绝缘子具有机械支撑、电气隔离等多重作用,其安全稳定运行对电气设备乃至电力系统的可靠性都有着重要意义。直流条件下,自由电荷会在气固交界面累积形成表面电荷,使绝缘件的闪络特性与交流条件下相比表现出较大差异。因此,开展直流电压下绝缘材料表面电荷聚散规律及对闪络影响的研究具有重要的理论意义和实用价值。首先,通过平面指型电极充电的方式,重点开展直流电压下环氧树脂、硅橡胶、有机玻璃、聚四氟乙烯四种聚合物电介质表面电荷积聚特性的实验研究,分析材料、电压作用时间及电压幅值变化对表面电荷积聚的影响。发现表面电荷表现为双极性积聚,即阳极侧积聚正电荷、阴极侧积聚负电荷,且随着电压作用时间的增长,表面电荷积聚速度逐渐放缓进而呈现饱和状态。其次,通过针-板电极电晕充电的方式,研究正负极性下环氧树脂、硅橡胶、有机玻璃、聚四氟乙烯四种材料表面电荷随时间发展的衰减规律,进而分析影响材料表面电荷消散的内在因素。发现四种材料电荷消散途径的差异是造成电荷消散速率不同的主要原因。然后,采用平面指型电极,开展聚合物沿面闪络前后表面电荷特性及表面电荷积聚对沿面闪络影响的实验研究。以积聚电荷前后的电场变化情况为依据,探究表面电荷积聚对沿面闪络特性的影响。发现在该电极结构下,聚合物表面的双极性电荷分布(高压侧积聚同极性电荷)能够起到均化场强、降低三结合点场强的作用。最后,搭建与实验相吻合的几何模型,综合考虑体积传导、表面传导和气体传导三种方式对表面电荷积聚过程的影响,建立空气下的直流瞬态场仿真模型。分析在三种途径综合作用下表面电荷的积聚过程及机理,进而研究绝缘材料相对介电常数、体电导率和表面电导率变化对表面电荷积聚及电场分布的影响。研究认为应适当降低绝缘材料的相对介电常数及体积电导率,适当提高材料的表面电导率。本文对电荷沿面累积的基本物理过程及其对闪络的影响进行深入探究和理论分析,有助于进一步为绝缘介质的改性处理及绝缘优化提供依据与指导。