摘要：在電力系統運行過程中，受電纜通道環(huán)境及高負荷影響，極易引起電纜絕緣材料絕緣性能降低，引起重大安全事故。為此，科學評定電纜絕緣材料的耐電暈壽命，并積極采取科學有效的防范措施，為后續(xù)制定電纜通道安全防護策略提供幫助。為探究電力電纜絕緣材料耐電暈壽命評定影響因素，本文通過分析電極系統、脈沖電壓幅值和上升時間和不同老化溫度下電纜絕緣材料擊穿場強變化規(guī)律，探討了各因素對電纜絕緣材料耐電暈壽命評定的影響，發(fā)現脈沖上升時間增加時，電纜絕緣材料耐電暈壽命增長，脈沖電壓幅值增加時，電纜絕緣材料耐電暈壽命呈現指數型降低趨勢；而隨著老化時間的延長，電纜絕緣材料擊穿場強逐漸減小，同樣對緣材料耐電暈壽命評定結果產生重要影響。

關鍵詞：絕緣材料；耐電暈；壽命評定；脈沖電壓；硅橡膠接觸網線

中圖分類號：TQ336.4+2文獻標志碼：A文章編號：1001-5922（2025）04-0087-04

Analysis of influencing factors on the assessmentof corona resistance life of cable insulation materials

WANG Zhuangzhuang，ZHOU Qiping，LI Yuanze，YIN Shulan，HUANG Gaoju，ZHENG Feixiang

（Anhui Jiyuan Software Co.，Ltd.，Hefei 230088，China）

Abstract：During the operation of the power system，the cable channel environment and high load can easily cause a decrease in the insulation performance of cable insulation materials，leading to major safety accidents.To this end，scientifically evaluate the corona resistance life of cable insulation materials and actively take scientific and ef?fective preventive measures to provide assistance for the subsequent development of cable channel safety protection strategies.In order to explore the influencing factors of the assessment of the corona resistance life of power cable in?sulation materials，this paper analyzes the changes in the breakdown field strength of cable insulation materialsun?der different aging temperatures by analyzing the electrode system，pulse voltage amplitude and rise time，and the impact of various factors on the assessment of the corona resistance life of cable insulation materials.It is found that as the pulse rise time increases，the corona resistance life of cable insulation materials increases，and as the pulse voltage amplitude increases，the corona resistance life of cable insulation materials shows an exponential decrease trend；As the aging time prolongs，the breakdown field strength of the cable insulation material gradually decreases，which also has an important impact on the evaluation results of the corona resistance life of the edge material.

Key words：insulating materials；corona resistance;life assessment；impulse voltage；silicone rubber contact cable

隨著大量架空電線被改造成地下電纜，隨之而來的是基礎設施建設與地下電纜安全之間的沖突愈發(fā)明顯，嚴重威脅到了地下電纜的安全。因此，實施準確的電纜絕緣材料耐電暈壽命檢測，探尋相關影響因素，以便及時采取相應的安全防護措施尤為關鍵。為此相繼開展科學而高效的電纜絕緣材料耐電暈壽命評定，但經常出現評定結果不準確問題。楊貴程等[1]通過詳細分析電纜通道綜合監(jiān)測及智能評估預警技術的實現原理，介紹了邊緣計算技術在綜合監(jiān)測及智能評估預警系統中的相關應用情況，通過遠程技術操控電纜監(jiān)測終端，實施對電纜設施的巡檢，極大地提高了工程實踐中的應用價值，為電力系統的可靠供電提供了堅實保障。為探明不同環(huán)境條件對硅橡膠鐵路接觸網線材老化效應的影響，李德方[2]通過試驗研究對比霧霾、鹽霧和高濕度環(huán)境下的硅橡膠老化情況，發(fā)現霧霾對硅橡膠的破壞最大。本研究借鑒和參考相關學者研究成果，開展實驗室試驗分析了電極系統、脈沖電壓幅值和上升時間對絕緣材料耐電暈壽命評定的影響，旨在為纜線生產企業(yè)實現纜線產品生產工藝優(yōu)化及電力運營單位科學開展電力系統運維工作提供幫助。

1試驗部分

1.1試驗材料制備

選取硅橡膠材質（甲基乙烯硅膠，奧凱硅新材料）電纜為對象，剝離硅橡膠材料，將其制作成直徑110 mm、厚度2 mm圓形樣本，使用酒精清潔其表面，然后將其置于100℃真空干燥箱內烘干30 min，以去除表面水分并預熱，并在環(huán)境溫度20℃的無塵環(huán)境銅板作用下去除樣本表面電荷。最后，將完全去除表面電荷的樣本置于針-板老化電極中，設定放電間隙為10 mm，觀察不同老化溫度（140℃、160℃和180℃）下電纜絕緣材料擊穿場強變化規(guī)律。

