极性反转电压下非线性电导硅橡胶复合材料电荷积聚特性

发布时间：2022-01-11 20:25

　　直流电缆附件是直流输电系统的薄弱环节,为研究非线性电导对极性反转电压下电缆附件硅橡胶绝缘电荷积聚特性的影响,通过添加SiC颗粒制备具有非线性电导的硅橡胶复合材料试样,利用三电极法和表面电位测量系统获得试样的电导率和表面电荷特性。实验结果表明:由于试样中SiC晶粒的晶格振动引起载流子晶格散射,高温会造成试样电导率降低;试样表面电荷平面分布特性表明,电晕电压极性反转后,平板试样内部残留的原极性电荷与表面的异极性电荷提高了局部电场强度,使试样的电导率升高,加速了表面电荷向试样内部迁移和异极性电荷中和过程,抑制了表面电荷的积聚。 

【文章来源】：中国电力. 2020,53(09)北大核心CSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

30℃时SiR复合材料电导率特性

在一定的电场强度下，随着温度的升高，不同SiC含量的试样表现出不同的电导率变化特性。图2为15 kV/mm电场强度下试样的电导率随温度的变化情况。可以看出，M0的电导率随温度升高大幅上升，M60的电导率几乎恒定，而M90的电导率出现了小幅下降。这是因为试样中参与导电的载流子主要来源于电极注入、杂质电离和SiC本征激发，而硅橡胶基体提供的可能被激发参与导电过程的粒子都处于价带之中，同时绝缘材料的禁带相对较宽，粒子难以跨越，造成其电导较低。对M0而言，当温度提升时，热运动的加强使粒子具有更多的能量跃迁进入导带成为载流子，并在电场驱动下迁移。因此，从宏观上看，温度升高可使M0的电导率变大。与硅橡胶基体不同，SiC晶格中的原子都在其平衡位置附近做微振动[16]，当外施电场存在时，本征激发产生载流子沿电场方向运动形成电流，当电流中的载流子与晶格中的振动原子相碰撞时，二者之间发生能量交换，碰撞载流子的运动速度、方向都将改变，发生载流子散射，从而使原电流方向的载流子数量减少，宏观上造成电流减弱。同时，散射概率与温度成正比[16]，因此SiC颗粒电导率和温度呈负相关性。当试样中的SiC颗含量增大时，载流子散射对电导率的影响变得明显，使得M60和M90的电导率不随温度变化或随温度升高而降低。2.3 M60和M90电导率温度特性分析

值得注意的是，M60和M90的电导率在不同电场强度下表现出不同的温度特性。图3为50℃、70℃和90℃时M60的电导率特性。可以看出，当电场强度小于15 kV/mm时，其电导率表现出和M0类似的随温度升高而变大的趋势，但这种趋势随着温度的升高逐渐变小；当电场达到15 kV/mm时，电导率随温度的升高变得不明显。M90类似的趋势更加明显，电导率随温度降低的趋势开始出现在更低的电场区间。这是因为载流子散射对试样电导率的影响与发生散射的载流子数量有关。当电场强度变大时，更多的载流子发生迁移，发生散射的载流子数量随之增加，其对电导率的削弱作用逐渐变强，使试样电导率在高电场区间随温度降低。3 表面电荷特性分析

【参考文献】：
期刊论文
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硕士论文
[1]直流电压下交流XLPE电缆的空间电荷积累特性研究[D]. 李丛健.东北电力大学 2017



本文编号：3583411