電擊裝置中電介質對放電效應的影響及分析

西安武警工程大學裝備工程學院 鄧春澤

西安武警工程大學信息工程系 楊尚東

電擊裝置中電介質對放電效應的影響及分析

西安武警工程大學裝備工程學院 鄧春澤

西安武警工程大學信息工程系 楊尚東

電擊裝置放電效應受到各種因素的影響，這些因素不僅包括電擊裝置本身輸出參數、人體因素，還包括放電電介質的物理性質，環境溫度，濕度等等。對電擊裝置放電效應進行研究，其目的就是找出各種因素對放電效應的影響規律。本文采用理論分析和實驗相結合的方法，研究了電介質對電擊裝置放電效應的影響。

放電效應；介電常數；脈沖輸出能量

0 引言

為了研究電擊裝置放電效應的影響因素，采用實驗方法對電擊裝置放電效應進行研究，以得到各種因素對放電效應的影響規律。本文采用理論分析和實驗相結合的方法，研究了電介質對電擊裝置放電效應的影響，為電擊裝置的研究提供了重要實驗與理論基礎。。

1 實驗方法

1.1 電介質介電常數的測量

電容器極板間有電介質存在時的電容量Cx與同樣形狀和尺寸的真空電容量C0之比為介電常數：

圖1 高壓西林電橋

介電常數的測量采用高壓西林電橋法，將被測試樣作為工頻高壓電橋的一個橋臂，根據電橋平衡時的參數，計算試樣的介電常數（只做常溫下測量）。

具體步驟如下：

（1）高壓標準電容器頂部端鈕接高壓電源，將專用屏蔽導線連接電容器和橋體“Cs”端鈕上，導線屏蔽接橋體“⊥”；

（2）檢流計靈敏度調節器指零，橋體電鍵J1指“測量”位置，J2電鍵指中間位置；

（3）將試品無屏蔽之電極接高壓電源，有屏蔽之電極接至橋體“Cx”端鈕上，屏蔽經導線屏蔽與電橋“地”相連；

（4）控制器輸出端接互感器輸出端，互感器輸出端一端與互感器外殼接地，另一端接標準電容器和試品高壓端；

（5）橋體電源取自控制器背面“橋體”；

（6）檢查接線情況，確符要求無接錯后，接通電源，使高壓升至所需的工作電壓，保持1分鐘后開始工作；

（7）將電鍵J2指“橋體”位置，檢流計靈敏度調節至適當位置（適宜觀察光帶變化），調整R3和R4各檔旋鈕，兩者應同時配合調節，R3由大數值起調，逐漸增大檢流計靈敏度至光帶無法再小為止；

（8）將J2打回指“屏蔽”位置，先將檢流計靈敏度調節器回到適當位置（通過觀察光帶變化），調節“數值”和“相位”，逐步增大檢流計靈敏度至光帶無法再小為止。若其他正常而數值已降至起點還呈繼續下降趨勢時，則將電橋電源插頭反向輸入電源；

（9）反復7）、8）項測量，調節橋體使J2在“橋體”“屏蔽”的任一位置，光帶均最小，則本試品測量結束；

（10）測量完畢或暫停測量時，應將高壓電源降至零，并切斷電源。若對實驗數據懷疑時可重復對7）、8）、9）測量以證實或糾正數據后，由R3計算出Cx值。

實驗記錄如表1所示：

表1 介電常數測量實驗數據

1.2 放電實驗

電極裝置采用尖—板電極裝置，依次將電介質一、二、三、四分別在電擊裝置放電效應實驗平臺上進行放電實驗。放電距離取10mm，間隙間填滿電介質。

2 實驗數據處理

實驗過程中，測得實驗數據如圖2-圖5所示。

圖2 電介質一的放電實驗數據

圖3 電介質二的放電實驗數據

從圖2-圖5中可以看出，隨著介電常數的逐漸增大，除了峰值電壓在增大，峰值電流、放電時間、電流平均值、單個脈沖輸出能量都在減小。各參數具體如表2所示。

圖4 電介質三的放電實驗數據

圖5 電介質四的放電實驗數據

表2 不同電介質的放電情況

圖6是通過改變電介質介電常數ε而得到的流注通道形成后的電流（峰值電流）值：

圖6 介電常數與峰值電流的變化規律

3 實驗結論

由以上實驗數據與仿真結果對比分析可知，電介質中介電常數對放電效應的影響有：

（1）隨著介電常數的增大，相對應的電介質擊穿電壓變大，因此，峰值電壓在逐步增大；

（2）隨著介電常數的增大，擊穿過程中所消耗的能量就越大，從而導致峰值電流和平均放電電流均在減小，放電時間變短，單個脈沖輸出能量變小；

（3）當電介質為皮革時，放電電壓電流波形與其它電介質的差異較大，峰值電流和平均放電電流減小較多。考慮到皮革的主要成分是膠原纖維；C、H、O、S、N以共價鍵形式構成蛋白質初原纖維再以5根初原纖維為核心聚集成膠原纖維。根據原皮的結構以及皮革的加工過程可知皮革材料既沒有產生自由電子的金屬鍵，也沒有能夠產生自由電子的禁帶，加之皮革中空氣間隙也較其它電介質少，因此擊穿過程中損失的高壓電能比較多。由此可以得知，電擊裝置在使用過程中應盡量避免接觸皮革之類的電介質。

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