数珠状帯電粒子群による空間電荷密度の制御と人工雷放電

• Project/Area Number: 11750225
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 電力工学・電気機器工学
• Research Institution: Yamagata University
• Principal Investigator: 杉本 俊之 山形大学, 工学部, 助手 (10282237)
• Project Period (FY): 1999 – 2001
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2000)
• Budget Amount: ¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000); Fiscal Year 2000: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 1999: ¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000)
• Keywords: 空間電荷放電 / 誘導帯電 / 電荷分布 / 帯電粒子 / 火花放電

Research Abstract

雷放電に代表される空間電荷放電の放電機構の解明を最終目的として、所定の電荷量に帯電させた金属帯電体群からの放電現象を観測、測定した。帯電体には、絶縁細線を介して数珠繋ぎした金属球体および金属楕円体を使用し、比較として金属棒および金属平板を使用した。数珠状粒子群の直径は2〜5mmであり、長さ30cmの範囲内で粒子数を調節した。平行平板電極の一端に数珠状粒子群を接触させ、誘導帯電により電荷を与えた。個々の粒子の電荷量は電界の強さと粒子径に依存し、粒子1個あたり最大1nCであった。また、粒子間隔が粒子径よりも広ければ、粒子の電荷量は理論値とほぼ一致することを確認した。楕円状粒子を用いると、粒子表面の電界緩和によってより大きな電荷を粒子に与えることができた。これを約10mm間隔で格子状に配置して縦横約30cmの帯電体群を形成した。比較として長さ30cmの金属棒を5cm間隔で平面状に並べたもの、および縦横30cm金属平板を用いて帯電体を形成させた。これらの帯電体の総電荷量を所定の値に設定し、中心部に接地球電極を近づけて火花放電を起した。放電電流および放電電荷量の大きさは、接地電極の接近に伴う帯電体群の電荷配置に大きく依存した。帯電体が大きいほど、広い領域から電荷が集中するので、放電電荷量は大きくなった。また、周囲に接地体が存在すると、帯電体の電荷の一部が移動せず放電電荷量は低下することが判明した。さらに、火花放電が伸びた先の粒子の電荷量は、周囲の帯電体によって形成される電界によって放電後に周囲の帯電体と逆極性に帯電することが判明した。平板帯電体を用いた場合、火花電流波形に2つのピークが観測された。これは、放電中和の過程で電荷の再配置が起こっていることを示唆しており、今後も詳しく調べる必要がある。