在脉冲功率装置中,固-液和固-气复合绝缘结构普遍存在,其闪络电压都表现出与相应体击穿不相称的水平,因此成为制约高功率装置操作电压等级的主要因素。国内外对此沿面闪络现象的研究主要集中在直流、工频和雷电冲击下,而纳秒脉冲下的沿面闪络研究较少。本文基于脉冲功率技术的实际需求,对微秒和纳秒快脉冲下两种常用绝缘材料—有机玻璃和尼龙分别在氮气和十二烷基苯中的沿面闪络特性进行了研究。本文建立了绝缘材料沿面闪络实验平台,包括研制不同上升时间和幅值的脉冲电源、纳秒脉冲测量系统、气体容器、液体容器、实验电极系统等。其中,脉冲电源根据气体和油中对输出电压的要求不同,所采取的设计方案有所不同,最终得到最陡脉冲的上升时间为15ns,最大输出电压幅值为250kV;纳秒脉冲测量系统使用的是电阻分压器配合示波器;实验电极为平面电极,在间隙中形成的电场为稍不均匀场。分析了三结合点处的初始电子的发射对气体中绝缘材料闪络发生的影响,理论推导了沿面闪络场强和气体压强、气体介电常数的关系式,能够有效解释沿面闪络场强随气压、间隙距离、脉冲上升时间的变化趋势。以三结合点处场致电子发射和二次电子崩理论为基础,描述了油中绝缘材料沿面闪络的发展过程。实验研究了在直流电压、微秒脉冲、不同上升时间的纳秒脉冲作用下,有机玻璃和尼龙在氮气介质中沿面闪络电压/场强随氮气气压、闪络距离等参数的变化规律以及在十二烷基苯中沿面闪络电压/场强随闪络距离等参数的变化规律。研究结果表明:当气压较小时,随气压的增大,闪络场强增长较快,而当气压较高时(大于3个大气压),随气压的增长,闪络场强的增加变缓,趋于饱和。同时,在较小间距(小于5mm)下,增大气压的方式对于绝缘能力的提高很有限,而间隙距离较大时,增大气压可以作为绝缘能力提高的有效途径。在相同的气压下,有机玻璃和尼龙在快脉冲下的闪络场强比在直流下的要大很多,但随着气压和间隙距离的增大,快脉冲下的闪络场强和直流下的闪络场强的差异呈下降趋势。沿面闪络电压随着闪络距离的增加而提高,但随着绝缘距离的增加,闪络场强明显降低。脉冲电压上升沿越陡,闪络场强越高。无论在气体还是油中,有机玻璃的沿面绝缘性能要优于尼龙。