[논문 리뷰] Experiments on propagating and branching positive streamers in air

Tmp Tanja Briels, van Em Eddie Veldhuizen외 1명|ArXiv.org|2008. 08. 18.

Power Line Communications and Noise참고 문헌 13인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 신규로 설계된 진공 봉쇄 실험 장치를 사용하여 공기 중 양극성 스트리머의 전파 및 분지 행동을 조사한다. 주요 발견 결과로는, 간극 길이가 짧을수록 고정된 거리 동안 스트리머의 생존율이 높아지고, 전압이 낮아지면 분지가 억제되며, 저전압 조건에서 안oden 끝에서 일정 거리 이상 떨어진 곳에서는 분지가 관찰되지 않는 것으로 나타났다.

ABSTRACT

This proceedings paper from 2004 contains figures of discharges in different gap lengths at the same potential that are not available elsewhere. The 2004 abstract: The evolution of streamers is known to depend on gas composition and electrode geometry, on polarity and size of the voltage and also on the electric circuit that produces the high voltage pulse. To characterize the phenomena better and to compare with theory, a new larger experimental setup with vacuum enclosure has been built. We here present first results in this setup on positive streamers in air at fixed voltage and varying electrode distance. While next to the emitting anode tip, a similar number of streamers seems to emerge due to multiple branching, more streamers seem to survive over a fixed distance, when the gap is shorter. When lowering the voltage, streamers branch less at all distances from the anode tip or do not branch at all beyond a certain distance.

연구 동기 및 목표

• 전극 간격과 적용 전압이 공기 중 양극성 스트리머 동역학에 미치는 영향을 규명하는 것.
• 일정한 전압에서 간극 길이를 변화시킬 때 스트리머의 분지 및 생존에 미치는 영향을 조사하는 것.
• 실험 관측 결과를 스트리머 진화의 이론적 모델과 비교하는 것.
• 진공 봉쇄를 이용한 제어된 실험 환경을 구축하여 외부 간섭을 최소화하는 것.
• 수치 시뮬레이션의 검증을 위한 고해상도 스트리머 진화 데이터를 제공하는 것.

제안 방법

• 스트리머 방전를 고립하고 제어하기 위해 진공 봉쇄를 갖춘 신규로 설계된 대규모 실험 장치를 구축하였다.
• 다양한 전극 간격에서 고정된 전위로 고전압 펄스를 인가하여 스트리머 전파를 연구하였다.
• 고속 영상 촬영을 통해 스트리머의 진화를 기록하여 분지 및 전파 동역학을 캡처하였다.
• 안oden에서의 다양한 거리에서 전압 감소가 분지 빈도에 미치는 영향을 체계적으로 분 析하였다.
• 동일한 전압에서 여러 간극 길이에 대해 데이터를 수집하여 스트리머 밀도 및 생존율을 비교하였다.
• 실험 구성은 공기 중 스트리머 행동에 대한 이론적 예측과 직접 비교할 수 있도록 하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 전극 간극 길이가 고정된 거리 동안 생존하는 스트리머 수에 미치는 영향은 무엇인가?
• RQ2 적용 전압이 스트리머 분지 빈도를 제어하는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ3 안oden 끝에서 일정 거리 이상 떨어진 곳에서 분지가 멈추는 전압 수준은 얼마인가?
• RQ4 일정 전압에서 간극 길이가 증가함에 따라 스트리머 전파 방식은 어떻게 변화하는가?
• RQ5 실험 관측 결과가 양극성 스트리머 발달의 이론적 모델과 얼마나 일치하는가?

주요 결과

• 짧은 간극 길이에서 고정된 거리 동안 생존하는 스트리머 수가 긴 간극 길이보다 더 많다.
• 일정한 전압에서 안oden 끝 부근에서는 다수의 분지가 발생하지만, 간극 길이가 짧아질수록 스트리머 생존율이 증가한다.
• 전압을 낮추면 분지 빈도가 감소하고, 안oden 끝에서 일정 거리 이상 떨어진 곳에서는 분지가 발생하지 않는다.
• 전압을 낮춘 조건에서 안oden 끝에서 일정 거리 이상 떨어진 곳에서는 분지가 관찰되지 않아, 분지 억제의 임계값이 존재함을 시사한다.
• 실험 장치는 이전 문헌에서 확보되지 않은 스트리머 동역학을 성공적으로 캡처하였으며, 특히 일정 전압에서 간극 길이를 변화시킨 경우에 특히 그렇다.
• 결과는 공기 중 스트리머 전파 및 분지에 대한 수치 모델의 검증을 위한 필수 데이터를 제공한다.