熱循環(huán)處理下電纜絕緣空間電荷特性研究

朱文衛(wèi), 王彥峰, 范星輝, 劉順滿, 甘慧辰, 劉剛

(1.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電網(wǎng)規(guī)劃研究中心，廣東 廣州 510080；2.華南理工大學(xué) 電力學(xué)院，廣東 廣州 510641)

近年來(lái)，電力需求量隨國(guó)民經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)日益增加，電力與各行各業(yè)緊密連接在一起。作為電力傳輸?shù)闹饕ǖ溃邏弘娎|在運(yùn)行過(guò)程中的絕緣狀態(tài)變化，是電網(wǎng)運(yùn)行部門(mén)重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容[1-2]。交聯(lián)聚乙烯(cross-linked polyethylene, XLPE)具有優(yōu)越的電學(xué)、理化和力學(xué)性能，其作為高壓電纜的絕緣材料，被廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)輸配電網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)中[3-4]。

XLPE是由低密度聚乙烯(low density polyethylene, LDPE)交聯(lián)而成[5]。目前，國(guó)內(nèi)工業(yè)上高壓交聯(lián)電纜絕緣的制備大多采用過(guò)氧化物交聯(lián)法[6]，交聯(lián)反應(yīng)產(chǎn)生的交聯(lián)副產(chǎn)物會(huì)以雜質(zhì)的形式存在于電纜絕緣中。同時(shí)，電纜絕緣在交聯(lián)管內(nèi)的反應(yīng)時(shí)間有限，有研究表明其在生產(chǎn)過(guò)程中往往無(wú)法使結(jié)晶過(guò)程的成核階段和球晶生長(zhǎng)階段達(dá)到穩(wěn)態(tài)[7]。當(dāng)高壓交聯(lián)電纜投入運(yùn)行時(shí)，其承受的負(fù)荷一般較低，導(dǎo)致電纜絕緣層溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其最高允許運(yùn)行溫度90 ℃，不利于電纜絕緣內(nèi)部可揮發(fā)性雜質(zhì)的減少和結(jié)晶形態(tài)的改善，文獻(xiàn)[3，7]對(duì)退役電纜絕緣進(jìn)行20次熱循環(huán)處理，研究發(fā)現(xiàn)熱處理后電纜絕緣的熱-電性能得到提升。

一般認(rèn)為，電纜絕緣內(nèi)部的XLPE短鏈、極性端基及非晶區(qū)和晶區(qū)界面等缺陷會(huì)形成不同能級(jí)的陷阱[8]，自由電荷在遷移時(shí)很容易入陷成為空間電荷，空間電荷在直流電場(chǎng)下聚集于絕緣材料內(nèi)部，從而引起材料內(nèi)部電場(chǎng)的嚴(yán)重畸變[9]，成為直流電纜絕緣設(shè)計(jì)生產(chǎn)過(guò)程中需要解決的問(wèn)題。相比于直流電場(chǎng)，交流電場(chǎng)下電纜絕緣對(duì)其弱點(diǎn)的敏感度更高，絕緣的失效經(jīng)常發(fā)生在其明顯劣化之前；因此，交流電纜的空間電荷特性也值得關(guān)注[10]。同時(shí)，研究電纜在投入運(yùn)行時(shí)空間電荷特性的變化，對(duì)于指導(dǎo)新電纜運(yùn)行和延長(zhǎng)電纜使用壽命具有實(shí)際意義。

本文選取了國(guó)內(nèi)3個(gè)不同電纜廠家生產(chǎn)的交流110 kV XLPE電纜，以熱循環(huán)的方式模擬電纜實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中負(fù)荷變動(dòng)造成的熱變化過(guò)程。在高壓交聯(lián)電纜絕緣最高允許工作溫度90 ℃的基礎(chǔ)上，設(shè)置80 ℃、90 ℃和100 ℃ 3個(gè)熱循環(huán)最高溫度，熱循環(huán)次數(shù)設(shè)置為20次。通過(guò)傅里葉紅外光譜(Fourier transform infrared spectroscopy, FTIR)、差示掃描量熱(differential scanning calorimetry, DSC)和空間電荷實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析熱循環(huán)處理前后電纜試樣的空間電荷特性變化情況，初步探究短時(shí)適當(dāng)提高新電纜投運(yùn)時(shí)的絕緣層溫度對(duì)于提升其絕緣性能的可行性。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 試樣制備

