空气湿度对静电放电参数低重复性的影响分析

（贵州师范大学物理与电子科学学院，贵州 贵阳 550001）

空气湿度对静电放电参数低重复性的影响分析

刘潇潇 阮方鸣

（贵州师范大学物理与电子科学学院，贵州 贵阳 550001）

静电放电发生时，放电间隙的电性质具有非线性和离散性， 用静电放电模拟器进行的测试结果，存在着重复性低的问题。统一考虑放电间隙放电参数的非线性和离散性，深入认识间接（空气）放电的本质特性对此类研究显得非常必要。本文通过改变环境湿度获得相应的固定间隙静电放电情况下电流峰值的差异，试图对实验结果进行理论上的分析讨论。

低重复特性；静电放电；固定间隙放电

引言

静电放电发生时，放电间隙的电性质具有非线性和离散性， 用静电放电模拟器进行测试，得出的结果存在着重复性低的问题。这种低重复性，对于认识静电放电本质特性，从而采取措施防止静电放电危害，对于间接静电放电测试标准的制定，有着非常重要的意义。本文所做的工作是在上述研究成果的基础上从空气湿度角度对影响静电放电低重复性的因素进行分析，并通过理论模型、计算机仿真、实验室验证等对研究结果进行分析解释。

1 新型静电放电实验系统的的介绍

图1为静电放电发生器，也被称为放电枪的结构图和等效电路图。该发生器符合国际电工委员会标准IEC61000-4-2，模拟带静电人体放电过程，可以很好地测试电气或电子设备受到静电放电时的抗扰性能。

2 实验原理

放电枪发生的放电现象发生在与放电靶接触的时候，通过导线将放电靶与接地金属相连，则放电产生的电流信号就会由放电靶内部的同轴电缆传显示到数字示波器上。该实验通过空气加湿器来改变实验系统环境湿度。

3 静电放电低重复性特性的结果分析

利用新型静电放电实验系统模拟了固定小间隙静电放电的试验，获得波形如图2所示。

下面来探讨环境湿度究竟是如何影响到静电放电参数的。

Townsend放电理论指出，放电电流受第一电离系数α的影响并且具有呈指数上升的关系，且该系数α与气体压强P也具有指数关系，气体压强还与空气湿度有关，所以环境湿度对小间隙放电中放电参数有重要影响。

图1 静电放电发生器结构与空气放电等效电路图

图2 空气湿度变化对放电参数的影响

以一个盛有空气的密闭容器为例，当容器中气体还未达到饱和状态时，我们向容器中输入水汽，气体的压强必然会增加。从微观方面分析，产生气体压强的根本原因是气体分子的“碰撞”。因而我们也可以根据气体分子运动的基本理论解释大气压随空气湿度变化的问题，气体分子的平均速率越大，导致气体分子的平均动量（若仅考虑其大小）越大。任何一种物质在加压过程中分子之间间距缩小，分子运动的平均速率加大，单位体积内水分子含量上升，所以湿度也会加大。

小间隙放电模型指明气体压强对小间隙放电参数具有非常明显的影响。公式（1）和（2） 描述的是电子雪崩和表面过程两种次级过程：

ve（t）为电子的漂移速度。Townsend放电理论由以下公式可直观表示，电子的漂移速度和Townsend第一电离系数α受大气压强变化的影响非常显著。

空气压强的变化同时会对电子雪崩次级过程产生很明显的影响。在电子雪崩次级过程中，放电电流随着气体压强的减小而显著下降。

根据以上公式可以得出结论，实验室条件下的气体压强受环境湿度的影响显著，而气体压强又将作用于电子漂移速度和Townsend第一电离系数α，因而环境湿度越大，压强越大，放电电流也会随之增大。

结语

新研制的静电放电参数测试系统，能够探讨不同因素（如电极移动速度、空气压强、环境温湿度等）对相关放电参数低重复特性的影响。本文就空气湿度因素对放电参数低重复特性的影响进行了分析讨论，并根据实验结果进行了深入的原理分析，建立了物理和数学模型，并利用相关公式进行了解释说明。空气湿度的改变将引起大气压强的变化，从而引起电荷运动的变化，是影响静电放电低重复性特性的一个重要因素。

[1]Meek and Craggs， Electrical Breakdown of Gases， Oxford Univ. Press Oxford，1953 and Wiley， New York， 1978.

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