极化电流应用

极化/去极化电流法

（1）极化/去极化电流法用于油纸绝缘的微水扩散暂态过程研究。

通过建立油纸绝缘微水扩散不平衡时的时域极化模型，提出了根据微水扩散达到稳态时的极化/去极化电流特性求解微水扩散不平衡时的极化/去极化电流的方法，并通过试验验证该方法的有效性。研究结果表明：随着水分含量的增加，油纸绝缘的极化/去极化电流增大，纸中微水分布的不均匀性产生的极化严重影响了油纸绝缘的极化/去极化电流特性，自由电荷迁移和界面极化建立变得困难和缓慢，极化/去极化电流减小；微水扩散不平衡时绝缘纸的电导率分布与纸中微水质量分数分布密切相关，可以作为表征纸中微水分布的特征量。

（2）XLPE电缆老化检测

随着交联聚乙烯（XLPE）电缆运行年限的增加，电缆由于长期处于电场、水分、机械应力等因素的作用，其绝缘逐步发生老化降解，因此需要对 XLPE 电缆的绝缘老化状态进行评估，防止因绝缘老化造成电力事故的发生。极化/去极化电流（Polarization/depolarization Current，PDC）与 XLPE 电缆绝缘老化密切相关。当 XLPE 电缆绝缘内部存在水树时，在直流电压的作用下，由于水树与 XLPE 交界处的界面极化过程使得PDC 发生变化，因此通过对 PDC 的测量可以反映电缆绝缘内部的水树老化。

高能离子与新经典撕裂模稳定性研究

1989 年，HegnaChris C 和 Bhattacharjee A 利用漂移动力论方程，研究了高能离子对撕裂模稳定性的影响，他们的研究表明：当高能离子的密度位形峰恰好在有理面外面时，高能离子可以抑制托卡马克中磁岛的生长。2000 年，V.S.Marchenko 和V.V.Lutsenko 利用漂移动力论方程得到了高能离子作用在新经典撕裂模上的环向力矩，然后将该环向力矩的表达式带入到决定新经典撕裂模演变的方程组中，并进行了数值计算，得到了新经典撕裂模频率与振幅随时间的变化关系，该结果与实验上观察到的新经典撕裂模频率与振幅随时间的变化关系定性的一致，他们指出注入特定的高能中性束可以将新经典撕裂模保持在安全水平 。2011 年，Huishan Cai 等人利用回旋动力论方程研究了高能离子对撕裂模稳定性的影响，他们的研究表明 ：通行高能离子对撕裂模的影响，取决于高能离子环向通行的方向，并与高能离子的动量紧密相关。

将通行高能离子产生的极化电流与背景离子产生的极化电流进行比较，发现当通行高能离子的数密度足够大时，前者对新经典撕裂模稳定性的影响将变得不可忽略。最后将该极化电流的解析表达式带入饱和磁岛的色散关系中，得到了考虑高能通行离子时的饱和磁岛的阈值宽度，并且发现：v <0的通行高能离子产生的极化电流对新经典撕裂模起稳定作用， v>0 的通行高能离子产生的极化电流对新经典撕裂模起不稳定作用，它们产生的总的极化电流对新经典撕裂模起稳定作用。

极化电流也是一个随加压时间的增长而减少的电流，不过它比电容电流衰减慢的多，可能延续数分钟，甚至几小时，这是因为不均匀介质中吸收电流是由缓慢极化和夹层极化产生的。即在直流电压加上的瞬间，介质上的电压按电容分布，而电压稳定后介质上的电压按电阻分布；由于不同介质的电容与电压不成比例，因此在加上直流电压瞬间到稳定这一过程中，介质上电荷要重新分配，重新分配的电荷在回路中形成吸收电流。吸收电流随时间衰减的快慢与介质电容量大小有很大关系，在不均匀介质中，这部分电流是比较明显的。

极化电流应该分为瞬时位移极化电流和松弛极化电流。

瞬时位移极化电流

电子位移极化和离子位移极化是“瞬时位移极化”。电子式极化和离子式极化为位移极化，产生的电流为瞬时位移极化。

松弛极化电流

偶极子极化和界面极化为松弛极化。松弛极化建立和消失的时间较长且该过程伴随能量损耗，常常作为电介质极化过程的研究对象，松弛极化损耗与电介质老化相关，因此极化损耗可作为电介质老化的评判依据。

松弛极化电流也叫吸收电流。实际介质的电容器和理想电容器不同，缓慢的松弛极化形成了滞后于电压并随时间衰减的吸收电流，这就是介质的松弛现象。吸收电流只有电压发生变化时才存在，它是介质在交变电场下引起介质损耗的重要来源。

极化电流极化

根据极化过程的特点，可将电介质极化分为电子式极化、离子式极化、偶极子极化和界面极化四类。在直流电场作用下，不同特性的电介质内部将发生其中的一种或几种极化过程。不同的极化类型具有的特点如下：

