LDPE在直流击穿过程中的瞬态光谱特征及其与击穿统计数据的关联

《IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation》：Transient Spectral Signatures of LDPE during DC Breakdown and Their Correlation with Breakdown Statistics

本研究构建了直流击穿发光光谱测量系统，对50μm、100μm和200μm厚LDPE样品进行时域光学信号分析。结果显示击穿电场随厚度增加而降低，光谱在254、270、360、430、500、590nm处呈现共同特征带，相对强度随厚度变化，表明发光源于固体辐射复合、微等离子体发射及热连续谱的混合作用，揭示了复杂电荷动力学过程。

　　

摘要：

聚合物分解的本质是电荷传输不稳定性的增加。在电场的作用下，自由电荷与聚乙烯（PE）基体相互作用，导致能量以辐射（发光）和非辐射（热）两种形式释放。通过记录直流击穿过程中的时间分辨光学发射（OE）数据，我们对电荷传输和能量释放途径提供了观测上的限制，而不是简单地假设单一机制。本研究基于光谱测量技术，构建了一套用于宏观尺度低密度聚乙烯（LDPE）样品直流击穿发光测量的光谱系统，并在厚度分别为50 μm、100 μm和200 μm的LDPE样品的直流击穿过程中收集了光学信号。结果表明，直流击穿电场强度随着样品厚度的增加而减小；各样品的光谱在254 nm、270 nm、360 nm、430 nm、500 nm和590 nm处具有共同的谱带特征，但其相对强度随厚度变化而变化。考虑到有限的通带（尤其是较宽的深紫外通道）以及变压器油的紫外吸收作用，短波信号会被衰减，且可能包含多种物理过程。因此，我们将观察到的现象解释为主要由以下几种机制共同作用的结果：(A) 固态辐射复合（包括荧光/磷光）；(B) 击穿通道中的微等离子体发射（例如通带内的CH/C?/H特征）；(C) 热连续谱。此外，时间分辨光学信号分析显示了多种波形模式，包括单脉冲、多脉冲、附加多脉冲和驼峰形脉冲，这些模式揭示了LDPE基体在直流击穿过程中复杂的电荷动态。