1、本文是國家自然科學基金面上項目“礦用高壓電纜絕緣故障機理及其壽命評估方法研究”（項目編號:51377113）的主體內容。人工合成乙丙橡膠以其優(yōu)異的介電性能和耐候特性被廣泛用作中高壓電纜的絕緣材料，如使用在歐美等國家的城市地下電纜和海底電纜絕緣，以及我國的煤礦井下供電電纜和船用電纜絕緣。然而，一方面，長期運行下，受溫度影響乙丙橡膠絕緣材料將發(fā)生物理和化學變化，形成明顯的老化，并造成其介電性能變化;另一方面，在生產和安裝過程中，乙丙橡膠電纜

2、絕緣中不可避免地會產生一些缺陷，在電場作用下引發(fā)氣隙放電和沿面放電，進而造成絕緣材料發(fā)生不可逆轉的劣化，使電纜絕緣性能永久性失效。因此，關于外因引起的乙丙橡膠絕緣介電性能變化，以及內部缺陷造成的乙丙橡膠絕緣劣化機理的研究逐漸受到人們的重視，也對診斷乙丙橡膠電纜故障和評估電纜壽命具有很強的針對性和重要的現實意義。
　　針對乙丙橡膠作為電纜絕緣存在的以上問題，本文以礦用乙丙橡膠電纜用絕緣作為研究對象，理論、仿真和試驗相結合，對乙丙橡膠

3、絕緣材料的介電性能、乙丙橡膠絕緣中的氣隙放電現象及乙丙橡膠的沿面放電和表面擊穿現象進行了深入研究，具體研究內容如下:
　　介電性能是絕緣材料最基本的特性，研究介電性能有利于從微觀機制上揭示絕緣材料的宏觀介電性能。本文首先制作了乙丙橡膠試樣，采用寬頻介電譜分析儀測量了乙丙橡膠的介電頻譜和介電溫譜，研究了復介電常數、復電導率、介質損耗因數和復介電模量隨頻率和溫度的變化特性，提取并分析了溫度、德拜弛豫時間、兩個頻譜輪廓參數和光頻及靜態(tài)介

4、電模量等特征量，計算了乙丙橡膠的活化能。試驗發(fā)現乙丙橡膠的相對介電常數、介質損耗因數和電導率均與溫度和頻率相關。乙丙橡膠介電模量頻譜中可以觀察到明顯的介電弛豫現象，該極化滿足DEBYE方程。然后，試驗測試了室溫到200℃乙丙橡膠的短時介電強度，發(fā)現乙丙橡膠的介電強度與溫度相關，下降速率約為33(V/mm)/℃。對比分析了不同加速熱老化試驗后乙丙橡膠的介電強度和介電頻譜，發(fā)現140℃以下的熱老化不會對乙丙橡膠的介電性能產生明顯影響。乙丙橡

5、膠介電性能的研究結果對理解各種條件下乙丙橡膠的性質，合理利用和改進其電氣性能具有重要意義。
　　氣隙是引起絕緣中局部放電，造成絕緣老化的主要原因之一，研究氣隙放電的形成、發(fā)展和變化過程，對于理解乙丙橡膠絕緣電老化具有重要意義。因此，本文從理論上分析了絕緣中氣隙的類型及尺寸與電場強度和氣隙放電起始放電電壓的關系，對局部放電前后氣隙及乙丙橡膠絕緣中的電場強度分布及空間電荷分布進行了仿真，發(fā)現絕緣材料中氣隙內部的電場強度分布與氣隙的形狀

6、和尺寸以及絕緣材料的介電常數相關，氣隙內局部放電與氣隙中的電場及空間電荷分布密切相關。此外，制作了含不同尺寸氣隙缺陷的乙丙橡膠試樣，試驗測試并分析了不同溫度下氣隙中發(fā)生的局部放電特性，計算了氣隙放電的起始放電量，分析了氣隙放電機理，探討了溫度對氣隙放電特性的影響，結合仿真計算了放電發(fā)生前后氣隙內部電場強度變化曲線，證實計算和仿真結果與試驗結果相吻合，并發(fā)現氣隙引起的局部放電分布、放電量、放電統計特征與氣隙尺寸、位置、環(huán)境溫度以及外施電場

7、強度密切相關。氣隙放電研究結果為診斷乙丙橡膠中缺陷類型，評估電纜壽命提供了理論和實驗支持。
　　沿面放電是造成絕緣老化的另外一個主要原因，其會產生較大的脈沖過電壓，并伴有高溫，造成絕緣和電氣設備損壞。本文仿真分析了板板電極、針板電極和棒環(huán)電極結構引起的乙丙橡膠表面電場和空間電荷分布變化特性，分別試驗測試了三種電極結構下乙丙橡膠的表面擊穿電壓和擊穿電場強度，研究了三種電極結構下發(fā)生在乙丙橡膠表面的沿面放電起始電壓和放電分布特性，發(fā)現