[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

说明书

本发明涉及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，属于高压直流电缆绝缘领域。本发明通过实验设计和空间电荷测量，排除高压直流电缆绝缘层中杂质离子对空间电荷的贡献，获得不同半导电屏蔽材料注入电荷特性。对比不同半导电屏蔽材料注入体电流密度的电场和温度特性，选用相同条件下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材料作为高压直流电缆的半导电屏蔽材料。本发明可提高电缆的安全性和使用寿命，具有显著的安全效益和经济效益。

技术领域

本发明涉及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，属于高压直流电缆绝缘领域。

背景技术

为改善电缆绝缘层中电场分布并防止导体与绝缘层之间的气隙引发局部放电和电树枝生长，通常在电缆导体和绝缘层之间加入半导电屏蔽层。半导电屏蔽层需要与绝缘层介质的加工工艺参数相匹配，还需要具有高电导率、优良的力学性能和热延伸能力。与交流电缆不同，直流电缆绝缘层中容易积聚空间电荷，导致电场畸变，进一步地引发绝缘击穿、加速绝缘老化。半导电屏蔽层注入电荷是高压直流电缆绝缘层中空间电荷的重要来源，因此选用注入电荷量少的半导电屏蔽材料对高压直流电缆的长期安全稳定运行十分重要。

目前，半导电屏蔽层注入电荷特性的表征主要是通过测量高压直流电缆绝缘材料中空间电荷积聚特性实现的，它不仅有半导电屏蔽层注入电荷的贡献，还包含高压直流电缆绝缘材料中杂质离子以及电极抽出势垒对空间电荷的作用，因此不能准确地表征电缆半导电屏蔽材料注入电荷特性，作为高压直流电缆半导电屏蔽材料的选用依据也不够完善。

因此，有必要针对高压直流电缆的结构特点和运行条件，为高压直流电缆半导电屏蔽材料的选择提供一种导向性方法。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明提出了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。

本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：

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，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，获得高压直流电缆绝缘材料内部杂质离子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。

进一步地，步骤2)和步骤3)所述的空间电荷测量采用电声脉冲法实现，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。