污秽层微结构对绝缘子放电现象的影响

由于绝缘子表面污秽层是逐步积聚产生，在其内部和表面会存在大量的微空隙和各种分布结构，放电可在污秽层中间或表面上发生和发展，污秽层的结构还会随放电进展发生变化，已有的研究（特别是在电弧段）忽视了这种密堆积两相体的结构特征；另外微空隙内的放电，由于空间特征尺度和电子、热载子的平均自由程相当，传统的放电理论（崩模型和流体模型）也就不再适用。本项目从微尺度的角度研究绝缘子污秽层中的放电现象。通过显微观测、电荷测量和电场、热流多物理场耦合分析，研究和自由程相当尺度上的微空隙放电特性、由大量微空隙组合成的微结构的分布规律对放电的影响、微空隙及微结构与放电的相互影响（动态特性），提出新的包含微结构特征量的污秽绝缘子闪络电压计算方法。本研究对线路的外绝缘设计以及评价运行绝缘子耐污闪的安全裕度有着十分重要的意义，同时对微机电系统中的放电现象以及微尺度放电也有重要的科学意义。

通过显微观测、光纤信号测量、表面电荷测量和红外测量等手段，和研制的高稳定度放电模型、微结构放大模型和受限空间表面放电模型等装置，针对染污层微结构对绝缘子放电现象的影响开展了研究。实验发现了两种触发放电模式及其改变、闪络电压提高、层中放电及飘弧角度变化等现象，实现了对受限空间内沿面放电的介质表面温度的定量测量。经过电场、粒子流场和热流多物理场耦合分析，认为染污层的电特性、结构特性和热特性通过颗粒荷电机制、泄露电流并联机制、微结构阻塞放电机制和泄露电流改变气体热浮力机制，导致上述现象的出现。给出了包含微结构特征量的畸变电场表达式，可用于闪络电压的计算。