本书介绍了电介质绝缘材料技术的基本概念，固体电介质中空间电荷产生、发展和消散的基本理论和仿真分析方法，电声脉冲法空间电荷测量技术及几种典型的测量系统，纳米粒子表面接枝技术和电介质复合技术在绝缘电介质改性中的应用，凝聚态结构、纳米界面调控、绝缘材料老化对低密度聚乙烯、聚酰亚胺、硅橡胶和油纸等典型绝缘材料空间电荷特性的影响规律，常温、高温和强电场等条件下空间电荷对聚乙烯、油纸等绝缘材料电场畸变效应和对电气击穿过程、电介质电导特性的影响机制，空间电荷在典型电力设备绝缘结构设计及运行特性分析中的应用，电介质空间电荷在理论研究、测量技术、暂态特性、数值仿真和电气绝缘应用方面的发展方向等。
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目录
序
前言
第1章 绪论 1
1.1 电介质材料与绝缘技术 1
1.1.1 电介质材料及电气性能 1
1.1.2 绝缘问题与绝缘技术研究发展方向 1
1.2 固体电介质中的空间电荷现象 4
1.2.1 空间电荷的定义 4
1.2.2 高压电力设备绝缘的空间电荷问题 5
1.2.3 预电压极性效应 6
1.2.4 空间电荷包现象 7
1.3 固体电介质空间电荷测量技术的发展 8
1.3.1 空间电荷测量技术简介及历史回顾 8
1.3.2 空间电荷测量方法综述 9
1.3.3 空间电荷测量技术的发展方向 11
1.4 空间电荷研究进展分析 12
1.4.1 凝聚态结构对空间电荷特性的影响 12
1.4.2 电介质老化对空间电荷特性的影响 12
1.4.3 空间电荷与电介质电气性能的关系 13
1.4.4 基于空间电荷对绝缘材料的开发和评估 14
1.4.5 空间电荷的仿真研究 14
1.4.6 其他相关研究 15
参考文献 15
第2章 电介质电荷运动理论与分析 20
2.1 电介质电荷运动基础理论 20
2.1.1 电极与电介质界面处的载流子注入 20
2.1.2 电介质内部载流子的电导 21
2.2 空间电荷输运过程建模与仿真 21
2.2.1 载流子输运过程数学模型 21
2.2.2 Splitting方法处理对流-反应方程 24
2.2.3 RKDG方法求解载流子对流-反应方程 26
2.2.4 RKDG+LDG方法求解载流子对流-反应方程 35
2.3 不同参数下空间电荷输运过程仿真结果 38
2.3.1 电场强度的影响 38
2.3.2 注入势垒的影响 41
2.3.3 载流子迁移率的影响 43
2.3.4 陷阱捕获系数的影响 46
2.3.5 复合系数的影响 48
2.4 基于载流子迁移率计算的空间电荷包形成机理 50
2.4.1 准费米能级的确定 51
2.4.2 不同电场强度下迁移率与载流子浓度的关系 52
2.4.3 不同最深陷阱深度下迁移率与载流子浓度的关系 53
2.4.4 不同最深陷阱比例下迁移率与载流子浓度的关系 53
2.4.5 不同载流子浓度下迁移率与电场强度的关系 55
2.4.6 “陷阱填充”效应与空间电荷波包现象分析 56
参考文献 57
第3章 电介质中空间电荷的测量 59
3.1 PEA法空间电荷测量原理及测量系统 59
3.1.1 PEA法空间电荷测量原理 59
3.1.2 PEA法测量系统 63
3.1.3 PEA法关键参数 67
3.2 PEA法空间电荷测量信号的恢复处理 70
3.2.1 理想空间电荷测量信号的处理 71
3.2.2 PEA法测量信号的畸变现象 72
3.2.3 压力波衰减因子和色散因子 73
3.2.4 PEA系统冲激响应函数与反卷积方程 76
3.2.5 PEA法测量信号恢复的反卷积算法 79
3.3 带孔隙的油纸绝缘PEA测量信号校正处理 82
3.3.1 绝缘纸表面粗糙度的影响 82
3.3.2 绝缘纸孔隙的影响 87
3.3.3 油纸绝缘PEA信号的校正结果 90
3.4 PEA法空间电荷测量系统的改进 93
3.4.1 小型化、高耐压测量系统 94
3.4.2 高速动态空间电荷测量系统 95
3.4.3 温控型空间电荷测量系统 96
3.4.4 传导电流和空间电荷联合测量系统 97
参考文献 99
第4章 凝聚态结构对空间电荷特性的影响 102
4.1 凝聚态结构及其对电介质电气性能的影响 102
4.1.1 物质的凝聚态结构 102
4.1.2 凝聚态结构对电气性能的影响 108
4.2 聚乙烯材料的凝聚态结构与表面形貌 111
4.2.1 聚乙烯材料的冷却方式与形态结构 111
4.2.2 聚乙烯材料的基底材料与表面形貌 111
4.3 空间电荷与空间电荷包现象 114
4.4 不同形态结构LDPE的空间电荷及空间电荷包特性 115
4.4.1 不同形态结构的LDPE空间电荷特性 115
4.4.2 不同形态结构的LDPE空间电荷包特性 130
4.5 不同表面形貌聚乙烯的空间电荷及空间电荷包特性 138
4.5.1 不同表面形貌的LDPE的空间电荷特性 138
4.5.2 不同表面形貌的LDPE的空间电荷包特性 140
参考文献 145
第5章 界面调控对纳米电介质空间电荷特性的影响 148
5.1 纳米电介质空间电荷的研究现状 148
5.1.1 纳米电介质的研究历程 148
5.1.2 纳米粒子-聚合物界面及理论 149
5.1.3 纳米电介质抑制空间电荷 150
5.2 纳米粒子表面接枝和纳米复合XLPE 151
5.2.1 小分子接枝纳米粒子 151
