高海拔環境下聚合物絕緣電痕破壞現象分析
通過對低氣壓條件下絕緣材料表面電痕破壞的相關的綜合分析，發現絕緣材料表面電痕破壞是一個複雜的物理化學變化過程，在低氣壓條件對絕緣材料耐電痕性的影響時，除了要考慮外部條件，如氣體密度、氧氣含量等的影響外，絕緣材料自身的性質如示氧值和分子結構等對絕緣破壞的影響也不容忽視。以幾種常用的典型聚合物介質為例，深入討論聚合物絕緣破壞的本質，實驗分析表明不同絕緣材料的耐電痕破壞能力隨著氣壓的降低會有不同的變化，因此選擇高海拔下使用的絕緣材料時必須充分考慮使用環境因素的影響和材料本身的性質。
絕緣材料表面電痕破壞過程
N Yoshimura等指出電氣設備發生的絕緣破壞現象是由介質表面放電形成碳化導電通道所致。外界環境因素，如污穢、場強、溫度和氣壓等都會影響有機絕緣材料表面破壞。聚合物有機絕緣材料中含有大量的碳元素，在放電熱量的作用下發生分解，一部分碳與氧氣反應主要生成一氧化碳和二氧化碳等氣體，多餘的碳殘留在材料表面。
聚合物介質絕緣破壞過程分解生成的物質主要有氣體和殘留物。對於容易氣化的材料，殘留在絕緣材料表面的碳很少，碳化導電通路難以形成，絕緣破壞比較難發生。當材料表面殘留的碳貫通兩極形成導電通路時，絕緣材料破壞完成。一旦絕緣材料表面破壞形成，意味著有機材料會喪失絕緣性能。
絕緣材料表面漏電痕跡劣化
當聚合物絕緣材料處於潮濕與污穢條件下，如在IEC60112—2003標準規定的條件下，當電場強度足夠大，電介質表面會產生泄漏電流。由於泄漏電流的焦耳熱作用，水分被蒸發，在絕緣材料表面形成不均勻的局部乾燥點或乾燥帶。當乾燥帶之間的電場強度超過空氣擊穿場強時，會在乾燥帶間發生電弧放電。放電產生的熱量會使材料表面的碳鏈斷裂，在表面形成碳的堆積物，碳化生成物較高的電導率會使場強畸變，在絕緣材料表面形成較高的電場強度，因而更容易發生閃絡放電。由於電場強度集中在碳化部分，放電會在此區域重複發生，並在其周圍產生更多的碳化物，形成碳化導電通路並向電極方向伸展，最終形成導電通道。聚合物電介質表面的漏電痕會導致材料絕緣性能劣化，它的持續發展會使絕緣老化甚至使整個絕緣破壞。
乾燥區的形成導致此區域的反覆放電，當放電產生的熱量等因素使絕緣材料表面分解碳化時，會形成局部的導電“電痕”。隨著放電的持續發生，這些電痕將發展變大，直到最後貫穿電極形成短路。但在一些情況下，絕緣材料表面在放電破壞時不形成電痕，而是以侵蝕的形式出現。電痕和侵蝕的形成、發展及破壞的整個過程可以描述為以下兩種狀態。
電痕破壞過程
如果絕緣材料表面放電過程降解生成物大部分為可導電的碳，碳逐漸在絕緣材料表面積累，最終會形成導電通道，當一個完整的碳化導電通路貫通兩極時，絕緣材料破壞完成。
侵蝕過程
如果降解產物碳大部分與空氣中的氧發生反應，生成易揮發氣體等物質，從材料表面逸出，在絕緣材料材料表面就不會產生碳化導電通路，而在材料表面出現侵蝕。在表面侵蝕時，放電只發生在開始位置，不會移動，所以表面擊穿很難發生，具有耐侵蝕性的材料通常被用於對表面放電要求很嚴格的情況。
交聯聚乙烯-矽橡膠界面電痕破壞的影響
