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交聯聚乙烯電纜的介電常數與介質損耗頻率的關系
閱讀：2604發布時間：2023-3-17
不同電流變化幅度的交聯聚乙烯電纜的介電常數實 部以及介電損耗與頻率的關系如圖 2 和圖 3 所示，不同 電流變化幅度的交聯聚乙烯電纜的 Cole-Cole 曲線如圖 4 所示。
在圖 2 和圖 3 的試驗結果中可以看出，交流聚乙烯 電纜的介電常數和介電損耗都是隨著測量頻率和交直流 變化分數的變化而發生變化，但是不同電流變化幅度的 交聯聚乙烯電纜之間存在著不同測量頻率之間的依賴關 系。當交聯聚乙烯電纜的電流變化幅度低于 12% 時，其 介電性能不會隨著測量頻率的變化而發生變化，所有測 試的介電常數和介電損耗都是一致的。交聯聚乙烯電纜 的電流大小從 16% 開始，介電參數與測量頻率之間的變 化具有較強的依賴性，并且在低頻測量區域內，存在介 電常數和介電損耗都增加的現象。變化較大的介電常數 顯示出電流在改變交流聚乙烯介電性能的有效性，可以 更容易地找到交聯聚乙烯在不同領域中應用的線索。
在測量的低頻段區域中，交聯聚乙烯電纜的介電常 數和介電損耗會隨著電流變化幅度的增加而增加，這種 結果的出現可以采用界面極化機理來解釋。在低電流條 件下，電流變化幅度與交聯聚乙烯電纜的電流之間形成 的界面面積比較小，同樣情況下是可以忽略不計的，隨 著電流變化幅度的不斷增大，電流變化幅度與交聯聚乙 烯電纜的電流之間有效界面面積會以指數的形式增加， 而且電流之間的絕緣厚度也會不斷減小，從而造成兩者 之間界面空間的電荷極化現象大大增強。
根據圖 2 和圖 3 的試驗結果，當電流變化幅度超過 12% 時，可以看到非常明顯的介電彌散現象，這一現象 的產生通過圖 4 來說明。
根據圖 4 的曲線，交聯聚乙烯電纜都具有比較復雜 的 ε ε ′ ′′ ? 圖形，說明在試驗過程中，交聯聚乙烯電纜 存在多個介電松弛時間。然而非介電彌散體系存在比較 單一的松弛時間，ε ε ′ ′′ ? 圖形通常也表現為規則的半圓。 這里值得一提的是，當電流變化幅度達到 24% 時， 交聯聚乙烯電纜的介電常數和介電損耗都達到了最大值， 如果電流變化幅度繼續增大，交聯聚乙烯電纜的介電常 數和介電損耗開始逐漸減小。根據相關文獻記載，電流變化幅度大的情況下，不完善堆積的填料會產生比較小 的孔洞，這一現象也是造成交聯聚乙烯電纜介電常數逐 漸減小的主要原因。試驗過程中，采用混合法制備了交 聯聚乙烯電纜。由于交直流具有較大的電流沖擊力，溶 劑在交聯聚乙烯電纜制備過程中不容易除去，遺留 的溶劑會使交聯聚乙烯電纜存在孔洞。因此交聯聚乙烯 電纜介電常數的減小可能與試驗樣品中存在比較多的孔 洞有關。
根據 X 射線光電子能譜來證實交聯聚乙烯電纜樣品 中殘存有溶劑，交聯聚乙烯電纜斷面的 X 射線能譜分析 如圖 5 所示。
在圖 5 中可以看出，交聯聚乙烯電纜的斷面處有氯 原子存在，主要來自氯仿中，而出現的鎂元素是來自制 備交聯聚乙烯電纜的原料。交聯聚乙烯電纜的介電參數 在某一電流值處發生轉變，出現這一現象的原因有兩個， 一是交聯聚乙烯電纜樣品中的孔洞數量小，二是由于空 氣也具有一定的介電常數和介電損耗，這兩個方面的不 足使交聯聚乙烯電纜的絕緣介電性能發生變化。
根據上述分析，電流變化幅度越大，在基體中分散 越困難，尤其是電流超過 24% 時，電流就會發生聚集效 應，造成交聯聚乙烯電纜的電流與電流變化幅度之間的 有效面積減少，弱化了界面極化的強度，這也是交聯聚 乙烯電纜介電性能在 24% 時發生轉變的一個原因。
在電流沒有規律分布的基礎上，交直流團簇的體積 VC 與組成團簇的電流鏈路數目 Nf 以及單位長度電纜的 電流平均體積 f V 成正比，即： C ff V NV ∝ 。 在高頻區域中，交聯聚乙烯電纜的介電常數隨著電 流變化幅度的增加而增加，而介電參數并沒有發生變化， 但是當電流變化幅度超過 24% 時，交聯聚乙烯電纜的介 電常數增加速率開始急速減慢，如圖 6 所示。
圖 6 這種現象出現的原因可能與交聯聚乙烯電纜本 身帶有微小的介電常數以及電流變化規律有關，根據電 子顯微鏡和 X 射線電子能譜儀的測試可以看出，交聯聚 乙烯電纜的表面通常會帶有一層鈍化的氧化物結構，如 圖 7 所示。
從圖 7 試驗結果可以看出，交聯聚乙烯電纜的介電 常數并沒有表現出逾滲行為。電流變化超過 24% 時，交 聯聚乙烯電纜表面的電流團聚現象會造成有效界面的面 積減少，增加了氧化層的厚度。
在高頻率區域中，交聯聚乙烯電纜的電流變化繼續 增加，直到超過 24% 時，交聯聚乙烯電纜的介電性能才 開始隨著電流變化幅度的增加而減小，試驗結果表明， 電流變化幅度高時，雖然電流出現了團聚現象，但是可 能存在表觀接觸電阻。
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