交聯聚乙烯電纜的介電常數與介質損耗頻率的關系

閱讀：2821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。