針對電纜接頭處出現的電痕破壞事故，建立了不同壓力下界面電痕破壞的實驗平台。實驗樣品由1片聚乙烯和 1片透明矽橡膠重疊壓合而成。用二者的接觸面來模擬交聯聚乙烯電力電纜接頭的界面。兩個半圓形細銅絲電極位於此界面上，由此構造1個近似勻場電場。高壓脈衝電源施加於兩電極上直至界面電痕破壞。用數字相機錄製了界面從放電至電痕破壞整個過程的放電光和炭化分布。隨後，採用圖像處理方法並運用Matlab等軟體的處理方法，對放電光和炭化通道分布進行分析，得出了放電光分布和炭化分布之間的相互關係以及交聯聚乙烯 － 矽橡膠界面電痕破壞的規律。
界面壓力對界面電痕破壞的影響
放電光分布的不同直接關係到炭化分布的不同。光的分布隨著時間的變化也會變得不太一樣，但都比較相似。放電光會出現於距2個半圓形電極最近處的附近區域，而不是完全出現於距兩半圓形電極最近的直線上。隨著放電的進行，有放電電流流過光亮處即界面處的放電區域，電流的出現使界面上的材料出現了一定程度的變化。能夠了解到，放電電流致界面產生的這幾種物質中炭物質能夠用肉眼觀察到，它呈黑色並具有導電性能，隨著放電的進行不斷產生在實驗界面之上，這樣會使界面上一些部位的電場強度得到加強，同樣也會使另外的一些部位的電場強度減弱： 有炭化效果出現的部位電場強度被減弱了，而沒有炭化效果的部位電場強度得到了微小的加強。因此，界面受到影響變黑，另外的2種氣體和含矽元素的氧化物都不會被發現。在界面處，電場強度最強的地方往往就是放電光最強的地方，由於出現炭化的量較多，因此界面會逐步喪失其絕緣性能。
脈衝電壓下壓力對電痕破壞的規律
1、放電光分布變化規律：
根據放電光圖，放電光的亮度大小從肉眼上無法準確地被分辨出來，因此採用Matlab軟體進行編程，從而將光分布圖轉化為直觀的數據曲線圖，這樣就能清晰地比較不同時段、不同壓力下的放電光的亮度大小。具體的前、中、後以及在壓力為1N，施加壓力分別為10、20N的情況下的後放電光的亮度分布在 3 個不同的時間段，分別得到了放電光亮度的分布。從單個情況看，曲線呈現波形狀，在整條放電光的左端開始處和右端結束處放電光的亮度強度相差不多，基本相同，都為1.410 (a．u．) 。這是因為放電光都是由2個半圓形的電極發射，呈現對稱狀，在中間位置( 60mm處) 的放電光變強的原因是放電光從開始到最強處慢慢疊加，不斷地重合和積累而形成。在相同壓力條件下，不同時間段的放電光亮度的變化規律直觀的波形比較。並得出以下結論： 2個半圓形電極處的放電光強度大致一樣，且都向中間疊加；在最中間位置放電光的亮度達到最大；在3個不同階段的中間位置的放電光亮度隨著時間的增加，放電光的亮度也不斷增強，最強接近1.810 ( a．u．) 。在起始放電階段，放電光總體較弱； 在放電中期階段，放電光隨時間變化越來越強； 在放電最後階段，放電光隨時間變得更強。
2 、炭化分布變化規律：
發現界面的電痕發展具有一定階段性。但在不同的壓力條件下炭化效果和放電光效果也會出現不同的效果和規律，也表現於不同的地方：
1) 炭化效果的寬度變化趨勢與放電光通道的變化趨勢相反： 炭化效果的寬度越來越寬，並且顏色越來越明顯； 放電光通道則是相反變窄。原因是由於隨著炭化的進行，界面的場強也開始變化，炭化過後形成的炭具有導電性能，起到導電的作用。炭化的產生間接導致了電極之間距離的變短，只對炭化出現區域的電場有加強或者減弱，但對沒有炭化效果出現的兩側電場的強度改變不大。炭出現少的區域電場強度增強，電場增強的區域放電發光強烈。
2) 界面上所產生的炭化量與放電光的強弱無關，無論放電光強度如何變化，隨著放電的進行，炭化量一直在增長。
