极性反转条件下基于双极性载流子-离子混合输运模型的XLPE空间电荷特性研究

直流电缆在运行时需承受极性反转的电压,这会使得绝缘内部积累的空间电荷增加,进而可能引起绝缘破坏。同时在绝缘材料实际生产过程中引入的交联副产物等杂质解离产生的离子电荷会加剧电荷的积累。因此本文对传统双极性载流子输运模型进行改进,考虑杂质带电离子的影响,利用改进后的输运模型模拟交联聚乙烯（XLPE）内部空间电荷在电压极性反转期间的分布,研究极性反转时间和电场强度对电荷分布的影响机理。结果表明：在满足电压反转前后空间电荷分布基本呈镜像分布的基础上,引入离子电荷会增大两电极附近稳态时积聚的异极性电荷量;电压反转时间越长,两电极处的界面电荷峰值下降的越多,两电极附近的空间电荷变成相反极性的电荷量也越多,即反转完成时电荷分布更接近于反转稳定后的情况;在相同极性反转时间、不同电场强度下,电荷分布规律基本相同,场强越高,各处积累的电荷量越多。     

杂质浓度梯度下XLPE空间电荷与电场分布特性仿真研究

交联副产物等杂质解离易引起异极性空间电荷的积累,导致局部场强畸变。同时,交联聚乙烯（XLPE）直流电缆脱气处理后交联副产物杂质会在绝缘层中形成“内高外低”的浓度梯度分布,而杂质浓度梯度对空间电荷的影响尚不清晰。为此基于双极性电荷输运模型,引入杂质浓度梯度并考虑杂质离子对载流子的散射作用,仿真计算交联副产物杂质均匀分布与梯度分布对XLPE空间电荷与电场分布的影响,并分析影响杂质梯度效应的各种因素。结果表明：杂质梯度分布下XLPE空间电荷和电场分布表现出明显的杂质梯度效应,即低浓度侧异极性电荷积聚增多,导致其附近电场增强;而杂质解离势垒和杂质分布浓度是影响杂质梯度效应的主要原因,在杂质浓度梯度一定时,活化能越低,温度越高,解离势垒越低,载流子的迁移率相应降低,导致杂质梯度效应越明显;绝缘层厚度越大,杂质分布浓度越高,杂质梯度效应也越明显。