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(zhì)（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(zhì)的存在不應改變電場分布。但在實際測試中，沿介質(zhì)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(zhì)表面吸附水分、污穢等雜質(zhì)，形成導電通道，導致局部電場強度升高； ?

?氣隙存在?：介質(zhì)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(zhì)，導致氣隙區(qū)域場強異常升高； ?

 ? 表面粗糙度?：介質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)與電極間存在氣隙，則由于氣體介質(zhì)的介電常數(shù)比固體介質(zhì)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(chǎn)生的帶電質(zhì)點到達固體介質(zhì)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(jié)如下：

1)固體介質(zhì)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(zhì)表面移動，電極附近逐漸積累起電荷，使介質(zhì)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(zhì)表面電阻不均勻以及介質(zhì)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(zhì)端面間存在氣隙，氣隙處場強大，極易發(fā)生電離，產(chǎn)生的帶電質(zhì)子到達介質(zhì)表面，會使原電場分布畸變，從而使閃絡電壓降低。