[发明专利]基于电荷注入特性表征的直流电缆半导电屏蔽材料选用方法

权利要求书

1.一种基于电荷注入特性表征的直流电缆半导电屏蔽材料选用方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)试样的准备与处理：采用同一种高压直流电缆绝缘材料，搭配三种不同的半导电屏蔽材料，制备试样并进行预处理；

2)电极单极性电荷注入实验：分别以三种半导电屏蔽材料作为上电极，对试样一进行空间电荷测量，获得电极注入电荷和杂质离子在高压直流电缆绝缘材料中共同迁移产生的体电流密度-电场特性；

3)电极注入双阻挡实验：分别以三种半导电屏蔽材料作为上电极，对试样二进行空间电荷测量，获得杂质离子在高压直流电缆绝缘材料中迁移产生的体电流密度-电场特性；

4)半导电屏蔽材料注入电荷特性表征：根据电极单极性电荷注入实验和电极注入双阻挡实验获得的体电流密度-电场特性，计算获得三种半导电屏蔽材料注入电荷特性；

5)半导电屏蔽材料的选择：对比三种半导电屏蔽材料注入电荷特性，选择注入电流密度低且注入电流密度随电场强度和温度变化发生较小变化的半导电屏蔽材料为最优材料；

其中，步骤2)所述的试样一为高压直流电缆绝缘材料与阻挡层材料热压后形成的双层介质试样，测试时阻挡层材料与下电极接触，高压直流电缆绝缘材料与半导电屏蔽材料电极接触；

其中，步骤3)所述的试样二为高压直流电缆绝缘材料与阻挡层材料热压后形成的三层介质试样，即阻挡层材料/高压直流电缆绝缘材料/阻挡层材料，其中两层阻挡层材料分别与上下电极接触。

2.根据权利要求1所述的基于电荷注入特性表征的直流电缆半导电屏蔽材料选用方法，其特征在于，步骤2)和步骤3)所述的空间电荷测量采用电声脉冲法，将被测试样置于上下电极之间，在恒定温度下施加直流电场后测量试样体内空间电荷积聚特性。

3.根据权利要求1所述的基于电荷注入特性表征的直流电缆半导电屏蔽材料选用方法，其特征在于，步骤2)和步骤3)所述的体电流密度-电场特性通过以下计算获得：首先，计算施加直流电场过程中直流电缆绝缘材料体内电荷量Q₂(t)和Q₃(t)以及电荷积聚速率dQ₂(t)/dt和dQ₃(t)/dt，然后利用泊松方程获得不同时刻高压直流电缆绝缘材料体内平均电场强度E(t)，最后利用加压时间为中间变量实现电荷积聚速率与电场强度的联系，即体电流密度-电场强度特性dQ₂(E)/dt(E)和dQ₃(E)/dt(E)。

4.根据权利要求3所述的基于电荷注入特性表征的直流电缆半导电屏蔽材料选用方法，其特征在于，步骤4)所述的半导电屏蔽材料注入电荷特性表征通过以下计算获得：将步骤2)获得的电极注入电荷和杂质离子共同迁移产生的体电流密度-电场特性dQ₂(E)/dt(E)减去步骤3)获得的杂质离子在高压直流电缆绝缘材料中迁移产生的体电流密度-电场特性dQ₃(E)/dt(E)，即获得半导电屏蔽材料注入电荷特性。

5.根据权利要求1所述的基于电荷注入特性表征的直流电缆半导电屏蔽材料选用方法，其特征在于，步骤4)和步骤5)之间还包括以下步骤：在不同的温度下重复步骤2)、3)和4)，获得不同温度下半导电屏蔽材料注入电荷特性。