低密度聚乙烯空间电荷与电导电流的联合测量

聚乙烯非常容易积累空间电荷,造成聚乙烯绝缘电缆用于高压直流输电时容易出现绝缘劣化和使用寿命减少的问题。为了研究绝缘材料在直流电场下的空间电荷特性与电导特性,考虑到由于外电流存在位移电流分量,对于同一块试样分别测量得到的结果并不能进行严格的联合分析,基于脉冲电声法(pulse electro acoustic,PEA)原理设计了一套能够对平板试样进行"同区分时"测量空间电荷和外电流的实验装置,联合测量了低密度聚乙烯(low density polyethylene,LDPE)在室温下的空间电荷和高场电导。实验结果表明:随着施加场强的升高,阳极异极性空间电荷逐渐增加,阴极由同极性注入转变为异极性空间电荷积累,这与材料内部的杂质解离以及不同电极材料的选取有关。低电场条件下位移电流在外电流中所占的比例大于电导电流,传导电流密度与电场强度的关系也符合空间电荷限制电流(space-charge-limited current)理论。

添加纳米MgO对交联聚乙烯中直流接地电树枝的影响

对交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)材料与质量分数为0.5%的MgO/XLPE纳米复合材料分别进行了直流接地电树枝实验与基于电声脉冲法的空间电荷测量。电树枝实验表明,正极性下MgO/XLPE纳米复合材料表现出更高的50%电树枝引发电压;空间电荷测量结果表明XLPE中有更多同极性电荷注入,说明纳米颗粒的添加阻碍了针尖处同极性电荷的注入与抽出,进而阻碍了电树枝引发。正极性下MgO/XLPE纳米复合材料表现出更小的平均电树枝长度与宽度,这是由于高场强区产生的载流子与纳米颗粒发生碰撞,导致电树枝生长较慢。此外,正极性下MgO/XLPE纳米复合材料中平均电树枝长宽比随电压升高下降更快,这是由于电树枝无法穿透纳米颗粒,只能从其表面绕过,导致了电树枝通道方向的改变与细小分枝的产生。

快速空间电荷测量用高压高频脉冲源的研究

采用电声脉冲法测量空间电荷时需要对试样施加脉冲激励,使试样中的空间电荷发生微弱位移产生机械波。为了获得足够高的信噪比,必须连续采集多个信号进行平均处理,对于多数测试系统平均次数至少需要40次。测量一次所需时间为脉冲频率和平均次数的乘积,因此脉冲源的频率决定了测量的速度。基于高压固体开关设计了高压高频脉冲源,可产生半峰宽5 ns至380 ns的窄脉冲,兼具连续脉冲模式和脉冲簇模式,脉冲重复频率可达3 k Hz,在脉冲簇模式下脉冲间隔最小为1μs,输出脉冲幅值最大为2.5 k V。经设备校验可知脉冲源可有效提高空间电荷测试速度,并适用于交流甚至任意波形下的空间电荷测试。