基于等温表面电位衰减法的直流电缆用低密度聚乙烯和交联聚乙烯陷阱电荷分布特性

空间电荷积聚是影响直流电缆安全运行的重要原因,定量表征直流电缆用聚乙烯材料内陷阱电荷的分布特性并分析其内部陷阱产生的根源,对抑制空间电荷积聚、加强直流电缆安全可靠运行具有重要意义。为此,采用直流电晕充电法对低密度聚乙烯(low-density polyethylene,LDPE)和交联聚乙烯(crosslinked polyethylene,XLPE)薄膜试样进行了充电,以模拟直流加压时电荷的注入过程。通过考虑材料内入陷电荷的出陷规律,建立了1个等温表面电位衰减(isothermal surface potential decay,ISPD)模型。通过分析LDPE和XLPE薄膜试样的ISPD数据,获得了其内部陷阱电荷的分布特性,并进一步分析了LDPE与XLPE形态学特性和添加剂对陷阱形成的影响。结果表明:LDPE和XLPE中分别存在2个陷阱中心,即浅陷阱中心和深陷阱中心;LDPE中与XLPE中空穴深陷阱电荷密度都高于空穴浅陷阱电荷,即2者空穴陷阱电荷主要以深陷阱为主;XLPE中空穴浅陷阱电荷与空穴深陷阱电荷之间的数量差距减少,XLPE中空穴浅陷阱高于LDPE中空穴浅陷阱。交联副产物对XLPE内部陷阱的形成产生重要影响,且添加剂形成的空穴类型陷阱的深度并不完全相同。

采用等温表面电位衰减法表征LDPE与HDPE内陷阱的分布特性

空间电荷积聚对直流电缆的使用寿命和运行安全有重要影响,研究聚乙烯材料内陷阱电荷的分布特性并进一步分析其内部陷阱分布特性,对抑制聚合物材料中空间电荷积聚、提高直流电缆运行的可靠性具有重要意义。通过考虑聚合物材料内电荷的脱陷规律,提出了一个计算聚合物内陷阱分布的等温表面电位衰减(isothermal surface potential decay,ISPD)模型。通过测量低密度聚乙烯(low-density polyethylene,LDPE)和高密度聚乙烯(high-density polyethylene,HDPE)试样分别在正、负电晕放电充电条件下的表面电位衰减特性,获得其相应的陷阱分布规律,并根据2种试样不同的形态学特性进行分析。结果表明:LDPE与HDPE内陷阱主要以深陷阱为主,陷阱密度近似为1021 m^(-3),与其它文献报道的相一致;HDPE内电子深陷阱多于LDPE内电子深陷阱,电子浅陷阱少于LDPE内电子浅陷阱;LDPE内电子深陷阱多于空穴深陷阱,电子浅陷阱少于空穴浅陷阱。分析认为:LDPE与HDPE独特的聚集态结构,以及电子和空穴电导的差异对陷阱电荷分布产生重要影响。

不同温度热老化对高压配网交联聚乙烯电缆绝缘表面陷阱参数的影响

陷阱参数可影响交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)电缆绝缘中载流子的注入和迁移过程,进而对XLPE电缆绝缘的介电性能产生影响。针对商用110kV的高压配电电缆绝缘,通过等温表面电位衰减(isothermal surface potential decay,ISPD)测试系统研究不同温度热老化过程对XLPE电缆绝缘表面陷阱参数的影响。实验结果表明,未老化的XLPE电缆绝缘表面以电子深陷阱和空穴深陷阱为主,当老化温度低于XLPE的熔融温度(T_m)时,浅陷阱密度增加,深陷阱密度变化幅度不大,XLPE电缆绝缘表面仍以深陷阱为主。而当老化温度高于Tm时,电子、空穴浅陷阱密度大幅增加,深陷阱密度大幅下降,陷阱能级下降,老化临界时间之后,XLPE试样表面以电子浅陷阱和空穴浅陷阱为主。热老化试样中浅陷阱密度的增加可能来源于羰基(C=O)等老化副产物的增加,深陷阱密度的下降可能是来源于老化过程对球晶的破坏。不同老化温度条件下表面陷阱密度和能级变化规律的差异可能是由晶体结构劣化方式的差异造成。