众所周知 ,空间电荷的积聚、转移和消失会直接导致电介质内部电场分布的改变 ,对介质内部的局部电场起到削弱或加强的作用。由于空间电荷对电场的这种畸变作用 ,空间电荷对绝缘材料的电导、击穿破坏、老化等各方面的电特性都有明显的影响。研究表明在聚合物中添加纳米粒子可以提高基体抗老化的能力并延长基体的绝缘寿命,纳米氧化铝可以提高硅橡胶材料的耐漏电起痕特性 ,这在电力系统户外绝缘的应用中得到了广泛的证明。但作为内绝缘材料 ,其电气特性的研究目前还远远不能满足设备可靠性的要求 ,尤其对其空间电荷特性更
是鲜有研究。
用纳米氧化铝粒子为α相 , 纯度为 99.9 % ,粒径为40 nm ,比表面积为 60 m2 / g。为保证纳米粒子能够较为均匀地分散在硅橡胶基体中,选用硬脂酸对纳米氧化铝粒子进行表面处理 ,使其具有亲油特性 ,有助于避免纳米氧化铝粒子的团聚现象 ,使其更易于在硅橡胶基体中分散。将一定质量的液体硅橡胶基体与所需质量份数的纳米氧化铝粒子在动力混合机上实现均匀分散 ,制备纳米氧化铝质量份数不同的硅橡胶试品。
根据不同场强及其作用时间下空间电荷积聚和消散的规律 ,本文选择 30 kV/ mm 的场强作用下纳米氧化铝改性硅橡胶的空间电荷特性为例 ,测量该场强下极化 30 min 内空间电荷的积聚规律 ,以及撤压短路后测量去极化 10 min 内空间电荷的消散规律 ,进行空间电荷积聚和消散特性研究图1和图2分别给出了未添加和添加5份纳米氧化铝的硅橡胶试品 ,在30 kV/ mm 直流电场下, 极化 30 min 内空间电荷的积聚过程。图 1、2 中 ,试品与电极界面上的空间电荷峰主要是界面上的感应电荷 ,其峰宽及高度的变化反映的是空间电荷在电极附近的试品内积聚的程度。
加压过程中 ,空间电荷积聚随极化时间变化不大 ,但有展宽趋势 ,如图 1 所示。阳极附近介质中出现负电荷的积聚 ,此空间电荷源于偶极基团极化。将试品厚度折算至同一值 ,可得添加不同质量份数纳米氧化铝的硅橡胶试品在 30 kV/ mm 直流电场下极化 30 min 时的空间电荷分布 ,如图3 所示。由图3可知 ,随着纳米氧化铝质量份数的增加 ,空间电荷的注入量显著增大 ,阳极附近尤为明显。
试验结果表明随着纳米氧化铝质量份数的提高 ,相同外加场强下 ,硅橡胶试品的空间电荷积聚量增加 ,撤压后消散也更为迅速 , 迁移率随纳米氧化铝质量份数的提高而增大 ,陷阱深度则随之逐渐减小。分析认为 ,空间电荷特性随着纳米氧化铝质量份数的增加而呈现变化归因于纳米界面效应导致的陷阱能级分裂 ,浅陷阱密度增大 ,从而使得硅橡胶中空间电荷积聚量减少 ,消散更为迅速.
