传统经典观念认为，和金属接触的材料在外部电压作用下，电荷都集中于金属电极和材料表面区域，在材料内部并不会出现多余的电荷。而实际上，常常出现材料中某一区域流入电荷和流出电荷不一致，有剩余电荷残余在该区域，并随着位置的不同呈现连续分布，这些连续分布的净电荷就是空间电荷。那么空间电荷来自哪儿呢?简单而言，就是外部贡献、内部产生。外部贡献即来自电极的注入，金属电极在热的状态下，电子获得足够能量从金属表面“逃窜”出来，进入材料内部;内部产生即材料自身的分子、杂质、缺陷等所产生的正负电荷在材料中堆积起来。
捕获空间电荷的踪迹
材料内空间电荷看不见摸不着，那要如何捕获它的踪迹呢?这需要借助“第三只眼”——空间电荷测量系统。测量空间电荷的方法有破坏性方法和非破坏性方法，前者以热刺激电流法为代表，后者主要有电声脉冲法、压力波法、激光光强调制法。目前应用最为广泛的当属电声脉冲法，它是利用一电脉冲来刺激介质内部的电荷，使得电荷抖动起来，电荷越多抖动幅度越大，这就发出了声波，我们只需要把这些声波收集起来。通过声波信号就可以知道介质内部的电荷如何分布的。
近年来，开始出现将这一方法用于多层介质的空间电荷测量。但是，当前具有的空间电荷测量系统和方法不能直接获得多层样品中的空间电荷分布，这是由于接受到的声波信号不仅取决于电荷量，还取决于介质的介电常数，此外在不同介质界面，声波会像光一样发生反射、透射，不同介质的反射和投射系数也不相同。对于换流变压器，其内部绝缘主要依靠变压器油和绝缘纸，往往以多层形式存在，油和纸以夹心饼干的形式一层层地叠加起来，从而形成油纸和油纸的界面及油纸和油的界面。这些界面的存在，为空间电荷的准确测量带来非常大的难度。为此，课题组发明了存在界面时空间电荷测量方法，建立了能够测量界面和材料内部的空间电荷测量系统，其测量精度可达0.5库伦/立方米，空间分辨率可达12微米。
掌握空间电荷的“脾气”
有了空间电荷测量系统，我们得以一窥空间电荷的真面目。100多年前,麦克斯韦提出并经瓦格纳发展的理论认为，两种导电能力和容纳电荷能力不同的材料，在外部电场作用下界面处会积聚电荷，该电荷也通常被称为麦克斯韦—瓦格纳极化电荷。这些电荷在外电场撤去后一般不会马上消失，而是“冻结”在介质表面，与介质内部的空间电荷共同作用畸变电场，影响介质的绝缘性能。相较介质内部的空间电荷，介质界面处的空间电荷可谓影响绝缘的“一号嫌犯”，为了解它是如何破坏绝缘的，需要对其验明正身。
