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    外加电场下聚合物的电导和电缆本体的响应

      发表时间:2021年11月19日  点击数:219 次

      1.电导

        极化、介电常数和损耗现象都与绝缘中电荷容纳形式和聚合物对外加电场的响应有关。尽管聚合物绝缘并非良好导体,但其呈现出一定程度的电导性。聚合物绝缘能够持续容纳电荷;其中除电荷运动和捕获外,还存在电荷的释放。电荷释放受到聚合物形貌改变的影响(不仅包括晶体熔融,还有非结晶区的分子链移动);弹性体材料中高岭土粒子的形貌(尺寸、外形和结构)和聚合物-填料界面性质(还有高岭土硅烷包覆的程度和特性)也是影响因素。此外,其他大量添加剂也起到影响作用。起初不是材料中所有的成分都会被捕获;外来离子可能直接促进其电导性。

        2.电缆响应

        前面已经介绍电场下聚合物绝缘材料的响应特性。本节将从工程角度讨论电缆的响应(不仅对电缆材料)。

        从传统角度,当电缆承受直流电压时,会产生三种类型的电流,即电容电流、吸收电流和泄漏电流。

      施加直流电压后,随即出现电容电流;电缆(如同电容)变成充电状态。这里没有化学反应,只有电荷积聚。这是由于带电原子的重新排布。这一现象迅速发生,时间常数一般仅为数秒。它不是影响可靠性的显著因素。  吸收电流也称为极化电流,是受电场作用极性分子的临时重排;材料的相应特性见《运行场强下绝缘材料的响应:极化》。这会导致介质损耗;直流电场下介质损耗很小,但在交流电场下损耗更显著。

        泄漏电流前面未提及。对于电缆,泄漏电流较为显著,是提供绝缘“状态”的一项指征。它可以反映聚合物绝缘阻止电荷移动的能力;导致陷阱的极化和介电现象不足以使离子和电子流入并通过绝缘。

        从电缆可靠性角度,泄漏电流是本节讨论的三种电流中最为重要的一种。泄漏电流应与外加电场成比例;如果它是非线性的,则显示出绝缘水平下降。

      3.有关聚合物在电场下响应的小结

        以上讲解了绝缘材料的体积电阻率、极化、介电常数、介质损耗和界面极化等概念以及电缆的泄漏电流,其中:

        ·体积电阻率是一项定义明确的特性,可反映作为绝缘材料的聚合物性能。

        ·极化可以估量外加电场下聚合物偶极子的响应,以及对劣化程度的影响。

        ·介电常数提供了绝缘存储电荷方式和程度的信息;非极性绝缘的介电常数值低于极性绝缘。介质损耗提供了外加电场下电能转化为热量消耗和极化的情况。

        ·界面极化现象与矿物填充体系有关(也是老化过程中的内部现象)。

        在电缆结构中,外加电压会产生泄漏电流,流经绝缘。泄漏电流可提供关于电缆系统未来可靠性的一些量化信息。

        上述所有参数紧密联系,相互影响。

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