基于密度泛函理论的外电场下高能辐照XLPE分子结构特性研究

交联聚乙烯(XLPE)凭借其优越的电气性能、机械性能和耐热性被广泛运用于各电压等级的电力电缆中。但其故障率也在逐年提高,很大程度上影响了电力系统的安全稳定运行。交联聚乙烯的材料老化是其绝缘性能降低的主要原因,老化始于内部,分子空间电荷的改变最终影响分子结构的变化。低电场强度下,分子整体构型改变不大。对比无电场在突加电场时XLPE分子交联点处碳的原子所带正电荷,且电荷量上升。但随着场强的增加,分子体系总能量下降,ΔELUMO-HOMO差值也随之下降。当场强达到Field=X+200时出现拐点,交联点所带电荷突然升高,ΔELUMO-HOMO能隙差骤降,分子构型也扭曲变形。此时XLPE可能发生电树枝老化。当场强达到Field=X+400时,分子发生首次碳氢断键,XLPE分子可能被绝缘击穿。若场强再次增加到Field=X+800时,XLPE将会发生解裂,伴随着大量H离子及自由基的形成。此拐点对于XLPE电缆的状态评估和剩余寿命的预测有重要意义。