均勻電場中的沿面放電

原理分析

在均勻電場中，當固體介質（如瓷柱）置于平行板電極間時，其表面電場強度與電力線平行。理論上，介質的存在不應改變電場分布。但在實際測試中，沿介質表面的閃絡電壓仍低于純空氣間隙擊穿電壓，主要原因包括：

?表面污染或受潮?：介質表面吸附水分、污穢等雜質，形成導電通道，導致局部電場強度升高； ?

?氣隙存在?：介質與電極接觸不良或表面存在微小氣隙，氣隙的介電系數(shù)低于固體介質，導致氣隙區(qū)域場強異常升高； ?

 ? 表面粗糙度?：介質表面粗糙或裂紋會形成局部高場強區(qū)域，促進放電發(fā)展。 

雖然在均勻電場情況下固體介質的引入并不影響電極間的電場分布，但放電總是發(fā)生在界面，且閃絡電壓比空氣間隙的擊穿電壓要低得多，如圖1-25所示。由圖可見，沿面閃絡電壓與固體絕緣材料特性有關，例如，石蠟的閃絡電壓比電瓷高。這是由于石蠟表面不易吸附水分，而瓷和玻璃表面吸附水分的能力大的緣故。固體介質表面吸附水分形成水膜時，水膜中離子在電場作用下向電極移動，會使沿面電壓分布不均勻，因而使閃絡電壓低于純空氣間隙的擊穿電壓。越容易吸濕的固體沿面閃絡電壓越低。此外介質表面粗糙，也會使電場分布畸變，從而使閃絡電壓降低。上述影響因素在高氣壓時表現(xiàn)得更為明顯。

除固體材料的影響外，固體介質是否與電極緊密接觸對閃絡電壓也有很大影響。因為若固體介質與電極間存在氣隙，則由于氣體介質的介電常數(shù)比固體介質低，氣隙中的場強將比平均場強高得多，因此氣隙中將發(fā)生局部放電。氣隙放電產生的帶電質點到達固體介質與氣體的交界面時，畸變原有電場，使沿面閃絡電壓明顯降低。這一現(xiàn)象在氣體絕緣設備絕緣支撐的沿面放電中也存在。

總的說來，造成這種現(xiàn)象的主要原因可以歸結如下：

1)固體介質表面會吸附氣體中的水分形成水膜。由于水膜具有離子電導，離子在電場中沿介質表面移動，電極附近逐漸積累起電荷，使介質表面電壓分布不均勻，從而使沿面閃絡電壓低于空氣間隙的擊穿電壓。

2)介質表面電阻不均勻以及介質表面有傷痕裂紋也會使電場的分布畸變，使閃絡電壓降低。

3)若電極和固體介質端面間存在氣隙，氣隙處場強大，極易發(fā)生電離，產生的帶電質子到達介質表面，會使原電場分布畸變，從而使閃絡電壓降低。