【線纜百科】外加電場(chǎng)下聚合物的電導(dǎo)和電纜本體的響應(yīng)

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2022-09-26

1.電導(dǎo)

??極化、介電常數(shù)和損耗現(xiàn)象都與絕緣中電荷容納形式和聚合物對(duì)外加電場(chǎng)的響應(yīng)有關(guān)。盡管聚合物絕緣并非良好導(dǎo)體,但其呈現(xiàn)出一定程度的電導(dǎo)性。聚合物絕緣能夠持續(xù)容納電荷;其中除電荷運(yùn)動(dòng)和捕獲外,還存在電荷的釋放。電荷釋放受到聚合物形貌改變的影響(不僅包括晶體熔融,還有非結(jié)晶區(qū)的分子鏈移動(dòng));彈性體材料中高嶺土粒子的形貌(尺寸、外形和結(jié)構(gòu))和聚合物-填料界面性質(zhì)(還有高嶺土硅烷包覆的程度和特性)也是影響因素。此外,其他大量添加劑也起到影響作用。起初不是材料中所有的成分都會(huì)被捕獲;外來(lái)離子可能直接促進(jìn)其電導(dǎo)性。
??2.電纜響應(yīng)
??前面已經(jīng)介紹電場(chǎng)下聚合物絕緣材料的響應(yīng)特性。本節(jié)將從工程角度討論電纜的響應(yīng)(不僅對(duì)電纜材料)。
??從傳統(tǒng)角度,當(dāng)電纜承受直流電壓時(shí),會(huì)產(chǎn)生三種類型的電流,即電容電流、吸收電流和泄漏電流。

施加直流電壓后,隨即出現(xiàn)電容電流;電纜(如同電容)變成充電狀態(tài)。這里沒(méi)有化學(xué)反應(yīng),只有電荷積聚。這是由于帶電原子的重新排布。這一現(xiàn)象迅速發(fā)生,時(shí)間常數(shù)一般僅為數(shù)秒。它不是影響可靠性的顯著因素。??

? ? ? ?吸收電流也稱為極化電流,是受電場(chǎng)作用極性分子的臨時(shí)重排;材料的相應(yīng)特性見(jiàn)《運(yùn)行場(chǎng)強(qiáng)下絕緣材料的響應(yīng):極化》。這會(huì)導(dǎo)致介質(zhì)損耗;直流電場(chǎng)下介質(zhì)損耗很小,但在交流電場(chǎng)下?lián)p耗更顯著。

??泄漏電流前面未提及。對(duì)于電纜,泄漏電流較為顯著,是提供絕緣“狀態(tài)”的一項(xiàng)指征。它可以反映聚合物絕緣阻止電荷移動(dòng)的能力;導(dǎo)致陷阱的極化和介電現(xiàn)象不足以使離子和電子流入并通過(guò)絕緣。
??從電纜可靠性角度,泄漏電流是本節(jié)討論的三種電流中最為重要的一種。泄漏電流應(yīng)與外加電場(chǎng)成比例;如果它是非線性的,則顯示出絕緣水平下降。
3.有關(guān)聚合物在電場(chǎng)下響應(yīng)的小結(jié)
??以上講解了絕緣材料的體積電阻率、極化、介電常數(shù)、介質(zhì)損耗和界面極化等概念以及電纜的泄漏電流,其中:
??·體積電阻率是一項(xiàng)定義明確的特性,可反映作為絕緣材料的聚合物性能。
??·極化可以估量外加電場(chǎng)下聚合物偶極子的響應(yīng),以及對(duì)劣化程度的影響。
??·介電常數(shù)提供了絕緣存儲(chǔ)電荷方式和程度的信息;非極性絕緣的介電常數(shù)值低于極性絕緣。介質(zhì)損耗提供了外加電場(chǎng)下電能轉(zhuǎn)化為熱量消耗和極化的情況。
??·界面極化現(xiàn)象與礦物填充體系有關(guān)(也是老化過(guò)程中的內(nèi)部現(xiàn)象)。
??在電纜結(jié)構(gòu)中,外加電壓會(huì)產(chǎn)生泄漏電流,流經(jīng)絕緣。泄漏電流可提供關(guān)于電纜系統(tǒng)未來(lái)可靠性的一些量化信息。
??上述所有參數(shù)緊密聯(lián)系,相互影響。


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