本文選用國(guó)內(nèi)3個(gè)不同電纜廠家(廠家編號(hào)定為A、B、C)生產(chǎn)的110 kV XLPE新電纜，電纜絕緣采用過(guò)氧化物交聯(lián)方法，過(guò)氧化物交聯(lián)劑為過(guò)氧化二異丙苯(dicumyl peroxide，DCP)。采用交聯(lián)電纜切片機(jī)沿電纜軸向方向進(jìn)行切片，獲得厚度約為0.5 mm的XLPE試樣。選取靠近電纜導(dǎo)體的切片試樣，將其置于溫度調(diào)節(jié)儀內(nèi)進(jìn)行熱循環(huán)處理。

一次完整的熱循環(huán)過(guò)程包括對(duì)試樣加熱的升溫階段、到達(dá)設(shè)定最高溫度的恒溫階段以及自然冷卻至室溫的降溫階段，熱循環(huán)過(guò)程溫度變化曲線如圖1所示。本次試驗(yàn)選取了80 ℃、90 ℃和100 ℃ 3個(gè)熱循環(huán)最高溫度，通過(guò)控制溫度調(diào)節(jié)儀的升溫速率，將升溫、恒溫階段的時(shí)間分別控制為6 h、2 h。對(duì)試樣進(jìn)行20個(gè)完整的熱循環(huán)過(guò)程后，得到一系列熱循環(huán)處理的試樣，試樣參數(shù)說(shuō)明見(jiàn)表1。

表1 電纜試樣參數(shù)說(shuō)明

圖1 一次完整熱循環(huán)過(guò)程的溫度變化曲線

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

FTIR實(shí)驗(yàn)：采用德國(guó)Bruker公司生產(chǎn)的VERTEX 70紅外光譜儀對(duì)10 mm×10 mm×0.5 mm的試樣進(jìn)行掃描，實(shí)驗(yàn)波數(shù)范圍設(shè)置為600～4 000 cm-1，分辨率為0.16 cm-1，信噪比為55 000∶1。

DSC實(shí)驗(yàn)：采用德國(guó)NETZSCH STA449F3型差示掃描量熱儀對(duì)5 mg試樣進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試的溫度范圍為30～140 ℃，升溫速率為10 ℃/min，實(shí)驗(yàn)過(guò)程在N2氣氛中進(jìn)行。

電聲脈沖(pulse electro acoustic，PEA)實(shí)驗(yàn)：采用的PEA測(cè)試系統(tǒng)上下電極分別為半導(dǎo)電材料和鋁電極，聲耦合劑為硅油。實(shí)驗(yàn)設(shè)置高壓脈沖幅值為500 V，頻率為100 Hz，寬度為10 ns。室溫下測(cè)量時(shí)，對(duì)試樣施加20 min 30 kV/mm的直流電場(chǎng)得到極化階段的空間電荷分布圖，撤去電場(chǎng)后得到10 min的去極化階段空間電荷分布圖。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 FTIR實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

文中以B廠家電纜為例，對(duì)熱循環(huán)處理前后試樣的FTIR、DSC和空間電荷分布曲線進(jìn)行分析。

圖2為熱循環(huán)處理前后B廠家各試樣的FTIR曲線。XLPE是一種以亞甲基(—CH2)為特征基團(tuán)的高分子聚合物，圖2中波數(shù)為720 cm-1、1 471 cm-1、2 856 cm-1和2 937 cm-1處存在明顯的特征吸收峰，這些特征吸收峰是XLPE內(nèi)部C—C單鍵或CH2搖擺振動(dòng)所產(chǎn)生的[11]。文中3個(gè)廠家電纜試樣均使用DCP作為交聯(lián)劑，其在交聯(lián)反應(yīng)過(guò)程中主要分解為苯乙酮、枯基醇和α-甲基苯乙烯[12]。這3種化合物對(duì)應(yīng)的官能團(tuán)包括苯乙烯基、羰基、羥基，相應(yīng)的特征吸收峰波數(shù)為1 600～1 659 cm-1、1 680～1 770 cm-1、3 371 cm-1。與此同時(shí)，羰基還與XLPE在高溫和氧氣條件下產(chǎn)生的熱氧副產(chǎn)物有關(guān)[13-14]。

