隨著對(duì)XLPE電纜絕緣中空間電荷研究的深入，研究人員逐漸認(rèn)同了使用“陷阱”這個(gè)概念來描述空間電荷駐留位置。“陷阱”的概念來源于半導(dǎo)體物理學(xué)，對(duì)于半導(dǎo)體而言，研究對(duì)象是無機(jī)晶體材料，它們具有明確的能級(jí)機(jī)構(gòu)，可以使用摻雜的方法定量控制材料中的陷阱能級(jí)分布來調(diào)制波函數(shù)，控制量子陷的深度和分布，實(shí)現(xiàn)所需的功能。而對(duì)于像XLPE絕緣這樣的高分子聚合物，由于其結(jié)構(gòu)的不規(guī)整性，波函數(shù)不連續(xù)，因此無法應(yīng)用量子力學(xué)的方程定量的求解波函數(shù)。

J.E.Kalk等運(yùn)用LCAO法對(duì)聚乙烯的能帶結(jié)構(gòu)進(jìn)行了近似計(jì)算，認(rèn)為對(duì)聚乙烯這種半結(jié)晶材料，雖然不具備遠(yuǎn)程有序結(jié)構(gòu)，但可以認(rèn)為其近程結(jié)構(gòu)是有序的，于是聚合物的能帶結(jié)構(gòu)模型得以引入。該模型可以簡(jiǎn)單明了的解釋電荷入陷和脫陷以及載流子的運(yùn)輸?shù)痊F(xiàn)象。

描述陷阱的參數(shù)有：陷阱捕獲截面、陷阱能級(jí)和陷阱能級(jí)密度分布等。在XLPE絕緣中產(chǎn)生陷阱的因素非常復(fù)雜，有內(nèi)在因素也有外在因素。產(chǎn)生陷阱的內(nèi)在因素有：

1)晶態(tài)區(qū)和非晶態(tài)區(qū)的界面；
2)應(yīng)力或化學(xué)反應(yīng)感應(yīng)的表面態(tài)和界面態(tài)；
3)表面和體內(nèi)偶極子態(tài)；
4)體內(nèi)分子離子態(tài)；
5)雜質(zhì)，包括不同化學(xué)基團(tuán)，如極性基團(tuán)和離子基團(tuán)；
6)端基；
7)支鏈；
8)鏈折疊和彎曲；
9)化學(xué)構(gòu)型和構(gòu)象；
10)斷鏈；
11)極化子態(tài)；

產(chǎn)生陷阱的外在因素也有許多，使絕緣材料結(jié)構(gòu)產(chǎn)生缺陷的所有物理和化學(xué)作用都是產(chǎn)生陷阱的外在因素，如輻射、摻雜、氧化和外施電場(chǎng)作用等。

在研究空間電荷形成及作用機(jī)理的基礎(chǔ)上，對(duì)陷阱的物理和化學(xué)本質(zhì)開始進(jìn)行研究。特別是X射線誘導(dǎo)熱刺激電流(TSC)和熱致發(fā)光技術(shù)的應(yīng)用為陷阱研究提供了豐富的信息。低溫時(shí)，X射線輻射產(chǎn)生的自由電子或空穴被陷阱捕獲，在偏置電場(chǎng)的作用下有電子或空穴從陷阱中熱釋放出來形成熱刺激電流，一些被釋放的電子與空穴發(fā)生輻射性復(fù)合，產(chǎn)生熱致發(fā)光。通過X射線誘導(dǎo)TSC研究發(fā)現(xiàn)，氧化產(chǎn)物、交聯(lián)副產(chǎn)物及雜質(zhì)可以成為載流子陷阱。通過TSL實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)了由雙鍵、自由基和氧氣分子形成的陷阱存在。

空間電荷的形成也有內(nèi)在和外在的因素。產(chǎn)生陷阱的內(nèi)在因素可以成為空間電荷的來源和駐留位置，在電場(chǎng)作用下，晶態(tài)區(qū)與非晶態(tài)區(qū)的界面發(fā)生極化，產(chǎn)生極化電荷，它將存在于界面附近，形成空間電荷;還包括雜質(zhì)在電場(chǎng)作用下發(fā)生電離，并進(jìn)一步在電場(chǎng)作用下發(fā)生定向移動(dòng)，這是異極性空間電荷的重要來源。產(chǎn)生陷阱的外在因素，如輻射，可以向介質(zhì)內(nèi)部注入電荷，形成空間電荷，并且已經(jīng)有試驗(yàn)表明輻射能夠產(chǎn)生新的陷阱;在外施電場(chǎng)作用下，在電極和介質(zhì)的界面或介質(zhì)的內(nèi)部，通過Schottky或Fowler-Nordheim效應(yīng)發(fā)射電荷，也將在介質(zhì)中形成空間電荷，這是形成同極性空間電荷的主要來源。

下面說明XLPE電纜中絕緣電樹枝化的過程。在交流電壓下，電極在不同極性的半周期內(nèi)相繼發(fā)生了電子和空穴的注入，注入載流子進(jìn)入陷阱后與反極性電荷復(fù)合，復(fù)合釋放的能量轉(zhuǎn)化為斷裂聚合物鏈的能量。在單極性電壓下，注入陷阱的電子或空穴所釋放出的能量通過共振機(jī)理轉(zhuǎn)移給電子，熱電子碰斷聚合物鏈，大分子的斷裂生成了大量的自由基和小分子產(chǎn)物，而生成的自由基對(duì)于聚合物的降解又有催化作用，并且加上氧的參與，從而導(dǎo)致更大范圍的降解，形成了低密度區(qū)。在低密度區(qū)發(fā)生碰撞電離，部分釋放的能量轉(zhuǎn)化為光，部分能量使更多的聚合物分子斷裂，這樣就形成了空心的電樹枝通道，此后局部放電發(fā)生，電樹枝生長(zhǎng)加速，最終導(dǎo)致聚合物的擊穿，如圖所示。

XLPE電纜絕緣電樹枝化的陷阱模型