In this study, three kinds of radical scavenger Chimassorb 944, Tinuvin 622, and Tinuvin 770 are used to suppress the growth of electrical trees in cross-linked polyethylene (XLPE) with transient superimposed voltage under the temperature gradient. The tree morphology, tree length, accumulated damage, and time to breakdown are used to investigate the effect of radical scavenger on the electrical treeing process. It is found that under the temperature gradient caused by the temperature rise on the high voltage side, only Tinuvin 622 can always suppress the electrical tree as the temperature gradient rises. Under the temperature gradient caused by the temperature rise on the ground side, the three radical scavengers can all suppress the electrical tree. The breakdown of electrical tree exhibits the strong DC polarity dependence. Meanwhile, energy levels of these three radical scavengers are calculated through quantum chemistry, and the results indicate that radical scavengers have greater electron affinity, smaller ionisation energy, and smaller energy gap than XLPE. According to the surface potential decay test results at 60°C, it is found that all three radical scavengers can introduce deep traps. The different performances of radical scavengers under different temperature gradients and voltages are determined by the trap distribution characteristics, the molecular structure and chemical reaction of the additives themselves. It is concluded that Tinuvin 622 has potential for use in high voltage direct current XLPE cable application.

中文翻译：

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自由基清除剂对大谐波叠加直流电压交联聚乙烯电树的影响

本研究采用三种自由基清除剂Chimassorb 944、Tinuvin 622和Tinuvin 770在温度梯度下瞬态叠加电压下抑制交联聚乙烯(XLPE)中电树的生长。利用树木形态、树木长度、累积损伤和击穿时间来研究自由基清除剂对电树过程的影响。发现在高压侧温升造成的温度梯度下，只有Tinuvin 622能够随着温度梯度上升始终抑制电树。在地面侧温升造成的温度梯度下，三种自由基清除剂都可以抑制电树。电树的击穿表现出强烈的直流极性依赖性。同时，通过量子化学计算了这三种自由基清除剂的能级，结果表明自由基清除剂比XLPE具有更大的电子亲和力、更小的电离能和更小的能隙。根据60℃下的表面电位衰减测试结果发现，三种自由基清除剂均能引入深层陷阱。自由基清除剂在不同温度梯度和电压下的不同性能是由陷阱分布特征、添加剂本身的分子结构和化学反应决定的。结论是Tinuvin 622具有在高压直流XLPE电缆应用中的潜力。结果表明，自由基清除剂比XLPE具有更大的电子亲和力、更小的电离能和更小的能隙。根据60℃下的表面电位衰减测试结果发现，三种自由基清除剂均能引入深层陷阱。自由基清除剂在不同温度梯度和电压下的不同性能是由陷阱分布特征、添加剂本身的分子结构和化学反应决定的。结论是Tinuvin 622具有在高压直流XLPE电缆应用中的潜力。结果表明，自由基清除剂比XLPE具有更大的电子亲和力、更小的电离能和更小的能隙。根据60℃下的表面电位衰减测试结果发现，三种自由基清除剂均能引入深层陷阱。自由基清除剂在不同温度梯度和电压下的不同性能是由陷阱分布特征、添加剂本身的分子结构和化学反应决定的。结论是Tinuvin 622具有在高压直流XLPE电缆应用中的潜力。自由基清除剂在不同温度梯度和电压下的不同性能是由陷阱分布特征、添加剂本身的分子结构和化学反应决定的。结论是Tinuvin 622具有在高压直流XLPE电缆应用中的潜力。自由基清除剂在不同温度梯度和电压下的不同性能是由陷阱分布特征、添加剂本身的分子结构和化学反应决定的。结论是Tinuvin 622具有在高压直流XLPE电缆应用中的潜力。