高压直流电缆绝缘中的周期性直流接地电树枝特性

摘要

本文以一种以交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)为基体,添加0.5 wt％纳米 MgO颗粒的新型高压直流电缆绝缘材料和某商用高压直流电缆绝缘材料为研究对象,通过实验研究了纳米添加、环境温度、电压极性对高压直流电缆绝缘中周期性直流接地电树枝的影响,并对某商用级XLPE高压直流电缆绝缘材料进行了室温下不同单次预压时间的直流接地电树枝实验,结合双载流子模型通过仿真计算研究了不同单次预压时间下材料中的空间电荷分布与直流接地电树枝的联系.实验研究表明,纳米MgO/XLPE绝缘材料在一定程度上表现出更好的抗电树枝化性能;温度升高使电树枝更容易引发和生长,且形态更加茂密;负极性下电树枝比正极性下更易引发,且生长更为分散;正极性下电树枝长度随着单次预压时间的增加先增加再减小,负极性下单次预压时间对电树枝长度的影响不大.仿真研究在综合考虑了电荷的注入、迁移、扩散、入陷和脱陷等行为的基础上,计算出了XLPE中随时间变化的空间电荷分布,并据此提出了空间电荷有效注入深度这一新概念,用来表征能够引发电树枝的那部分空间电荷在材料中的分布范围,从而从空间电荷的角度对不同预压时间下的电树枝特性进行了合理的解释,同时证明了入陷电荷是导致直流接地电树枝生长的原因.