在pn结中，电子和空穴带有相反的电荷，它们在扩散过程中要产生复合（中和），结果使P区和N区中原来的电中性被破坏。

P区失去空穴留下带负电的离子，N区失去电子留下带正电的离子， 这些离子因物质结构的关系，它们不能移动的，因此称为空间电荷， 它们集中在P区和N区的交界面附近，形成了一个很薄的空间电荷区，这就是所谓的PN结。

高电场下通过电极注入形成的空间电荷

由于外加电场和极化的影响，降低了电子或空穴逸出电极的势垒，从电极发射的电子或空穴在外加电场的作用下产生迁移，在迁移过程中被介质中的陷阱所捕获而形成空间电荷。。所谓陷阱实际上是电荷的吸引中心（绝缘材料中的空间电荷问题）。分子结构中任何正负电荷作用中心不重合的地方都可能形成陷阱。例如杂质、链的断裂、不同原子组成的键等都可以引起正负电荷中心不重合。掉入陷阱的电荷由于异极性电荷的静电作用，吸引在那里，无法再在电场中运动，这样在介质中就形成空间电荷效应。通常在电场强度超过10kV/mm的情况下几乎会在所有导体/固体绝缘表面都会产生电荷注入，且随场强的增加和加压时间的延长增大注入量。这种由电极注入所形成的空间电荷，通常发生在高场条件下，属于同极性电荷。

交联副产物等杂质离子解离形成空间电荷

XLPE中的杂质包括催化剂、抗氧化剂、以及电压稳定剂等，在交联过程中，交联剂以及交联残余物也是两种必不可缺少的两种杂质，在外加电场的作用下，这些杂质分解成正电荷和电子，分别向阴极和阳极运动，一部分没有复合的电荷在介质内形成空间电荷。这种由交联副产物和杂质所形成的空间电荷属于异极性电荷。

偶极子转向引起的极化电荷

偶极子趋于分散在试样的表面并形成束缚电荷，束缚电荷在电极表面上感应出等量的异性电荷，改变了试样与电极界面的局部电场，因此，它们的作用等同于空间电荷。

测量系统

1.脉冲电源：提供0/1.0kV、脉冲宽度8ns，重复频率2kHz的脉冲电压，数字显示；

2.高压电源：提供直流高压；

3.信号耦合和传感模块：提供3s以上的脉冲时延，空间电荷灵敏度30.6/Ccm，空间分辨率18~19m

实验数据与结果分析

同样是纳米掺杂，自制复合介质与国外成品之间的差距却是非常明显的。造成这些差距的原因主要有以下几点：

1)纳米粒子的分散性。Tanaka等学者曾多次指出，纳米粒子的分散性，是决定纳米复合介质性能的最重要因素。由于纳米微粒具有很高的表面能，具有不稳定性，极易团聚成二次粒子，例如纳米MgO的亲水性，使其一但受潮便会发生团聚，因此需通过表面改性，来提高纳米微粒的可分散性，增强纳米粒子在介质中的界面相容性，使纳米粒子容易在有机化合物或水介质中分散，因此通过硅烷偶联的方法来做表面改性。但是如果偶联剂用量过多，团聚会再次发生，因此需要找到一个合适的偶联剂和一个最优的最小用量。另外，经过硅烷偶联后，填料往往不再是纳米级别的了，因此还需对填料进行气流喷射，使其恢复纳米大小。不同偶联剂选用和气流喷射我们都没有进行相应的实验。因此，自制的复合介质的分散性肯定不会很好，这也就影响了材料的性能。

2)杂质的影响。正如先前理论所提到的，绝缘材料中的杂质会带来离子化电荷，这也同样是空间电荷形成的原因之一。在混料过程中，难免会有杂质进入复合介质中，这也是自制复合介质空间电荷偏多的一个原因。