Effect of Morphology on Space Charge Characteristics in Polyethylene under Multi-physical Field Coupling Conditions.pdf

1、塑料擠包型直流電纜的電壓等級(jí)朝著超高壓/特高壓的趨勢(shì)發(fā)展。作為塑料擠包型直流電纜中最常見(jiàn)的絕緣介質(zhì)，聚乙烯具有載流子遷移率低、陷阱濃度高等優(yōu)良的特性。直流電場(chǎng)作用下，聚乙烯由于上述特點(diǎn)容易在內(nèi)部形成空間電荷的積聚，從而畸變電場(chǎng)，影響材料老化和擊穿等絕緣性能。電纜在運(yùn)行過(guò)程中除了耐受直流電場(chǎng)外，還要承受因?qū)景l(fā)熱引起的溫度場(chǎng)。因此，深入開(kāi)展高溫強(qiáng)電場(chǎng)耦合作用下聚乙烯空間電荷特性的研究對(duì)攻克塑料擠包型直流電纜的關(guān)鍵技術(shù)具有重要意義。

2、　　形態(tài)結(jié)構(gòu)會(huì)影響聚合物的電學(xué)性能，其包括結(jié)晶形態(tài)和表面形貌。本文采用電聲脈沖法空間電荷測(cè)量技術(shù)捕捉溫度和電場(chǎng)作用下低密度聚乙烯(low-density polyethylene, LDPE)中空間電荷的演變行為，揭示了多物理場(chǎng)耦合作用下形態(tài)對(duì)空間電荷穩(wěn)態(tài)暫態(tài)過(guò)程的影響，為高性能電纜絕緣材料的開(kāi)發(fā)提供試驗(yàn)和理論支持。
　　本文得到了 LD-iPP（聚丙烯為基底）、LD-PTFE（聚四氟乙烯為基底）和LD-G（玻璃為基底）這三種表面

3、形貌的試樣及其在多物理場(chǎng)耦合作用下空間電荷及直流擊穿特性。25℃時(shí), LD-G、LD-PTFE和 LD-iPP的擊穿場(chǎng)強(qiáng)由小到大,-100 kV/mm下由電極注入的負(fù)空間電荷由少到多、正空間電荷由多到少；在60℃、-125 kV/mm下，LDPE內(nèi)部出現(xiàn)了具有快速演變行為的空間電荷包，其遷移率較常溫下均提高至少一個(gè)數(shù)量級(jí)，試樣中正電荷包的電荷量由大到小依次為L(zhǎng)D-PTFE、LD-G和LD-iPP。結(jié)合原子力顯微鏡、傅立葉變換紅外光譜分析

4、以及相介電常數(shù)等測(cè)試結(jié)果，上述試驗(yàn)現(xiàn)象得到了合理的解釋。
　　本研究制備了具有不同結(jié)晶形態(tài)的聚乙烯試樣，探討了多物理場(chǎng)耦合作用下形態(tài)對(duì)空間電荷演變行為的影響，得到了空間電荷二次特性參數(shù)和陷阱微觀參數(shù)。冷卻速率越慢，則LDPE具有越大且越均勻的晶胞尺寸；冷卻速率越快， LDPE直流電導(dǎo)電流密度越大，內(nèi)部陷阱密度越高并且深陷阱含量越多。-100 kV/mm、20℃時(shí)，LD-I組別空間電荷包注入速率和遷移速率均最大。在40℃時(shí)，僅在LD