交联聚乙烯电缆的介电常数与介质损耗频率的关系

不同电流变化幅度的交联聚乙烯电缆的介电常数实 部以及介电损耗与频率的关系如图 2 和图 3 所示，不同 电流变化幅度的交联聚乙烯电缆的 Cole-Cole 曲线如图 4 所示。

在图 2 和图 3 的试验结果中可以看出，交流聚乙烯 电缆的介电常数和介电损耗都是随着测量频率和交直流 变化分数的变化而发生变化，但是不同电流变化幅度的 交联聚乙烯电缆之间存在着不同测量频率之间的依赖关 系。当交联聚乙烯电缆的电流变化幅度低于 12% 时，其 介电性能不会随着测量频率的变化而发生变化，所有测 试的介电常数和介电损耗都是一致的。交联聚乙烯电缆 的电流大小从 16% 开始，介电参数与测量频率之间的变 化具有较强的依赖性，并且在低频测量区域内，存在介 电常数和介电损耗都增加的现象。变化较大的介电常数 显示出电流在改变交流聚乙烯介电性能的有效性，可以 更容易地找到交联聚乙烯在不同领域中应用的线索。 

在测量的低频段区域中，交联聚乙烯电缆的介电常 数和介电损耗会随着电流变化幅度的增加而增加，这种 结果的出现可以采用界面极化机理来解释。在低电流条 件下，电流变化幅度与交联聚乙烯电缆的电流之间形成 的界面面积比较小，同样情况下是可以忽略不计的，随 着电流变化幅度的不断增大，电流变化幅度与交联聚乙 烯电缆的电流之间有效界面面积会以指数的形式增加， 而且电流之间的绝缘厚度也会不断减小，从而造成两者 之间界面空间的电荷极化现象大大增强。 

根据图 2 和图 3 的试验结果，当电流变化幅度超过 12% 时，可以看到非常明显的介电弥散现象，这一现象 的产生通过图 4 来说明。

根据图 4 的曲线，交联聚乙烯电缆都具有比较复杂 的 ε ε ′ ′′ − 图形，说明在试验过程中，交联聚乙烯电缆 存在多个介电松弛时间。然而非介电弥散体系存在比较 单一的松弛时间，ε ε ′ ′′ − 图形通常也表现为规则的半圆。 这里值得一提的是，当电流变化幅度达到 24% 时， 交联聚乙烯电缆的介电常数和介电损耗都达到了最大值， 如果电流变化幅度继续增大，交联聚乙烯电缆的介电常 数和介电损耗开始逐渐减小。根据相关文献记载，电流变化幅度大的情况下，不完善堆积的填料会产生比较小 的孔洞，这一现象也是造成交联聚乙烯电缆介电常数逐 渐减小的主要原因。试验过程中，采用混合法制备了交 联聚乙烯电缆。由于交直流具有较大的电流冲击力，溶 剂在交联聚乙烯电缆制备过程中不容易除去，遗留 的溶剂会使交联聚乙烯电缆存在孔洞。因此交联聚乙烯 电缆介电常数的减小可能与试验样品中存在比较多的孔 洞有关。 

根据 X 射线光电子能谱来证实交联聚乙烯电缆样品 中残存有溶剂，交联聚乙烯电缆断面的 X 射线能谱分析 如图 5 所示。

在图 5 中可以看出，交联聚乙烯电缆的断面处有氯 原子存在，主要来自氯仿中，而出现的镁元素是来自制 备交联聚乙烯电缆的原料。交联聚乙烯电缆的介电参数 在某一电流值处发生转变，出现这一现象的原因有两个， 一是交联聚乙烯电缆样品中的孔洞数量小，二是由于空 气也具有一定的介电常数和介电损耗，这两个方面的不 足使交联聚乙烯电缆的绝缘介电性能发生变化。 

根据上述分析，电流变化幅度越大，在基体中分散 越困难，尤其是电流超过 24% 时，电流就会发生聚集效 应，造成交联聚乙烯电缆的电流与电流变化幅度之间的 有效面积减少，弱化了界面极化的强度，这也是交联聚 乙烯电缆介电性能在 24% 时发生转变的一个原因。 

在电流没有规律分布的基础上，交直流团簇的体积 VC 与组成团簇的电流链路数目 Nf 以及单位长度电缆的 电流平均体积 f V 成正比，即： C ff V NV ∝ 。 在高频区域中，交联聚乙烯电缆的介电常数随着电 流变化幅度的增加而增加，而介电参数并没有发生变化， 但是当电流变化幅度超过 24% 时，交联聚乙烯电缆的介 电常数增加速率开始急速减慢，如图 6 所示。

图 6 这种现象出现的原因可能与交联聚乙烯电缆本 身带有微小的介电常数以及电流变化规律有关，根据电 子显微镜和 X 射线电子能谱仪的测试可以看出，交联聚 乙烯电缆的表面通常会带有一层钝化的氧化物结构，如 图 7 所示。

从图 7 试验结果可以看出，交联聚乙烯电缆的介电 常数并没有表现出逾渗行为。电流变化超过 24% 时，交 联聚乙烯电缆表面的电流团聚现象会造成有效界面的面 积减少，增加了氧化层的厚度。 

在高频率区域中，交联聚乙烯电缆的电流变化继续 增加，直到超过 24% 时，交联聚乙烯电缆的介电性能才 开始随着电流变化幅度的增加而减小，试验结果表明， 电流变化幅度高时，虽然电流出现了团聚现象，但是可 能存在表观接触电阻。