采用表面电位衰减法表征高压交联聚乙烯电缆绝缘中空间电荷的输运特性-高宇

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1、高电压技术第３８卷第８期２０１２年８月３１日ＨｉｇｈＶｏｌｔａｇｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｖｏｌ．３８，Ｎｏ．８，Ａｕｇｕｓｔ３１，２０１２２０９７采用表面电位衰减法表征高压交联聚乙烯电缆绝缘中空间电荷的输运特性高宇，杜伯学（天津大学电气与自动化工程学院，天津３０００７２）摘要：空间电荷积聚是影响高压直流交联聚乙烯（ｃｒｏｓｓｌｉｎｋｅｄｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ，ＸＬＰＥ）电缆运行安全的重要原因，定量表征ＸＬＰＥ中空间电荷的输运特性，对抑制空间电荷积聚、提高电缆绝缘可靠性具有重要意义。采用厚２００μｍ的ＸＬＰＥ薄

2、膜为试样，通过表面电位衰减（ｓｕｒｆａｃｅｐｏｔｅｎｔｉａｌｄｅｃａｙ，ＳＰＤ）法测量其陷阱能级分布、载流子迁移率和体电导率。结果表明，电子陷阱能级深度分布在０．８～１．０７ｅＶ，在１．０１ｅＶ处存在陷阱密度中心；空穴陷阱能级深度分布在０．７１～１．０６ｅＶ，分别在０．８９ｅＶ和１．０１ｅＶ处存在陷阱密度中心。正、负电荷的迁移率分别为１．５×－１４２／（Ｖ·ｓ）、１．７×１０－１５２／（Ｖ·ｓ）。体电导率随场强降低而减小，逐渐达到稳定值约５×１０－１７１０ｍｍＳ／ｍ。研究表明：交联剂过氧化二异丙苯受热分解形成的副

3、产物苯乙酮和α－甲基苯乙烯，是导致浅能级空穴陷阱密度显著大于电子陷阱密度、从而使正电荷具有较高迁移率的主要原因。关键词：交联聚乙烯（ＸＬＰＥ）；电荷输运特性；陷阱能级分布；电荷迁移率；电导率；表面电位衰减ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３－６５２０．２０１２．０８．０３９文章编号：１００３－６５２０（２０１２）０８－２０９７－０７ＣｈａｒａｃｔｅｒｉｚｉｎｇＳｐａｃｅＣｈａｒｇｅＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎｉｎＨＶＸＬＰＥＣａｂｌｅＩｎｓｕｌａｔｉｏｎＢａｓｅｄｏｎＳｕｒｆａｃｅＰｏｔｅｎｔｉａｌＤｅ

4、ｃａｙＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＧＡＯＹｕ，ＤＵＢｏｘｕｅ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３０００７２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｐａｃｅｃｈａｒｇｅａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｅａｓｏｎｔｈａｔａｆｆｅｃｔｓｔｈｅｓａｆｅｔｙｏｆｃｒｏｓｓｌｉｎｋｅｄｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ（ＸＬＰＥ）ｉｎｓｕｌａｔｅｄＤＣｐｏｗｅｒｃａｂｌｅ．Ａｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎｏｆ

5、ｓｐａｃｅｃｈａｒｇｅｄｙｎａｍｉｃｓｗｉｔｈｉｎＸＬＰＥｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｕｎｄｅｒＤＣｆｉｅｌｄｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｈｅｌｐｆｕｌｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｆｏｒｉｎｈｉｂｉｔｉｎｇｔｈｅｃｈａｒｇｅｂｕｉｌｔ－ｕｐａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｃａｂｌｅ．Ｓｐａｃｅｃｈａｒｇｅｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎｆｅａｔｕｒｅｓｉｎ２００μｍ－ｔｈｉｃｋＸＬＰＥｆｉｌｍｓｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｂｙｍｅａｎｓｏｆｓｕｒｆａｃｅｐｏｔｅｎｔｉａｌｄｅｃａｙｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ．Ｔｒ

6、ａｐｅｎｅｒｇｙｄｅｐｔｈｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｍｏｂｉｌｉｔｙａｎｄｆｉｅｌｄｄｅｐｅｎｄｅｎｔｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｗｅｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｒａｐｅｎｅｒｇｙｄｅｐｔｈｃｏｖｅｒｓｔｈｅｒａｎｇｅｆｒｏｍ０．８ｅＶｔｏ１．０７ｅＶｆｏｒｅｌｅｃｔｒｏｎａｎｄｆｒｏｍ－１５２／（Ｖ·ｓ）ａｎｄ０．７１ｅＶｔｏ１．０６ｅＶｆｏｒｈｏｌｅ，ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｍｏｂｉｌｉｔｙｆｏｒｎｅｇａｔｉｖｅａｎｄｐｏｓｉｔｉｖｅｃｈａｒｇｅｓａｒｅ１．７×１０

7、ｍ－１４２／（Ｖ·ｓ），ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｄｅｃｒｅａｓｅｓｗｉｔｈｔｈｅｆａｌｌｏｆｓｕｒｆａｃｅｐｏｔｅｎｔｉａｌ，ａｐｐｒｏａｃｈｉｎｇａ１．５×１０ｍ－１７ｓｔｅａｄｙｖａｌｕｅｏｆａｂｏｕｔ５×１０Ｓ／ｍ．Ｉｔｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｔｈａｔｔｈｅｐｒｅｓｅｎｃｅｏｆａｃｅｔｏｐｈｅｎｏｎｅａｎｄα－ｍｅｔｈｙｌｓｔｙｒｅｎｅｗｈｉｃｈａｒｅｂｙｐｒｏｄｕｃｔｓｆｒｏｍｔｈｅｒｍａｌｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｄｉｃｕｍｙｌｐｅｒｏｘｉｄｅａｒｅｒｅｓｐｏｎｓｉｂｌｅ

8、ｆｏｒｔｈｅｓｈａｌｌｏｗｅｒｔｒａｐｄｅｐｔｈａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｈｉｇｈｅｒｍｏｂｉｌｉｔｙｏｆｐｏｓｉｔｉｖｅｃｈａｒｇｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｒｏｓｓｌｉｎｋｅｄｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ（ＸＬＰＥ）；ｃｈａｒｇｅｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒ；ｔｒａｐｄｅｐｔｈｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ；ｔｒａｎｓｆｅｒｃｈａｒｇｅ；ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ；ｓｕｒ