高压直流电缆30毫米绝缘层中径向导电性分布的分析

《IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation》：Analysis of Radial Conductivity Distribution in 30-mm Insulation Layer of HVDC Cable

本研究测试高压直流电缆绝缘层中松弛电流、空间电荷及结晶度随径向分布的变化。通过计算陷阱密度分布及分析其对电导率和空间电荷的影响，发现陷阱密度径向先降后升，可能与制造过程中热耗散不均导致结晶度差异有关。J-E曲线斜率变化趋势与陷阱密度相反，但高电场下斜率呈现与陷阱密度一致的减小-增大趋势。空间电荷密度变化与电导率-电场斜率趋势一致，表明电场作用下陷阱调制载流子传输机制显著。

　　

摘要：

本研究测试了电缆绝缘层不同位置的松弛电流、空间电荷和结晶度。计算了陷阱的径向分布，并分析了它们对导电性和空间电荷分布的影响。样品采用交联聚乙烯（XLPE），厚度约为0.22毫米，来源于一根±525千伏高压直流（HVDC）电缆的绝缘层（厚度为30毫米）。等温松弛试验在5千伏/毫米的电场强度下进行，J-E特性和空间电荷检测的电场范围分别为3-40千伏/毫米和6-80千伏/毫米。结果表明，陷阱密度沿径向先减小后增大。这种行为可能与电缆制造过程中的热量分布不均匀有关，从而影响了径向结晶度。J-E曲线的拟合斜率沿径向先增大后减小，与陷阱密度的变化趋势相反。然而，随着极化电场的增加，径向拟合斜率呈现出先减小后增大的趋势，这与沿径向的陷阱密度分布一致。空间电荷密度的增加与相同极化场下的导电性-电场斜率变化趋势相同，这可能是由于在不同电场作用下陷阱对载流子传输的调制作用所致。