由圖2可知，B0試樣在波數(shù)范圍為1 600～1 680 cm-1、1 700～1 760 cm-1存在較高的特征吸收峰，表明B廠家新電纜絕緣試樣內(nèi)部殘留較多的交聯(lián)副產(chǎn)物雜質(zhì)。B1、B2和B3試樣在波數(shù)范圍為1 600～1 680 cm-1的特征吸收峰較B0明顯減弱，B2、B3試樣的特征吸收峰處于較低水平，表明試樣在經(jīng)過(guò)熱循環(huán)處理后，其內(nèi)部的交聯(lián)副產(chǎn)物含量減少，且交聯(lián)副產(chǎn)物的揮發(fā)程度與熱循環(huán)最高溫度有關(guān)。B3試樣在1 700～1 760 cm-1內(nèi)較高的特征吸收峰，可能與其內(nèi)部抗氧化劑的耗盡以及熱氧副產(chǎn)物的產(chǎn)生有關(guān)。

圖2 熱循環(huán)處理前后B廠家各試樣FTIR曲線

為了定量分析熱循環(huán)處理前后各試樣內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)的變化情況，通過(guò)式(1)和(2)分別計(jì)算各試樣的羰基指數(shù)(carbonyl index，CI)和不飽和基指數(shù)(unsaturated band index，UBI)[4，15]。

(1)

(2)

式中：KCI為羰基指數(shù)；KUBI為不飽和基指數(shù)；I1741、I1471、I1635分別為試樣在波數(shù)1 741 cm-1、1 471 cm-1、1 635 cm-1處的紅外吸收峰強(qiáng)度。

熱循環(huán)處理前后各試樣的羰基指數(shù)和不飽和基指數(shù)見(jiàn)表2。由表2可知，A廠家試樣經(jīng)過(guò)80 ℃熱循環(huán)處理后，CI和UBI均出現(xiàn)增大；其90 ℃、100 ℃熱循環(huán)處理后，試樣的CI減小，UBI增幅減小。UBI的增大表明A廠家試樣內(nèi)部殘留有交聯(lián)劑，其在熱刺激的作用下能夠產(chǎn)生一定的交聯(lián)二次反應(yīng)。B、C廠家試樣的UBI在熱循環(huán)處理后均出現(xiàn)減小，其中，90 ℃、100 ℃熱循環(huán)處理后UBI明顯減小。各試樣UBI的變化情況表明一定次數(shù)的熱循環(huán)處理有利于電纜絕緣內(nèi)部交聯(lián)副產(chǎn)物等雜質(zhì)的揮發(fā)，CI的變化情況表明熱循環(huán)處理后電纜絕緣材料未發(fā)生明顯的熱氧老化。

表2 熱循環(huán)處理前后試樣的羰基指數(shù)和不飽和基指數(shù)

2.2 DSC實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

熱循環(huán)處理前后B廠家各試樣的第一次升溫?zé)崃髑€如圖3所示。XLPE是一種半結(jié)晶聚合物，其在升溫過(guò)程的DSC曲線中會(huì)出現(xiàn)一個(gè)明顯的主熔融峰[16]。由圖3可知，B廠家試樣在經(jīng)過(guò)熱循環(huán)處理后，低溫區(qū)出現(xiàn)了次級(jí)熔融峰，且隨熱循環(huán)處理溫度的升高向高溫區(qū)移動(dòng)，逐漸接近主熔融峰。這主要是由于熱循環(huán)處理過(guò)程促進(jìn)了新的晶片的形成，且晶片隨著熱循環(huán)處理溫度的升高不斷生長(zhǎng)為更厚的晶片。100 ℃熱循環(huán)處理后，試樣的次級(jí)熔融峰與主熔融峰融合，熔融峰的形狀變得尖銳，且明顯向高溫區(qū)移動(dòng)。

根據(jù)各試樣的第一次升溫?zé)崃髑€，利用式(3)可計(jì)算各試樣的結(jié)晶度X[17]。

(3)

