Q(t)方法在加速绝缘材料发展中的应用及进一步发展潜力
Q(t)法分析和阐明交联聚乙烯的空间电荷和导电行为
Yoitsu Sekiguchi
能源与电子材料研究实验室助理总经理
电气绝缘材料广泛应用于各种电气设备和电力电缆中，以维持高压和阻挡电流泄漏。因此，这些材料对于安全利用电力是必不可少的。然而，当高电压施加到材料和前驱体(分布在绝缘层中的“空间电荷”)上时发生的现象仍然未知。
近年来，由于高压直流(HVDC)电缆对环境影响小，全球对其需求不断增长。住友电气也一直在推动这些电缆的发展。交联聚乙烯(XLPE)是这些高压直流电缆的绝缘材料，需要确保不同于交流电缆的性能和更高的安全级别。为了促进XLPE的发展，我们一直在使用直流积分电荷法(Q(t)法)的测量技术对XLPE进行测量，分析各种现象。结果表明，Q(t)方法是一种很好的方法，可以通过简单的操作获得多种类型的信息。
基于弱电流的多种材料性能的并行测量
当电压施加到聚合物材料(如XLPE)上时流动的弱电流是理解材料中发生的各种物理现象(如极化、空间电荷行为和导电)的关键。无论这些电流有多弱，电流的强度、持续时间和行为都因现象而显著不同。因此，测量通常根据测量的目的分别进行。例如，在导电方面，用皮安表直接测量电流流量。在这里，我用水流代替水流来解释这个问题，皮安法直接用流量计测量水流，而Q(t)法测量的是容器中累积的流动水量。这种技术在数学上被称为积分。Q(t)方法基于积分，实现了对不同现象的并行测量，而之前的测量是分开进行的。此外，测量的准备工作只需要简单的操作:将测试片连接到电容器上进行测量，电容器是电的容器。
Q(t)方法，该方法简单，适用范围广
在本实验中，我们重复了交流电缆和直流电缆(分别为AC-XLPE和DC-XLPE)对交联聚乙烯材料施加电压的过程8小时，并通过Q(t)方法研究弱电流的变化，根据物理现象的变化推导出各自的特性。Q(t)方法主要有三个优点:通过简单的测量技术获得准确的数据，对涉及电流的各种物理现象进行全面深入的观察，并确保与科学理论的一致性。通过积累更多的知识，我们将能够获得有助于最大化我们电缆产品(包括高压直流电缆)性能的数据，并基于科学的理论进行解释。这将使我们确保安全，并获得社会和客户的信任。
由于Q(t)方法可以同时评估绝缘材料的各种性能，因此有望作为一种选择材料、测量和诊断状态变化的技术应用于各种应用。该方法还可以测量任何材料，而不考虑电极的形状。因此，它可以应用于包括电力电缆和半导体器件在内的各种产品。如果阐明了涉及电流的物理现象的机理，就可以应用于改进产品和开发新产品。将Q(t)方法提升到实用水平是我们的使命和挑战。
绝缘材料技术领域
通过对绝缘材料技术领域的多角度分析，探讨其发展潜力
以往对绝缘材料的分析主要是从电气工程的角度出发。如图所示，他们被定位在物理、化学和工程的交叉领域。因此，绝缘材料可以根据不同的观点进行不同的分析。它们比你想象的要深刻得多，而且在科学上很有趣。通过Q(t)方法获得的数据的解释和使用Q(t)方法的测量技术仍然需要改进。由于这些技术领域尚未完全建立起来，改进得越多，取得的成果就越丰硕。我希望年轻的研究人员和工程师对这些领域产生兴趣并接受挑战。
