极不均匀电场的强垂直分量和弱垂直分量
1.前言
（1）极不均匀电场具有强垂直分量时的沿面放电（套管），套管中固体介质在极不均匀电场中，且电场强度垂直于介质表面的法向分量比切向大得多。
（2）极不均匀电场具有弱垂直分量时的沿面放电（支柱绝缘子），支柱绝缘子中固体介质在极不均匀电场中，界面上电场强度的切向分量要比法向大得多。
核心概念：沿面放电
沿面放电是指沿着固体绝缘介质表面发生的气体放电现象。它是气体电介质和固体电介质交界面上的一种特殊放电形式，其击穿电压通常比纯空气间隙的击穿电压低得多。
放电的发展取决于电场强度的两个分量：
法向分量：垂直于介质表面的电场分量。
切向分量：平行于介质表面的电场分量。
（1）极不均匀电场，强垂直分量 —— 以套管为例
这种情况典型代表是高压变压器或电容器出线的套管。
电场特征
中心导杆与安装法兰之间形成极不均匀电场。
电场强度 E 的方向可以分解为：
强大的法向分量：由中心导杆垂直指向法兰（接地极）。
相对较弱的切向分量：沿介质表面从导杆向法兰方向。
放电发展过程与物理机制
起始阶段：电离与电荷积累
在电场最强的导杆附近，首先发生电晕放电。
由于存在强大的法向分量，气体电离产生的带电粒子（正离子和电子）被高速撞击到介质表面上，并被捕获，形成表面电荷。
形成“导电通道”：滑闪放电
这些积聚的表面电荷畸变了原有的电场分布。它们使前方（靠近法兰一侧）的电场切向分量增强。
当电压升高或作用时间延长时，高场强区会像“接力”一样，沿着介质表面向法兰方向延伸。
此时，你会看到明亮的、紧贴介质表面的树枝状火花，称为滑闪放电。它能“爬行”相当长的距离。
最终击穿：闪络
滑闪放电的导电通道最终贯通中心导杆和法兰，形成完全的导电通路，即闪络。此时，线路相当于通过电弧对地短路。
核心要点
强法向分量是“引擎”：它不断地将新的带电粒子“泵”到介质表面，为放电通道的延伸提供“燃料”（电荷）。
后果严重：滑闪放电的局部高温和高能电弧会严重侵蚀、碳化固体介质表面，造成永久性、不可逆的损伤。
（2）极不均匀电场，弱垂直分量 —— 以支柱绝缘子为例
这种情况典型代表是支撑母线或设备的支柱绝缘子。
电场特征
高压导体与接地底座之间形成极不均匀电场。
电场强度 E 的方向可以分解为：
微弱的法向分量：垂直于绝缘子裙边和杆柱。
强大的切向分量：沿绝缘子表面从高压端指向接地端。
放电发展过程与物理机制
起始阶段：空气间隙先电离
放电首先在空气间隙中发生，即在绝缘子裙边之间的空气中，发生电晕放电或局部火花放电。
由于法向分量很弱，带电粒子不易被牢牢“钉”在介质表面上。
通道发展：“桥接”空气间隙
放电的发展模式是“跨越” 一个个的空气间隙，而不是紧贴表面爬行。
当电压足够高时，相邻裙边之间的空气间隙被放电逐个桥接起来。
最终击穿：闪络
当放电通道从高压端到接地端的所有空气间隙都桥接完毕后，形成完整的闪络通道。
核心要点
强切向分量是“向导”：它决定了放电发展的路径方向，即沿着介质表面从高压端到接地端。
弱法向分量是“特点”：由于没有强大的力将电荷压在表面，放电通道主要存在于空气中，而不是紧贴介质表面。
后果相对较轻：由于放电主要发生在空气中，对绝缘子本体表面的损伤较小。电弧熄灭后，绝缘子通常能恢复大部分绝缘性能。
总结对比
| 特征 | 套管（强垂直分量） | 支柱绝缘子（弱垂直分量） |
|---|---|---|
| 典型结构 | 穿墙套管、变压器套管 | 输电线路、变电站支柱绝缘子 |
| 电场特点 | E法向 >> E切向 | E切向 >> E法向 |
| 放电形式 | 滑闪放电 | 空气间隙桥接 |
| 放电通道 | 紧贴介质表面 | 主要在空气中 |
| 对介质损伤 | 严重（导致碳化、侵蚀） | 较轻（电弧在空气中） |
| 物理机制 | 法向分量将电荷“注入”表面，形成导电通道。 | 切向分量驱动电弧“跨越”空气间隙。 |
工程意义：
理解这两种放电模式的区别，对于设计外绝缘结构至关重要：
对于套管类设备，需要通过优化电极形状（如加装均压环）来减小法向分量，防止危险的滑闪放电。
对于支柱绝缘子，需要通过设计伞裙结构来有效拉长放电路径（增加爬电距离），从而提高其闪络电压。