當空穴中氣體擊穿的時候,絕緣的相對面瞬間就成了陰極和陽極。一些電子撞擊陽極,其能量足以破壞絕緣表面的化學性質。陰極被正離子轟擊,可能造成表面溫度升高而損壞和產生局部的熱不穩定性。這些少量通道的老化效應,以及表面的凹陷,會在絕緣材料中擴展。而且,離子的轟擊,化學老化,會產生活動放電產物,就像在空氣中放電形成的O3(臭氧)或NO2(二氧化氮)。這種網狀效應就是絕緣材料的緩慢電腐蝕,將逐漸增加空穴的尺寸。
1. 放電樹
放電樹首先被發現早在20世紀20年代,當時康門威爾斯.愛迪生公司(Commonwealth Edison Company)開始安裝住宅區地下電纜的時候發現了這種現象。放電樹包含一系列互聯通道或放電路徑,直徑范圍從一微米以下到數十微米。空穴中的放電活動最終將集中到特殊部位,并在表面產生很深的空穴。這種空穴將沿著放電軸線增長,放電能量沿著它們的尖端分支延伸。這樣的電場集中為點狀,導致放電空穴頂端電場強度增大,最終在絕緣材料空穴端部附近超過擊穿場強,接著就是有少量的材料在數納秒內擊穿并揮發。這種快速變化,會對絕緣材料產生小的沖擊波,同時這些波將導致絕緣材料結構細微裂紋的擴展。由它們在絕緣材料中出現的形狀得名為樹形放電(或放電樹)。下圖表示在聚醋樹脂中一個尖端樹形放電增長的現象。
樹形放電圖
在交流電壓作用下,樹形放電的發展,有兩個明確的階段,在開始階段,可以認為是一個很短的形成階段。最后階段形成絕緣材料中的樹形放電橋,但是繼續放電并沒有發生擊穿,因為在通道中,空間電荷產生一個反向的電場,與電極之間形成的電場(指外部所加電壓)相反,在這個階段放電通道擴展緩慢。最終,這種電場,在擴展的通道中不再維持平衡,從而發生災難性的擊穿,并產生非常大的、貫穿絕緣材料的放電通道。
2. 水狀放電樹
20世紀六十年代,開始采用擠壓成型的聚乙烯作為絕緣材料制造高壓電纜。六十年代后期發現,這種電纜可以用在潮濕的地方,比如在河流中使用,從而電纜的故障率也明顯地增加了。水從電纜外層護套滲透進去,并被絕緣材料吸收。可多達百分之幾(按重量)的水被聚乙烯吸收。1969年,米亞西塔(Miyashita)首次發表文章,發現在水和樹形放電的綜合作用下,聚乙烯絕緣惡化(degradation)的現象。到1970年代初,這種惡化現象被普遍稱為水放電樹。水放電樹結構上像灌木或扇形,發展過程像樹形放電,從電場強度集中的點散開。水放電樹導致絕緣材料的擊穿場強水平降低,促使擊穿。樹形放電有時起源于水樹形放電,加速了擊穿過程。雖然一般都認為這是聚乙烯絕緣電纜故障的主要原因,但卻沒有公認的水放電樹的模式。有兩種模式尚在研究中。其中之一,水放電樹具有連續的放電路徑,像微通道(如下圖);而另一種放電樹模式,是有很高密度的微型空穴,但沒有連接在一起(如下圖)。
噴射形的水放電樹
蟲胡蝶結形水放電樹
3. 閃絡(Tracking)
閃絡是一種通過絕緣材料表面,具有永久導電路徑的放電形式。放電路徑的產生,通常是由于絕緣材料老化的結果。發生閃絡的絕緣材料,必然是碳基化合物。某些室外安裝的高壓設備,在工業環境下,絕緣部件由于空氣污染、灰塵而沾污。那些設在靠近海邊的變電站,鹽分很快就覆蓋了設備。在潮濕環境下,那些污染層將導致絕緣物表面漏電電流的上升,從而加熱了表面,產生揮發,致使潮濕薄層斷開,造成潮濕膜層間隙之間的電位差加大,那么就會產生小的火花,橋連了這些間隙。火花又會加熱絕緣材料中的碳化物,導致表面永久放電碳跡的形成。
閃絡(表面放電)嚴重地限制了有機絕緣材料在室外環境中的應用。閃絡的可能性取決于高分子材料的結構。向無碳化物的高分子材料添加相應的填充物,可以顯著地減小閃絡。