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)在電場作用下發(fā)生電離，并進(jìn)一步在電場作用下發(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