[发明专利]高压直流电缆附件复合绝缘界面陷阱能级分布计算方法

权利要求书

1.一种高压直流电缆附件复合绝缘界面陷阱能级分布计算方法，其特征是，通过半导电层将高压电极压紧试样上表面，用以使材料内部产生空间电荷，高压脉冲发生器通过隔直电容施加在试样两端，通过产生数百伏的纳秒级脉冲电压使得试品内的空间电荷在电脉冲作用下发生局部微小的振动，并以机械波的形式在试样内向地电极侧传播，紧贴在地电极下的PVDF传感器可感应这些微小振动，并将相应的机械波转换为电信号，经过对电信号的处理，获得空间电荷分布的信息。

2.如权利要求1所述的高压直流电缆附件复合绝缘界面陷阱能级分布计算方法，其特征是，对电信号的处理是指，空间电荷的消散过程表示如下：

在消散时间为t时刻时，在陷阱深度为Δ的陷阱密度为N(t)，经过微分得到，

N(t)＝N·exp{-vt·exp(-Δ/kT)}(1)

d[N(t)]/dt＝-Ntv·exp(-Δ/kT)(2)

其中N·dΔ是t＝0时刻每立方米内陷阱深度从Δ到Δ+dΔ的陷阱数量，其中N为时间t为0时的陷阱密度，v＝KT/h是载流子脱陷的逃逸频率，K是玻尔兹曼常数，h是普朗克常数，T是试样的温度，因此从最浅陷阱到最深陷阱范围内空间电荷密度的消散速率表达为，

d[ρ(t)]/dt=-evN·∫ΔminΔmaxe-Δ/kT·exp(-vte-Δ/kT)dΔ---(3)]]>

求解上面的公式，利用取代因子Y＝v exp(-Δ/kT)，则上式变形为，

d[ρ(t)]/dt=eNkTt·[exp(-vtYmax)-exp(-vtYmin)]Ymax=exp(-Δmin/kT)Ymin=exp(-Δmax/kT)---(4)]]>

e为电子电量，对上式在时间t到无穷区间进行积分得到剩余空间电荷密度为：

ρ(t)＝eNkT·[E₁(-vtY_min)-E₂(-vtY_max)] (5)

其中E₁(x)为，

E1(x)=∫x∞e-tt·dtE1(x)=-ln(x)-0.57721(x<1)E1(x)≈e-x/x(x>1)---(6)]]>

在初始阶段，假设没有空间电荷完全脱陷，即满足下面的公式，

ρ(t)=ρ(0)t≤[v·exp(-Δmin/kT)]-1---(7)]]>

经过相当长的时间，假设所有空间电荷都已经完全脱陷，即满足下面的公式，

ρ(t)=0t≥[v·exp(-Δmax/kT)]-1---(8)]]>

在这个过程中，有部分空间电荷完全脱陷，即满足下面的公式，

ρ(t)≈[ρ(0)·kT/(Δmax-Δmin)]·[a-ln(t)][v·exp(-Δmin/kT)]-1<t<[v·exp(-Δmax/kT)]-1---(9)]]>

其中ρ(t)为以时间t为变量的空间电荷密度，ρ(0)为空间电荷密度的初始值，那么浅陷阱中的电荷在t₁时刻实现完全脱陷，

t₁＝[v·exp(-Δ_min/kT)]^-1 (10)

深陷阱中的电荷在t₂时刻实现实现完全脱陷，

t₂＝[v·exp(-Δ_max/kT)]^-1 (11)

则电介质内的浅陷阱和深陷阱深度则对应为，

Δmin=k·T·ln(v·t1)Δmax=k·T·ln(v·t2)---(12).]]>