式中：ΔH0為試樣熔融焓；ΔHm為XLPE結(jié)晶度為100%時(shí)的熔融焓，取288 J/g。

熱循環(huán)處理前后各試樣的熔融溫度和結(jié)晶度如圖4所示。由圖4(a)可知，A、C廠家試樣的熔融溫度隨著熱循環(huán)處理溫度的增加而升高，B廠家試樣在80 ℃、90 ℃熱循環(huán)處理下熔融溫度出現(xiàn)輕微降低，在100 ℃熱循環(huán)處理后試樣的熔融溫度升高。由圖4(b)可知，熱循環(huán)處理后，A、B廠家試樣的結(jié)晶度出現(xiàn)了不同程度的增大，C廠家試樣在90 ℃、100 ℃熱循環(huán)處理下結(jié)晶度未發(fā)生明顯變化。結(jié)合圖4(a)和(b)可知，一方面試樣內(nèi)部的主結(jié)晶結(jié)構(gòu)在熱循環(huán)處理下得到進(jìn)一步改善，使得其熔融溫度得到提升；另一方面熱循環(huán)處理使得試樣內(nèi)部新的晶片產(chǎn)生并逐漸生長(zhǎng)成較厚的晶片，擴(kuò)大了結(jié)晶區(qū)，使其結(jié)晶度增大。同時(shí)熱循環(huán)處理溫度越高，新產(chǎn)生的晶片厚度越接近已有晶片，晶片厚度分布差異越小。B廠家試樣在80 ℃、90 ℃熱循環(huán)處理下熔融溫度的降低與其內(nèi)部較多次級(jí)晶片的生成有關(guān)。

圖4 熱循環(huán)處理前后各試樣熔融溫度和結(jié)晶度變化情況

2.3 空間電荷實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.3.1 空間電荷的積聚特性

熱循環(huán)處理前后B廠家各試樣極化階段的空間電荷分布如圖5所示。

由圖5可知，B廠家各試樣中陽(yáng)極和陰極在極化初始時(shí)刻就迅速注入了同極性電荷。圖5(a)中，隨著極化時(shí)間的增加，B0試樣的陽(yáng)極正極性電荷峰值不斷增加，且在靠近陽(yáng)極附近處出現(xiàn)異極性電荷積聚，電荷積累量在60 s內(nèi)達(dá)到飽和。圖5(b)、(c)和(d)中，B1、B2和B3試樣的陽(yáng)極正極性電荷峰值隨極化時(shí)間的增加而減小，且在靠近陽(yáng)極附近處出現(xiàn)正極性電荷注入的現(xiàn)象，其中，B3試樣陽(yáng)極的正極性電荷峰值變化和正極性電荷注入現(xiàn)象較為明顯。

在極化過(guò)程中，電纜絕緣中異極性電荷一般由其內(nèi)部的偶極子極化或可電離雜質(zhì)(抗氧化劑、交聯(lián)劑殘留與交聯(lián)副產(chǎn)物)在電場(chǎng)作用下電離產(chǎn)生[8，18]。由圖5(a)可知，熱循環(huán)處理前試樣內(nèi)部含有的交聯(lián)副產(chǎn)物等極性雜質(zhì)，在高電場(chǎng)的作用下解離成正負(fù)離子，并在電場(chǎng)作用下正離子往陰極遷移，負(fù)離子往陽(yáng)極遷移，使得B0試樣在陽(yáng)極處出現(xiàn)異極性電荷積聚。電纜絕緣中同極性電荷通過(guò)電場(chǎng)作用注入到試樣內(nèi)部，載流子的形式一般為電子和空穴。在電場(chǎng)作用下，電子以一定速率向陽(yáng)極方向遷移，空穴則向陰極方向遷移。電子和空穴的動(dòng)態(tài)遷移與試樣內(nèi)部陷阱能級(jí)和密度分布有關(guān)，由圖5(b)、(c)和(d)可知，B1、B2和B3試樣在陽(yáng)極處出現(xiàn)正極性電荷注入現(xiàn)象，表明熱循環(huán)處理后試樣內(nèi)部陷阱的數(shù)目出現(xiàn)增多。

由圖5可知，各試樣內(nèi)部的電荷密度在極化初始時(shí)刻就迅速達(dá)到飽和狀態(tài)，在極化階段未出現(xiàn)明顯的空間電荷積聚現(xiàn)象，表明熱循環(huán)處理并沒(méi)有對(duì)電纜絕緣造成嚴(yán)重的內(nèi)部缺陷。為了進(jìn)一步對(duì)比熱循環(huán)處理前后試樣內(nèi)部空間電荷積聚量的區(qū)別，計(jì)算極化20 min時(shí)3個(gè)廠家各試樣平均體電荷密度，其計(jì)算方法為[19-20]：

圖5 熱循環(huán)處理前后B廠家各試樣極化階段空間電荷分布

(4)

式中：ρ(t,Ep)為平均體電荷密度；d0與d1分別為下電極和上電極的位置；ρ(x,t,Ep)為試樣內(nèi)部積累的空間電荷密度；t為極化的時(shí)間；Ep為極化場(chǎng)強(qiáng)。

