为克服固体介质内空间电荷和电导分立测量导致实验数据关联性弱的缺陷,基于电声脉冲法原理设计了一套片状试样空间电荷和电导同步测量系统,以获得同片试样在不同电场下的空间电荷和电导动态响应。首先,通过空间电荷测量中电脉冲响应的仿真计算,分析了电脉冲对同步测量时电导的干扰,并采用空间电荷和电导快速分时切换测量的模式解决电脉冲干扰。然后,基于IEC/TS62758-2012空间电荷测量技术校验规范,采用有机玻璃试样对该系统进行了系统验证,以评估空间电荷测量的准确性。最后,采用该系统对低密度聚乙烯(low density polyethylene-LDPE)试样在室温下进行了不同电场时的空间电荷和电导的同步测量,并根据空间电荷时空分布信息计算出位移电流和传导电流分布。结果表明:高(50kV/mm)电场下,半导电/LDPE试样/铝测量结构中LDPE内的位移电流明显低于传导电流,且传导电流的载流子主要源于电极的表面注入,杂质在高场下的解离对传导电流影响不明显。
采用电声脉冲法测量空间电荷时需要对试样施加脉冲激励,使试样中的空间电荷发生微弱位移产生机械波。为了获得足够高的信噪比,必须连续采集多个信号进行平均处理,对于多数测试系统平均次数至少需要40次。测量一次所需时间为脉冲频率和平均次数的乘积,因此脉冲源的频率决定了测量的速度。基于高压固体开关设计了高压高频脉冲源,可产生半峰宽5 ns至380 ns的窄脉冲,兼具连续脉冲模式和脉冲簇模式,脉冲重复频率可达3 k Hz,在脉冲簇模式下脉冲间隔最小为1μs,输出脉冲幅值最大为2.5 k V。经设备校验可知脉冲源可有效提高空间电荷测试速度,并适用于交流甚至任意波形下的空间电荷测试。
