距的增大，主放电的击穿电压呈线性增大，主放电的峰值电流减弱，同时放电形态由小间距下的均匀放电逐渐转变为大间距下的丝状放电.分析认为，气隙间距增大时，气隙中的电场减弱，导致击穿电压升高和放电强度的降低；放电转变为丝状放电时由于大气隙时放电空间同时产生的电子雪崩较少，相互间不存在交叠，另外，大间距时，随着电子雪崩的发展，雪崩头部半径增大，导致明亮的丝放电通道的产生. 〔1〕KOGELSCHATZ U. Dielectric-barrier discharges: their history, discharge physics, and industrial applications〔J〕. Plasma Chemistry and Plasma Processing, 2003, 23 (1): 1-46.〔2〕WALSH J L，KONGM G. 10ns pulsed atmospheric air plasma for uniform treatment of polymeric surfaces〔J〕. Appl. Phys. Lett., 2007, 91 (25): 251504.〔3〕ONO R，ODA T. Ozone production process in pulsed positive dielectric barrier discharge〔J〕. J. Phys. D: Appl. Phys., 2007, 40 (1): 176-182.〔4〕TENDERO C, TIXIER C, TRISTANT P, et al. Atmospheric pressure plasmas: A review〔J〕Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy, 2006, 61 (1): 2-30.〔5〕JIANG H, SHAO T, ZHANG C, et al. Comparison of AC and nanosecond-pulsed DBDs in atmospheric air〔J〕. IEEE Trans. Plas. Sci.,2011, 39 (11): 2076-2077.〔6〕MIZUNO A, CLEMENTSJ S，DAVIS R H. A method for the removal ofsulfur dioxide from exhaust gas utilizing pulsed streamer corona for electron energization〔J〕IEEE Transactions on industry applications, 1986, 1A-22 (3): 516-522.〔7〕MILDREN R P， CARMAN R J. Enhanced performance of a dielectric barrier discharge lamp using short-pulsed excitation〔J〕. J. Phys. D: Appl. Phys., 2001, 34 (1): L1-L6.〔8〕PANOUSIS E,MERBAHI N, CLEMENT F, et al. Atmospheric pressure dielectric barrier discharges under unipolar and bipolar HV excitation in view of chemical reactivity in afterglow conditions〔J〕. IEEE Trans. Plasma Sci., 2009, 37 (6): 1004-1015.。
dbd介质阻挡放电电极间距
dbd介质阻挡放电电极间距
DBD (Dielectric Barrier Discharge) 是一种非热等离子体放电现象，常用于气体放电和等离子体处理应用中。
在DBD放电中，中间有一个绝缘介质层隔开了两个电极。
介质阻挡放电的电极间距可以根据实际应用需求来确定。
一般来说，较小的电极间距可以产生较高的电场强度，从而增加放电效果。
然而，太小的电极间距可能会导致击穿现象，使电流过大，甚至损坏设备。
对于DBD放电系统，常见的电极间距范围在几毫米到几厘米之间，具体取决于所使用的介质、电压和放电功率等因素。
在实际设计中，需要考虑到电场分布均匀性、电子束密度和介质击穿强度等因素，以实现最佳的放电效果。
需要注意的是，不同的应用领域和具体情况可能会有不同的要求，因此在确定电极间距时，建议参考相关文献、经验或专业人士的建议，并进行实验验证。
介质阻挡放电
介质阻挡放电的机制
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⚫ 当电极两端加上交流电压时，在半个周期内，可 以认为是直流放电。在第一个电子雪崩通过放电 间隙的过程中出现了相当数量的空间电荷。他们 聚集在雪崩头部。
由于电子运动速度快，电子 集中在雪崩的球状头部，正 离子滞后于电子而在雪崩的 后部。这样就产生了一个自 感电场叠加在外电场上，同 时对电子产生影响。
气体温度大致相等的等离子体。如常压下的电弧
放电等离子体和高频感应等离子体。
（2）非平衡等离子体：低气压下或常压下，电子
温度远远大于气体温度的等离子体。如低气压下 DC辉光放电和高频感应辉光放电，大气压下DBD 介质阻挡放电等产生的冷等离子体。
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⚫ 当气体被击穿，导电通道建立后，空间电荷在放 电间隙间输送，并积累在介质上。这时介质表面 电荷将建立起电场，直到将原来的外加电场削弱 为零，以至于中断了放电电流。
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介质阻挡放电的特点
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低温等离子体的发生技术
⚫ 直流辉光放电 ⚫ 低频放电等离子体 ⚫ 高频放电等离子体 ⚫ 非平衡大气压等离子体放电 ⚫ 介质阻挡放电
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介质阻挡放电等离子体材料 表面改性
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