西安武警工程大学装备工程学院 邓春泽

西安武警工程大学信息工程系 杨尚东

电击装置中电介质对放电效应的影响及分析

西安武警工程大学装备工程学院 邓春泽

西安武警工程大学信息工程系 杨尚东

电击装置放电效应受到各种因素的影响，这些因素不仅包括电击装置本身输出参数、人体因素，还包括放电电介质的物理性质，环境温度，湿度等等。对电击装置放电效应进行研究，其目的就是找出各种因素对放电效应的影响规律。本文采用理论分析和实验相结合的方法，研究了电介质对电击装置放电效应的影响。

放电效应；介电常数；脉冲输出能量

0 引言

为了研究电击装置放电效应的影响因素，采用实验方法对电击装置放电效应进行研究，以得到各种因素对放电效应的影响规律。本文采用理论分析和实验相结合的方法，研究了电介质对电击装置放电效应的影响，为电击装置的研究提供了重要实验与理论基础。。

1 实验方法

1.1 电介质介电常数的测量

电容器极板间有电介质存在时的电容量Cx与同样形状和尺寸的真空电容量C0之比为介电常数：

图1 高压西林电桥

介电常数的测量采用高压西林电桥法，将被测试样作为工频高压电桥的一个桥臂，根据电桥平衡时的参数，计算试样的介电常数（只做常温下测量）。

具体步骤如下：

（1）高压标准电容器顶部端钮接高压电源，将专用屏蔽导线连接电容器和桥体“Cs”端钮上，导线屏蔽接桥体“⊥”；

（2）检流计灵敏度调节器指零，桥体电键J1指“测量”位置，J2电键指中间位置；

（3）将试品无屏蔽之电极接高压电源，有屏蔽之电极接至桥体“Cx”端钮上，屏蔽经导线屏蔽与电桥“地”相连；

（4）控制器输出端接互感器输出端，互感器输出端一端与互感器外壳接地，另一端接标准电容器和试品高压端；

（5）桥体电源取自控制器背面“桥体”；

（6）检查接线情况，确符要求无接错后，接通电源，使高压升至所需的工作电压，保持1分钟后开始工作；

（7）将电键J2指“桥体”位置，检流计灵敏度调节至适当位置（适宜观察光带变化），调整R3和R4各档旋钮，两者应同时配合调节，R3由大数值起调，逐渐增大检流计灵敏度至光带无法再小为止；

（8）将J2打回指“屏蔽”位置，先将检流计灵敏度调节器回到适当位置（通过观察光带变化），调节“数值”和“相位”，逐步增大检流计灵敏度至光带无法再小为止。若其他正常而数值已降至起点还呈继续下降趋势时，则将电桥电源插头反向输入电源；

（9）反复7）、8）项测量，调节桥体使J2在“桥体”“屏蔽”的任一位置，光带均最小，则本试品测量结束；

（10）测量完毕或暂停测量时，应将高压电源降至零，并切断电源。若对实验数据怀疑时可重复对7）、8）、9）测量以证实或纠正数据后，由R3计算出Cx值。

实验记录如表1所示：

表1 介电常数测量实验数据

1.2 放电实验

电极装置采用尖—板电极装置，依次将电介质一、二、三、四分别在电击装置放电效应实验平台上进行放电实验。放电距离取10mm，间隙间填满电介质。

2 实验数据处理

实验过程中，测得实验数据如图2-图5所示。

图2 电介质一的放电实验数据

图3 电介质二的放电实验数据

从图2-图5中可以看出，随着介电常数的逐渐增大，除了峰值电压在增大，峰值电流、放电时间、电流平均值、单个脉冲输出能量都在减小。各参数具体如表2所示。

图4 电介质三的放电实验数据

图5 电介质四的放电实验数据

表2 不同电介质的放电情况

图6是通过改变电介质介电常数ε而得到的流注通道形成后的电流（峰值电流）值：

图6 介电常数与峰值电流的变化规律

3 实验结论

由以上实验数据与仿真结果对比分析可知，电介质中介电常数对放电效应的影响有：

（1）随着介电常数的增大，相对应的电介质击穿电压变大，因此，峰值电压在逐步增大；

（2）随着介电常数的增大，击穿过程中所消耗的能量就越大，从而导致峰值电流和平均放电电流均在减小，放电时间变短，单个脉冲输出能量变小；

（3）当电介质为皮革时，放电电压电流波形与其它电介质的差异较大，峰值电流和平均放电电流减小较多。考虑到皮革的主要成分是胶原纤维；C、H、O、S、N以共价键形式构成蛋白质初原纤维再以5根初原纤维为核心聚集成胶原纤维。根据原皮的结构以及皮革的加工过程可知皮革材料既没有产生自由电子的金属键，也没有能够产生自由电子的禁带，加之皮革中空气间隙也较其它电介质少，因此击穿过程中损失的高压电能比较多。由此可以得知，电击装置在使用过程中应尽量避免接触皮革之类的电介质。

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