输出高电压等级的同时，为实现Tesla变压器的小型化、轻量化设计，研究了0.5 MPa SF₆气体环境中支撑绝缘子沿面闪络特性与表面电场的关系，利用有限元法建立了Tesla变压器的电场仿真模型，结合实验研究分析了支撑绝缘子沿面闪络过程，阐明了Tesla变压器关键绝缘部件的场等效实验方法和结论，根据上述分析优化支撑绝缘子结构。优化后的支撑绝缘子凹侧沿面电场最大值下降约81.5%，切向电场强度平均值降低约10.3%，法向电场强度平均值降低约30%，沿面距离增长11.8%，电场不均系数从5.03下降为1.20，电场分布改善明显，预计可以耐受1 MV负极性微秒脉冲电压。

降低纳秒脉冲电压下气体开关的抖动对电磁脉冲模拟装置输出稳定性具有重要意义。特别在受条件约束、外触发不便的条件下，自触发开关抖动的降低值得关注。设计了两种自触发开关，包含阴极刻槽开关和预电离开关，并搭建了纳秒脉冲实验平台，分别在40 ns、70 ns 与120 ns三种脉冲前沿下测量了两种开关的击穿电压、时延等参数，通过数据统计与处理，获得了两种开关的击穿电压及时间抖动。实验结果表明：通过阴极刻槽控制发射或者阴极预电离注入的方式均可有效降低开关的击穿抖动；在三种前沿的脉冲电压下两种开关的击穿抖动均在1～1.8 ns之间；在40 ns和70 ns前沿脉冲作用下，阴极刻槽的开关击穿抖动更低，可小于1.2 ns，击穿电压分散性小于1.29%；在120 ns前沿脉冲作用下，阴极预电离开关击穿抖动更低，可小于1.6 ns。

研究纳秒脉冲下的绝缘子沿面闪络影响因素对电磁脉冲模拟装置绝缘结构设计具有重要的借鉴意义。通过搭建绝缘子沿面闪络实验平台，实验研究了在0.5 MPa的SF₆气体中，脉冲电压波形、绝缘材料和绝缘子沿面场强分布对绝缘子沿面闪络电压的影响。结果表明：绝缘子的闪络电压具有随着脉冲前沿时间减小而增加的趋势；相较于脉冲电压全波，绝缘子在脉冲电压前沿波形耐受下闪络电压较高；聚酰亚胺材料的绝缘性能最好；通过降低绝缘子沿面最大场强，改善电场分布可以有效地提高绝缘子的闪络电压。