Study of Space Charge in SC Shield / XLPE Interface and Mid-Voltage Cable Perfomance

Three experimental mid-voltage cables , C 2, C3 and C4 with cross-linked polyethylene (XLPE) isolation, rated respectively as Medium, High and Low in perforation tests over 150KV, are studied. All these cables have been systematically measured by Electroacoustic Pulse (PEA) and Thermally Stimulated with Depolarization Currents (TSDC), using 120KV of polarization voltage in samples as received, annealed at 90kV and 120ºC up to 672 hours. Measured internal charge of cable C4 at least doubles that of cables C2 and C3. The interfacial phenomenon has been studied by Infrared spectroscopy measurements Attenuated total reflectance (ATR) that show chemical components that migrate, spread, and transport from the external semiconductor layer to the cross-linked polyethene isolation during the thermic treatment of the cable. The PEA measurements using 120 kV/mm electric field showed the formation and propagation of space charge packet from SC to isolation. These results are coherent with TSDC measurements that also show differences in the areas under the curve of current as a function of temperature for each cable type C 2, C3and C 4. This is a result of the amount of charge accumulated. To sum up, combination of PEA, TSDC and ATR measurements is a useful tool in understanding charge relaxation processes and XLPE cable performance.Se estudiaron tres cables experimentales de media tensión: C2, C3 y C4; con aislamiento de polietileno reticulado (XLPE) denominados: Medio, Alto y Bajo en los test de perforación con tensiones sobre 150 kV. Los tres cables han sido medidos sistemáticamente mediante las técnicas del Pulso Electroacústico (PEA) y de las Corrientes de Despolarización Estimuladas Térmicamente (TSDC) usando un voltaje de polarización de 120 kV en muestras tal y como se reciben, tratadas térmicamente a 90 ºC y 120 ºC durante 672 horas. Las medidas de carga interna en el cable C4 son de un orden del doble que en los cables C2 y C3. El fenómeno de carga interfacial ha sido estudiado por espectroscopia infrarroja mediante la técnica de Reflectancia Total Atenuada (ATR) y muestra que hay componentes que migran, se difunden y se trasportan desde la capa semiconductora externa hacia el aislamiento de polietileno reticulado durante el tratamiento térmico del cable. Las medidas por PEA usando un campo eléctrico de 120 KV/mm muestran la formación y propagación de paquetes de carga de espacio desde el semiconductor (SC) hacia el aislamiento. Estos resultados son coherentes con las medidas mediante TSDC que muestran diferencias entre las áreas bajo la curva de corriente en función de la temperatura para los tres cables C2, C3 y C4 que es el resultado de la carga acumulada. Para resumir, la combinación de las mediciones PEA, TSDC y ATR son herramientas útiles para la comprensión de los procesos de relajación de carga de espacio y la eficiencia de los cables con aislamiento de XLPE