（1）电子式极化

在没有外电场的作用时，原子体系中原子核的正电荷中心和的负电荷中心重合，不具有偶极矩；当加上电场后，电子的运动轨道发生偏移，使得正、负电荷的中心不再重合，即产生偶极矩。这种由电子轨道发生位移所形成的极化叫做电子极化。电子式极化发生在一切电介质中。

电子式极化完成的时间非常短，当电场消失后，由于正、负电荷的相互吸引，使得偶极矩消失而恢复非极性，整个过程不损耗能量，即电子式极化是弹性的。另外，电子式极化几乎不受温度变化的影响，温度的改变只影响电介质组成粒子的热运动，对原子的半径影响不大。

（2）离子式极化

在离子式结构的电介质中，正、负离子在电场的作用下沿反方向运动从而形成的极化过程称为离子式极化。固体无机化合物多为离子式结构，如云母、陶瓷材料等。在交变电场中，电场频率低于红外光频率时，离子式极化便可以进行。离子式极化亦为弹性极化，其建立和消除的过程均不损耗能量。由于离子间距随温度变化不大，所以离子式极化虽会随温度升高而增加，但增加得不大。

（3）偶极子极化

在极性电介质中，如蓖麻油、油浸纸、橡胶、纤维素等，电介质分子即使在无外加电场时，正、负电荷的重心也不重合，因而形成一个永久的偶极矩。然而由于热运动，极性分子的偶极矩取向是任意的，整个电介质对外不呈现极性。在外加电场的作用下，每个偶极子都受到电场的作用而转向，最终与电场方向平行，对外呈现极性，这种极化就称为偶极子极化或取向极化。

偶极子极化过程较长，因为偶极子转向过程中要克服分子间的吸引力和摩擦力，极化过程中所消耗的电场能量在复原时不可收回，因此需要消耗能量。另外，温度对偶极子极化的影响很大。温度较低时，分子间联系紧密，偶极子转向困难，极化很弱；当温度升高，极化增强；而当温度继续升高时，由于分子热运动加剧而阻碍偶极子沿电场方向取向。因此偶极子极化强度随温度升高呈现先增大再减小的趋势。

（4）界面极化

在不均匀电介质中，在电场作用下，电介质内部自由电荷移动并在不均匀界面上积聚，使得自由电荷分布不均匀而产生的偶极矩的现象，称为界面极化。界面极化又称为空间电荷极化或麦克斯韦-瓦格纳（Maxwell-Wagner）极化。只要复合界面两边的电介质介电常数和电导率只比不相同就会发生界面极化现象，这种效应称为麦克斯韦-瓦格纳效应。界面极化的过程较缓慢，可能持续数小时甚至数天，极化过程伴随着能量损耗。在较低电压频率下，由于界面上产生电荷堆积，将使得等值电容的增大。

极化电流电流

科学上把单位时间里通过导体任一横截面的电量叫做电流强度，简称电流。通常用字母 I表示，它的单位是安培（安德烈·玛丽·安培），1775年—1836年，法国物理学家、化学家，在电磁作用方面的研究成就卓著，对数学和物理也有贡献。电流的国际单位安培即以其姓氏命名），简称“安”，符号 “A”，也是指电荷在导体中的定向移动。

极化电流又称吸收电流，由于分子极化和电子漂移而形成的电流。它随施加电压的时间从相对较高的原始值衰减至接近于零，并取决于绝缘系统所用粘接材料的类型和情况。其中极化是指在外电场的作用下，构成原子外围的电子云相对原子核发生位移形成的极化。而且建立或消除极化时间极短。

《岩土工程勘察规范》GB50021规定如下：

极化电流密度 腐蚀等级

<0.02 微

0.02~0.05 弱

0.05~0.20 中

>0.20 强2100433B

当有电流通过电极时，因离子扩散的迟缓性而导致电极表面附近离子浓度与本体溶液中不同，从而使电极电势与j_r 发生偏离的现象，称为“浓差极化”。电极发生浓差极化时，阴极电势总是变得比j_r低，而阳极电势总是变得比j_r高。因浓差极化而造成的电极电势 j_I与j_r之差的绝对值，称为“浓差过电势”。浓差过电势的大小是电极浓差极化程度的量度。其值取决于电极表面离子浓度与本体溶液中离子浓度差值之大小。因此，凡能影响这一浓差大小的因素，皆能影响浓差过电势的数值。例如，需要减小浓差过电势时，可将溶液强烈搅拌或升高温度，以加快离子的扩散；而需要造成浓差过电势时，则应避免对于溶液的扰动并保持不太高的温度。

离子扩散的速率与离子的种类以及离子的浓度密切相关。因此，在同等条件下，不同离子的浓差极化程度不同；同一种离子在不同浓度时的浓差极化程度亦不同。极谱分析就是基于这一原理而建立起来的一种电化学分析方法，可用于对溶液中的多种金属离子进行定性和定量分析 。

不同电介质的极化程度是不一样的。为了分析电介质极化的宏观效应，常引入极化强度P这一物理量来表征电介质的极化特性。极化强度是一个矢量，定义单位体积内电偶极子电矩的矢量和为极化强度。