沿面放電

一切帶電導體都不可能懸浮在大氣中，而必須用固體絕緣裝置將它們懸掛起來（例如用絕緣子串懸掛輸電導線）或支撐起來（例如用支柱絕緣子支撐母線）。當帶電導體需要穿過牆壁或電力設備的油箱時，也要用穿牆套管或設備套管加以固定和絕緣。這些固體絕緣裝置（各類絕緣子）既在機械上起固定作用，又在電氣上起絕緣作用。它們都處於氣體介質（一般為空氣）的包圍之中，往往是一個電極接高電壓、另一個電極接地。兩極之間絕緣功能的喪失有兩種可能：其一是同體介質本身的擊穿，另一是沿着固體介質表面發生閃絡。由於大多數絕緣子以電瓷、玻璃等硅酸鹽材料製成，所以沿着它們的表面發生放電或閃絡時，一般不會導致絕緣子的永久性損壞。電力系統的外絕緣（除各種絕緣子的外露部分外，還有各種空氣間隙）一般均為自恢復絕緣，因為絕緣子閃絡或空氣間隙擊穿後，只要切除電源，它們的絕緣性能都能很快地自動徹底恢復。與之相反的是大多數電氣設備的內絕緣均屬非自恢復絕緣，一旦發生擊穿，即意味着不可逆轉地喪失絕緣性能。

實驗表明：沿固體介質表面的閃絡電壓不但要比同體介質本身的擊穿電壓低得多，而且也比極間距離相同的純氣隙的擊穿電壓低不少。可見，一個絕緣裝置的實際耐壓能力並非取決於固體介質部分的擊穿電壓，而取決於它的沿面閃絡電壓，所以後者在確定輸電線路和變電所外絕緣的絕緣水平時起着決定性作用。應該注意的是，這不僅涉及表面乾燥、清潔時的特性，還應考慮表面潮濕、污染時的特性，顯然，在後一種情況下的沿面閃絡電壓必然降得更低。在設計工作中，往往需要知道各種絕緣子的幹閃絡電壓（包括在雷電衝擊、操作衝擊和運行電壓下）、濕閃絡電壓（包括在操作衝擊和運行電壓下）和污穢閃絡電壓（主要指運行電壓下）。 ^[1] 

沿面放電的發展主要取決於沿放電路徑的電場分佈，它直接受到電極形式和表面狀態的影響。從電場分佈看，有以下三種典型的形式。

(一)均勻電場中的沿面放電

固體介質表面與電力線平行，它的引人並沒有影響極間電場分佈，但實測表明當固體介質為不同材料時，沿面的閃絡電壓還是比純空氣擊穿電壓低得多。從實測結果可以發現，吸潮的固體介質如電瓷等的沿面閃絡電壓低於不吸潮的固體介質如石蠟的閃絡電壓。這是由於介質表面吸附的水分受到電子撞擊時，很易將電子俘獲而形成負離子。負離子在外電場作用下向陽極移動，使沿面電場發生了畸變而變成不均勻電場，因而降低了沿固體交界面的氣體擊穿電壓——閃絡電壓。介質表面吸附水分的能力越大，閃絡電壓就降得越低，所以瓷的沿面閃絡電壓低於石蠟的。另一方面，固體介質表面電阻分佈不均勻，表面有傷痕等都使沿面電場分佈不均勻，因而都將引起沿面閃絡電壓下降。

為了提高均勻電場氣隙的沿面閃絡電壓，應使固體介質表面光滑，並保持乾燥。例如將固體介質拋光，表面塗油、浸漆，定期清掃，加熱等。

這種沿面放電在電力工程中很少見到，但實際絕緣結構中常會遇到介質處於稍不均勻電場中的情況，它的放電特性與均勻電場很相似。

(二)極不均勻電場中的沿面放電垂直分量很強時的沿面放電

固體介質表面有很強的法線分量。工程上屬於這類的絕緣結構很多，如套管絕緣子等，它們的閃絡電壓比較低，放電時對絕緣的危害也大。

在電壓較低時，由於法蘭附近電場很強，首先在法蘭邊緣處出現電暈。增加電壓，在法線分量En作用下，放電形式轉變為沿套管表面進行的刷狀火花放電。火花通道中電阻值較高，電壓降也大，刷狀長度隨外加電壓成比例地伸長。

刷狀火花被En緊壓在介質表面上，形成局部高温。當電壓增加時放電電流也隨之增大，温度進一步升高。當電壓達到某一臨界值時，放電通道的温度可高到足以引起氣體熱遊離的數值。因此，通道中帶電質點劇增，通道電阻劇降，並使其頭部場強劇增，導電通道迅速增長，放電便轉入滑閃放電階段。滑閃放電火花通道的長度隨外加電壓的增加而迅速增長。當滑閃放電的樹枝狀火花達到另一電極時形成了沿固體介質表明空氣的完全擊穿——閃絡，電源被短路。此後依電源容量之大小，放電可轉人火花放電或電弧。在電動力與放電通道發熱的作用下，若電源容量較小，則可使火花或電弧離開介質表面，拉長而熄滅。 ^[2] 

(三)極不均勻電場中垂直分量很弱時的沿面放電

這時沿瓷面的電場切線分量E較強，而垂直界面上電場強度的切向分量要比法向分量高得多。此時由於電極結構使電場很不均勻，因此其平均閃絡場強要低於均勻場中的情況；另一方面，由於法向電場分量很弱，因而放電過程中沒有熱電離和明顯的滑閃放電。因此沿面閃絡電壓與空氣擊穿的電壓差別不如具有強垂直分量的情況大。實驗結果表明，當表面乾燥、清潔時，這種絕緣子的閃絡電壓（幹閃絡電壓）基本上隨極間距離的增大而提高。

試驗結果表明，在相同間距的條件下，沿面放電有以下的特點：

①沿面閃絡電壓總是低於純空氣間隙的擊穿電壓，降低的程度決定於電場的均勻性。在均勻電場中降低較多，在極不均勻電場中降低並不顯著；

②極不均勻電場中的閃絡電壓比均勻電場中的低得多。

在均勻電場中沿面閃絡電壓比純空氣間隙擊穿電壓降低較多的原因是：

①固體介質與電極之間如果接觸不緊密會存在氣隙。由於空氣的ε小，所以首先電離併產生自由電子，為沿面放電提供了有利條件；

②固體介質表面容易吸附一定的水分形成水膜，水膜中的離子在電場力作用下積聚在電極周圍，使介質表面電場發生畸變；

③固體介質表面具有一定的粗糙度，在使用過程中也會使表面的光潔度受損，致使介質表面的微觀電場發生畸變；

④介質表面電阻不均勻，並存在一定污穢。

在極不均勻電場中，沿面閃絡電壓比純空氣間隙擊穿電壓降低不明顯的原因是：由於電場本來已很不均勻，介質表面電場畸變的影響就不大，且此時的空氣間隙擊穿電壓已經比均勻電場下的低得多。因此，沿面閃絡電壓所受的影響也就不明顯。 ^[3] 

在實際絕緣結構中，固體電介質周圍往往有氣體或液體電介存在，例如線路絕緣子周圍充滿空氣、油浸變壓器固體絕緣周圍充滿變壓器油。在這種情況下，放電往往沿兩種電介質交界面發生。這種放電稱為沿面放電。

影響沿面放電電壓的因素主要有：

(1)電場的均勻程度；

(2)介質表面的介電係數的差異程度；

(3)有無淋雨；

(4)污穢的程度。 ^[4]