電圧の種類（放電現象）

質問

電圧には直流や交流がありますが
直流は常に一定の値の電圧
交流はある一定の周期をもつ電圧
インパルス電圧は数μsの一瞬で高電圧になり、その後、下降していく電圧
と解釈しています。
これらの電圧を放電現象について
実際、放電を行った場合、なにが違うのでしょうか？？
たとえば、実際、雷を模擬する場合、
確かに雷はインパルス電圧ですが
それを直流や交流で模擬してはインパルス電圧で
模擬するのとどのように変化してしまうのでしょか？？

長々すいません。よろしくお願いします。

回答No.2

agthree · ベストアンサー

ANo.1です。
測定方法ばかりの本ではちょっとわかりづらいですね。
先にも挙げました
http://www.power.ee.shibaura-it.ac.jp/home/lectures/HV/text.pdf
の原典となっている河野照哉先生の高電圧工学は理論がきちんと書いてあってわかりやすいと思います。自慢ではありませんが私が学生時代に唯一何度も読み返した名著です。入手できるかどうかが微妙ではありますが、図書館等を探せば見つかると思います。
さて、ご質問の件ですが、
例えば針－平板電極のような不平等電界では、針側と平板側で電界の強さが違います。また、先ほどのＨＰのタウンゼントの理論やストリーマ理論のところにも書いてありますが、陰極と陽極では違う現象が起きているため、平板側よりも電界の強い針側を陰極・陽極のどちらにするかによって放電のしかたも変わってきます。つまり、同じ直流であっても、電圧の向きによって放電の仕方が変わってきます（コロナの項参照）。
交流の場合は正負の向きが変化しますが、上に述べたように正と負では放電のしかたが違うので、結局交流は正負のどちらでもない、つまり直流とは違った様相を示すことになります。特に高周波の場合は電子や正イオンが電極に到達する前に向きが変わってしまうため電極間に閉じ込められたような感じになります。
http://jasosx.ils.uec.ac.jp/JSPF/JSPF_TEXT/jspf1993/jspf1993_06/jspf1993_06-639.pdf
インパルス電圧は瞬間ですので、その短い間に放電が起きるほどのエネルギーが必要になります。したがって、交流や直流の場合よりも高い電圧でなければ放電しません。
http://www.ei.nagano-nct.ac.jp/Teachers/nirei/5E-Jikken/3_HighVoltage/HighVoltage.pdf
基本のメカニズムは同じですが、直流・交流・インパルスではそれぞれ電界の分布が空間的にも時間的にも違うため、結果として起きる放電現象が違ってくることになり、設計や測定もそれぞれに合ったやり方でやる必要があるというわけです。

お礼

わかりやすい説明ありがとうございます。
前回、同様、agthreeさんの高電圧知識のすごさに驚きました。
また、質問があるかと思いますがその時もよろしくお願いします。

回答No.1

agthree

例えば、液体や気体の絶縁特性を調べる場合、
直流・交流・インパルスではそれぞれ特性が違います。
http://www.power.ee.shibaura-it.ac.jp/home/lectures/HV/text.pdf
の第３章の下のグラフにもあるように、絶縁破壊電圧も違ってきます。同じインパルスでも波形や波頭長によって違ってきます。
スイッチの開閉によって発生するインパルスと雷によるインパルスでも形が違うので特性が違います。ですので、雷からの保護を目的とした機器のテストなどでは、与える電圧も雷と同様のインパルスにしています。交流送電線ですと、通常送る商用周波数の交流、スイッチの開閉による開閉インパルス、雷を想定した雷インパルスのそれぞれに対しての設計を行っています。

補足

前回、同様、ありがとうございます。
絶縁破壊電圧の違いから、ギャップ長の違い、
設計方法、また、電圧の測定方法が違ってくると
いう解釈でよろしいでしょうか？？
また、放電自体がそれぞれの電圧で違う現象ということなのでしょうか？？
なかなか、高電圧の本をよんでも測定方法ばかりでてきて、
放電現象にどのような違いが生じてくるのかというのが
のってなくて困っています…