5.2.2 聚合物刷接枝纳米粒子 157
5.2.3 纳米复合XLPE中聚合物刷接枝密度的调控 161
5.2.4 纳米复合XLPE中聚合物刷分子量的调控 161
5.2.5 纳米复合XLPE中功能基团接枝的设计与实现 162
5.2.6 纳米复合XLPE 169
5.3 小分子接枝纳米复合XLPE的空间电荷特性 171
5.3.1 小分子接枝密度的影响 172
5.3.2 小分子极性的影响 177
5.3.3 纳米粒子形貌的影响 181
5.4 聚合物刷接枝纳米复合XLPE的空间电荷特性 183
5.4.1 聚合物刷接枝密度的影响 184
5.4.2 聚合物刷分子量的影响 190
5.4.3 功能基团的影响 193
5.5 优选参数的纳米复合XLPE陷阱特性与电学性能 194
5.5.1 陷阱特性 194
5.5.2 直流电导特性 199
5.5.3 直流击穿特性 201
5.6 界面调控对纳米电介质空间电荷特性的影响机制 203
参考文献 205
第6章 电老化对固体电介质空间电荷特性的影响 208
6.1 电老化与空间电荷 208
6.2 直流电老化下LDPE的空间电荷特性 209
6.2.1 直流电老化后LDPE的微观结构和陷阱特性 209
6.2.2 直流电老化时间对空间电荷积聚特性的影响 213
6.2.3 直流电老化时间对空间电荷消散特性的影响 215
6.2.4 直流高场强下电老化后LDPE中的空间电荷包现象 217
6.3 交流电老化下LDPE的空间电荷特性 222
6.3.1 交流电老化对LDPE微观结构和陷阱特性的影响 223
6.3.2 交流电老化时间对空间电荷积聚特性的影响 224
6.3.3 交流电老化时间对空间电荷消散特性的影响 228
6.3.4 电老化过程中LDPE空间电荷仿真计算 231
6.4 电老化对固体电介质的空间电荷特性的影响 233
6.4.1 电老化下聚酰亚胺的空间电荷特性 233
6.4.2 电老化下油纸绝缘的空间电荷特性 237
6.5 热老化对固体电介质空间电荷的影响 238
6.5.1 热老化下聚酰亚胺的空间电荷特性 238
6.5.2 热老化对硅橡胶空间电荷特性的影响 244
6.5.3 热老化对油纸绝缘空间电荷特性的影响 246
参考文献 247
第7章 空间电荷对固体电介质电气绝缘性能的影响 249
7.1 高压电力电缆绝缘材料发展历程中对空间电荷的认识 249
7.1.1 高压电力电缆绝缘材料的发展历程 249
7.1.2 高压电力电缆技术研究热点 251
7.2 空间电荷对电场的畸变效应 253
7.2.1 常温下空间电荷对电场畸变的影响 253
7.2.2 高温下空间电荷对电场畸变的影响 255
7.2.3 电场畸变的暂态过程 259
7.2.4 强电场下空间电荷包对局部电场畸变的影响 260
7.3 空间电荷对电气击穿过程的影响 262
7.3.1 不同预电压场强处理后LDPE的击穿强度 262
7.3.2 不同冷却方式下LDPE预击穿过程中空间电荷对电场的影响 264
7.4 空间电荷对电导特性的影响 273
参考文献 278
第8章 空间电荷对油纸绝缘电气性能的影响 280
8.1 变压器及油纸绝缘中的空间电荷问题 280
8.1.1 换流变压器的应用现状 280
8.1.2 油纸绝缘中的空间电荷问题 281
8.2 极性反转电压下油纸绝缘的空间电荷特性 282
8.2.1 极性反转电压 282
8.2.2 极性反转方向的影响 283
8.2.3 极性反转后电压幅值的影响 289
8.2.4 极性反转时间的影响 291
8.3 油纸绝缘界面处的空间电荷特性 293
8.3.1 实验设计 293
8.3.2 半导体-介质界面处的空间电荷特性 294
8.3.3 介质-介质界面处的空间电荷特性 300
8.4 老化后油纸绝缘的空间电荷输运特性 305
8.4.1 老化对空间电荷特性的影响 305
8.4.2 老化过程中陷阱的形成 309
8.4.3 孔洞与正电荷积聚现象 313
参考文献 314
第9章 空间电荷的应用 316
9.1 空间电荷与绝缘材料性能及评价 316
9.1.1 绝缘老化程度评价 316
9.1.2 空间电荷抑制技术 320
9.2 空间电荷对直流电力设备结构设计指导 323
9.2.1 空间电荷对直流电力电缆绝缘结构设计的影响 323
9.2.2 空间电荷在换流变压器绝缘结构设计中的应用 325
9.2.3 空间电荷在其他电力设备结构设计中的应用 326
9.3 空间电荷在设备绝缘试验中的应用 327
9.3.1 空间电荷的现场测量 327
9.3.2 空间电荷对现场试验的影响 329
9.3.3 现场试验的建议 330
9.4 空间电荷与其他设备绝缘结构设计和运行特性评估 332
9.4.1 电力电容器 332
9.4.2 驻极体 333
9.4.3 飞行器 335
9.4.4 GIL 336
9.4.5 等离子体表面处理 337
9.5 空间电荷研究的发展方向 338
9.5.1 空间电荷理论研究的发展 338
9.5.2 空间电荷测量技术研究的发展 339
9.5.3 空间电荷暂态特性研究的发展 340
9.5.4 空间电荷数值仿真研究的发展 345
9.5.5 空间电荷应用研究的发展 345
参考文献 346
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