表面放電

表面放電是指帶電絕緣體接近接地體時，幾乎在與帶電體和接地體之間產生放電的同時，沿絕緣體表面發生的放電。它具有固定形狀的發光（呈樹枝狀，一旦形狀形成時基本不變），如圖1所示。

它的放電能量大，與火花放電相同，極易成為引火源。產生表面放電的條件一是絕緣體帶電量特別大；二是在帶電絕緣體背面的鄰近處有接地體。 ^[2] 

表面放電可由不適當的應力平衡或流過電絕緣表面導電層（典型的如潮濕）的泄漏電流產生。某些材料（特別是無機材料）是非常耐表面敢電的，因此存在放電並不要緊。但在有機材料中，放電通常會使表面碳化或腐蝕。 ^[3] 

在均勻場中，由於固體介質和電極表面接觸不完全密合，在兩者之間產生氣隙，這樣因氣體的介電常數比固體介質低，氣隙中的場強將比平均場強高許多，從而在氣隙中發生局部放電，放電產生的帶電質點從氣隙中逸出，到達介質表面後使原有電場產生畸變，降低了沿面閃絡電壓，導致表面放電。其閃絡電壓通常與氣體濕度、壓力、介質表面狀態有關。

在強垂直分量極不均勻場的情況下，由於高壓電極處場強強，放電首先由此開始，電壓不太高時，高壓電極邊緣發生電暈放電，隨着電壓升高，電暈向前延伸。當電壓超過某一臨界值時，個別點處電暈放電迅速增長，轉變為樹枝狀明亮的火花。這些放電火花在電極不同位置處交替出現，緊貼介質向前發展，隨即很快消失，而後又在新的位置產生，此即滑閃放電階段。當放電火花到達另一電極，導致間隙完全擊穿，產生表面放電。

其放電機理是：電暈產生的帶電質點在電場垂直分量的作用下不斷撞擊介質表面，引起局部温度升高。隨着電壓的升高，沿面放電通道流過的帶電質點增多，介質表面局部温度也就升得更高。在一定電壓下此温度可高達足以引起氣體的熱電離數值，此時通道帶電質點數劇增，電阻急劇下降，通道頭部場強也劇增，導致通道迅速增長，放電轉入滑閃放電階段。滑閃放電電壓與所加電壓的角頻率、介質表面比電容以及介質表面的電阻率有關，電壓角頻率越高、表面比電容越大、介質表面電阻率越大，滑閃放電電壓越低。在直流電壓作用下沒有明顯的滑閃放電現象，沿面閃絡電壓也高，但如果是直流脈動電壓或直流電壓常發生波動，則沿介質表面的放電和交流電壓下相似，也有滑閃放電現象。

在弱垂直分量極不均勻場的情況下，由電極電暈產生的帶電質點在介質表面的積聚，使電壓重新分佈，所造成的電場畸變不會顯著降低表面放電電壓，且電場垂直分量小，介質表面沒有較大的電容電流流過，放電過程中不會出現熱電離現象，故沒有明顯的表面滑閃現象，其滑閃電壓與空氣擊穿電壓相差不是很大。

比較表面放電的三種類型可見，均勻電場類型要求電極尺寸遠大於固體介質尺寸才能保證獲得均勻電場，這種類型適合橫向泵浦，但不適合作為軸向泵浦。後兩種有電場垂直分量的類型可以獲得大電流高輻射亮度温度的放電，適合軸向泵浦。但是，有弱垂直分量的極不均勻場類型滑閃電壓高，而且難於控制放電路徑；而有強垂直分量的極不均勻場類型則可以通過合理的結構設計實現對錶面放電的控制。 ^[4] 

表面放電依據固體介質處於電極間電場的形式，可分為以下三種類型：

（1）固體介質處於均勻電場中，電力線平行於固體與氣體的分界面，如圖2中（a）所示。

（2）固體介質處於極不均勻電場中，且電場強度垂直於介質表面的分量（垂直分量）要比平行於表面的分量大得多，如圖2中（b）所示。

（3）固體介質處於極不均勻電場中，但在介質表面大部分地方電場強度平行於表面的分量要比垂直分量大，如圖2中（c）所示。 ^[4] 

對常用的火花放電間隙開關，當放電是單通道時，其間隙的擊穿時延受到放電通道電感和電阻的影響，尤其是電感的影響大。為了減小開關的擊穿時延，其方法之一是採用固體介質作為電介質。因為，固體介質可以做得很薄，固有電感很小。但如前所述，其最大缺點是這種介質只能使用一次，而且只產生單次脈衝。減小電感的另一種方法是採用多通道放電。當放電通道數目很多時，通道電感將大大減小。同樣，通道的電阻也減小。但是，為了使火花放電間隙開關能產生多通道放電，就必須有上升時間很短的、幅值足夠高的觸發脈衝。同時，在結構上，開關主電極多采用具有半圓形表面的長條電極，觸發電極則採用具有長條刀片形狀的電極。考慮了這些因素後，放電通道數目一般為十幾個或者幾十個。

表面放電開關，最大特點就是能產生穩定的多通道放電，通道數目多，擊穿延時短而且分散性小，開關的壽命也長。

表面放電開關的結構示意圖如圖3所示。

圖3中的電極為平板形，表面放電開關的電壓就加在A、B兩電極上。

加在主電極A和B之間的高電壓可以是直流高壓，也可以是脈衝高壓。當觸發電極C加上觸發脈衝後，由於電極C和電極A、B之間的耦合電容的作用，介質表面發生弱的電暈放電，通過介質表面的電流是位移電流，而且沿整個介質表面分佈。電暈的發展速度約為5mm/ns。在電暈放電的影響下，主電極A和B之間將發生多通道表面放電，使間隙導通。