圖6為3個(gè)廠家各試樣極化20 min時(shí)內(nèi)部的平均體電荷密度。由圖6可知，試樣在不同溫度熱循環(huán)處理后，平均體電荷密度出現(xiàn)不同程度的增大，其中，100 ℃熱循環(huán)處理的增大幅度較80 ℃、90 ℃小，C廠家試樣在100 ℃熱循環(huán)處理后平均體電荷密度出現(xiàn)輕微下降。極化階段試樣平均體電荷密度的變化與其內(nèi)部形成的陷阱數(shù)目有關(guān)。交聯(lián)聚乙烯絕緣內(nèi)部小分子物質(zhì)的產(chǎn)生和結(jié)晶結(jié)構(gòu)的變化均會(huì)形成不同能級(jí)的陷阱[21-22]。陷阱俘獲附近的自由電荷使之成為空間電荷，空間電荷的積累會(huì)對(duì)電纜絕緣性能產(chǎn)生很大影響。

圖6 極化20 min時(shí)各試樣平均體電荷密度

結(jié)合FTIR實(shí)驗(yàn)和DSC實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知：未熱循環(huán)處理的試樣內(nèi)部含有交聯(lián)劑殘留和交聯(lián)副產(chǎn)物等雜質(zhì)，其在電場(chǎng)極化作用下發(fā)生電離，導(dǎo)致在極化過(guò)程中在電極附近出現(xiàn)異極性電荷積聚。在熱循環(huán)處理后，可揮發(fā)性雜質(zhì)減少，試樣在電極附近的異極性電荷積聚現(xiàn)象明顯減弱。與此同時(shí)，在熱刺激的作用下，一部分極性雜質(zhì)與聚乙烯分子端基相結(jié)合形成極性端基，附著在XLPE大分子鏈上；XLPE內(nèi)部游離的自由大分子鏈段重排，形成次級(jí)結(jié)晶。XLPE內(nèi)部的極性端基、晶體結(jié)構(gòu)的不完善等缺陷使得其內(nèi)部的陷阱數(shù)目增多。因此，熱循環(huán)處理后試樣在極化20 min時(shí)的平均體電荷密度增大。100 ℃熱循環(huán)處理下，可揮發(fā)性雜質(zhì)揮發(fā)的較充分，生成的晶片厚度接近已有晶片，使得試樣內(nèi)部形成的陷阱數(shù)目較少，平均體電荷密度增幅較小。其中，B廠家100 ℃熱處理后試樣的極化階段平均體電荷密度較80 ℃減小了29 %。

2.3.2 空間電荷的消散特性

熱循環(huán)處理前后B廠家各試樣去極化階段的空間電荷分布如圖7所示。

圖7 熱循環(huán)處理前后B廠家各試樣去極化階段空間電荷分布

由圖7可知，B廠家各試樣在兩極處積聚的大部分空間電荷在去極化30 s內(nèi)迅速消散，隨著去極化時(shí)間的增大，各試樣在陰極處均有少量的負(fù)極性電荷注入。與此同時(shí)，相比于B0試樣，B1、B2和B3試樣在陽(yáng)極處出現(xiàn)正極性電荷注入的現(xiàn)象，并逐漸向陰極方向遷移。試樣內(nèi)部正負(fù)電荷脫陷并發(fā)生復(fù)合是造成去極化階段中電荷衰減的主要原因，熱循環(huán)處理后各試樣在兩極處存在同極性電荷的注入與遷移，這可能是由于熱循環(huán)處理后各試樣內(nèi)部存在深陷阱的形成，且被深陷阱俘獲的電荷無(wú)法在去極化階段迅速脫陷回到電極造成的。根據(jù)式(4)和圖7可繪制如圖8所示的B廠家各試樣去極化階段平均體電荷密度變化曲線。由圖8可知，各試樣內(nèi)部積聚的大部分空間電荷在去極化初始時(shí)刻就迅速脫陷消散。根據(jù)陷阱能級(jí)理論可知，陷阱俘獲的電荷完全脫陷時(shí)間與陷阱能級(jí)深度成指數(shù)關(guān)系[23]。因此，熱循環(huán)處理前后B廠家試樣內(nèi)部仍以淺陷阱為主。

圖8 B廠家各試樣去極化階段平均體電荷密度變化

圖9為3個(gè)廠家各試樣去極化10 min時(shí)內(nèi)部的平均體電荷密度。此時(shí)，試樣內(nèi)部淺陷阱所俘獲的空間電荷已基本消散，殘留的電荷量與試樣內(nèi)部深陷阱俘獲的空間電荷有關(guān)。由圖9可知，試樣的平均體電荷密度在熱循環(huán)處理后出現(xiàn)增大，與極化階段相反，100 ℃熱循環(huán)處理后試樣的平均體電荷密度增幅最大，其中B廠家100 ℃熱處理后試樣的去極化階段平均體電荷密度為未熱處理的3.1倍。由此可知，熱循環(huán)處理后試樣內(nèi)部均有深陷阱生成，且100 ℃熱循環(huán)處理后試樣內(nèi)部生成的深陷阱數(shù)目較多。C廠家試樣熱循環(huán)處理后的平均體電荷密度變化情況與A、B廠家存在差異，這可能與電纜廠家的絕緣料來(lái)源和生產(chǎn)工藝差異有關(guān)。

圖9 去極化10 min時(shí)各試樣平均體電荷密度

電纜在運(yùn)行過(guò)程中，空間電荷在淺陷阱中頻繁的脫陷和入陷是導(dǎo)致電纜絕緣性能下降的主要因素[24-25]。圖8中B廠家試樣的平均體電荷密度在去極化初始時(shí)刻迅速衰減，衰減的幅度隨熱循環(huán)處理溫度的升高而減小。由FTIR實(shí)驗(yàn)可知，B廠家試樣含有的交聯(lián)副產(chǎn)物等極性雜質(zhì)在較高溫度的熱循環(huán)處理下充分揮發(fā)，其內(nèi)部淺陷阱數(shù)目出現(xiàn)減少[26]，極化過(guò)程中被淺陷阱俘獲的電荷也較少，因此，試樣內(nèi)部平均體電荷密度的衰減幅度隨熱循環(huán)處理溫度的升高而減小。由DSC實(shí)驗(yàn)可知，電纜絕緣試樣在熱循環(huán)處理后出現(xiàn)次級(jí)結(jié)晶，結(jié)晶區(qū)/無(wú)定形區(qū)界面和結(jié)晶區(qū)中的化學(xué)缺陷是重要的陷阱形成區(qū)域，形成的陷阱深度可達(dá)1 eV以上[21-22]。次級(jí)結(jié)晶的結(jié)晶形態(tài)不完善，使得結(jié)晶區(qū)/無(wú)定形區(qū)界面和結(jié)晶區(qū)中的化學(xué)缺陷等缺陷結(jié)構(gòu)增多，從而導(dǎo)致試樣內(nèi)部的深陷阱數(shù)目增多，在去極化階段表現(xiàn)為兩極處同極性電荷的注入與遷移。熱循環(huán)處理的溫度越高，試樣內(nèi)部次級(jí)結(jié)晶生成的片晶厚度越厚，較容易形成深陷阱，使得去極化10 min時(shí)的平均體電荷密度較大。

3 結(jié)論

本文主要研究不同溫度熱循環(huán)處理過(guò)程對(duì)高壓交聯(lián)電纜絕緣微觀結(jié)構(gòu)以及空間電荷行為特性的影響，形成以下結(jié)論：

a)高壓交聯(lián)電纜絕緣內(nèi)部存在交聯(lián)劑殘留以及交聯(lián)副產(chǎn)物等雜質(zhì)，直流電場(chǎng)下極性雜質(zhì)的解離，成為試樣電極附近異極性電荷的主要來(lái)源。

b)熱循環(huán)處理后的試樣中，隨著熱循環(huán)處理溫度的升高，試樣內(nèi)部殘留的交聯(lián)副產(chǎn)物等雜質(zhì)充分揮發(fā)，不飽和基指數(shù)出現(xiàn)減小，試樣內(nèi)部可形成陷阱的支鏈、極性端基等減少，極化階段平均體電荷密度出現(xiàn)減小。與80 ℃相比，B廠家100 ℃熱處理后試樣的極化階段平均體電荷密度減小了29%。

c)XLPE在熱循環(huán)處理過(guò)程中，熔融溫度升高，結(jié)晶度增大，試樣內(nèi)部深陷阱數(shù)目增多。熱循環(huán)處理溫度越高，次級(jí)結(jié)晶形成的片晶厚度越厚，生成的深陷阱數(shù)目越多，去極化階段平均體電荷密度越大。B廠家100 ℃熱處理后試樣的去極化階段平均體電荷密度為熱處理前的3.1倍。