1.2測定設備：

高頻脈沖絕緣測試儀，頻率20 kHz，電壓支持0～3.0 kV連續(xù)可調，負載上升時間可多檔調節(jié)，支持最多同時帶5路負載，脈沖占空比50%，雙極性方波波形。

2結果與分析

2.1電極系統對絕緣材料耐電暈壽命的影響

為評估不同電極配置下材料的絕緣性能，依據GB/T 22689—2008《測定固體絕緣材料相對耐表面放電擊穿能力的推薦試驗方法》規(guī)范進行，圓柱電極（直徑6 mm）/平板電極（5 mm厚不銹鋼板）如圖1所示。

采用高頻脈沖絕緣測試儀，在脈沖上升時間100 ns、脈沖電壓（UPP）2.0 kV，環(huán)境穩(wěn)定（23±2）℃、相對濕度（50±5）%，使用雙活節(jié)電極和單電極作為高壓電極進行測試，發(fā)現采用雙活節(jié)電極與單根電極測定電纜絕緣材料的耐電暈壽命時，呈現出明顯差異，2種材料采用雙活節(jié)電極所測得耐電暈壽命均較單根電極測得耐電暈壽命更長。呈現這一差異的原因主要源自以下兩方面因素。（1）關于電極的倒角處理，標準規(guī)定電極的倒角半徑應為1 mm，且邊緣應平滑過渡[3-5]。然而，在長期使用單根電極后，常通過簡單打磨來維護，導致倒角半徑不準確，邊緣不夠圓滑，從而容易引起應力集中。（2）就電極與試驗介質的接觸面而言，在保證電極質量符合標準的前提下，單根電極的長度大約為100 mm，試驗中很容易造成點對面的接觸，導致應力集中。相比之下，采用雙活節(jié)電極，不僅可以實現更廣泛的面面接觸，減少接觸不良的可能性，還可以有效減輕電極對測試材料表面的應力影響，造成采用雙活節(jié)電極的耐電暈測試結果更為理想。

在試驗中觀察到，電極表面的平滑度以及試樣材料的清潔程度對實驗數據的一致性和材料的耐電暈性能產生顯著影響，這一發(fā)現與文獻[6]的研究成果相吻合。為提高絕緣材料的耐電暈性，宜選用光潔度高且硬度更大的不銹鋼作為電極材料。

2.2脈沖電壓幅值對電纜絕緣材料耐電暈壽命的影響

在同一溫度濕度條件下對不同電壓條件下的2組試樣進行耐電暈壽命試驗檢測，測試結果經線性擬合處理后如圖2所示。

由圖2可知，試樣的耐電暈壽命隨著電壓增加而逐漸減少，呈現反比冪關系。具體來說，當施加的電壓低于試樣材料的擊穿電壓閾值時，試樣材料的耐電暈壽命會隨著施加電壓的降低而延長。造成這一現象的原因是隨著施加的脈沖電壓峰值的增加，導致局部放電事件的發(fā)生頻率成比例上升[7-9]。同時，隨著電壓的升高，試樣內部氣隙的電場強度增加，加劇了局部放電的程度，導致電子或電荷對絕緣材料的沖擊變得更加頻繁和強烈，從而加速了絕緣材料的損耗和失效[10]。

2.3上升時間對絕緣材料耐電暈壽命的影響

不同上升時間對2種電纜絕緣材料耐電暈壽命影響試驗結果如圖3所示。

由圖3可知，電纜絕緣材料的耐電暈壽命隨著上升時間的增加而增加，出現這種現象的主要原因是，上升時間較短意味著電壓需在較短時間內迅速增加至較高水平，導致通過絕緣層的電壓比率較高[11-12]。高電壓比率增加了絕緣材料內部電場的不均勻性，從而促進了電暈放電的發(fā)生。電暈放電是一種電氣放電過程，當絕緣材料周圍的電場強度超過一定閾值時就會發(fā)生，導致材料逐漸損壞，降低其絕緣性能。因此，上升時間越短，絕緣材料經受電暈放電的風險越大，其耐電暈壽命相應地越短。相反，當上升時間較長時，電壓的增加較為緩慢，電場分布較為均勻，減少了電暈放電的可能性，從而提高了絕緣材料的耐電暈壽命[13]。

2.4設備泄漏電流對絕緣材料耐電暈壽命的影響

選取10個試樣進行設備泄漏電流對絕緣材料耐電暈壽命的影響試驗分析，試驗采取2種方式進行，一種是在一臺高頻脈沖絕緣測試儀上一次性加載5個試樣進行測試；另一種方法則是分批進行，先測試2個試樣，再測試剩下的3個試樣。所有試驗均在脈沖電壓3.0 kV、環(huán)境溫度（155±2）℃條件下完成，試驗記錄如表1所示。

由表1可知，2種不同試驗方式獲取的結果存在明顯差異，這主要是由于實驗裝置中的電磁線作為脈沖電源的負載呈現出容性特征，對脈沖的上升時間具有顯著影響。當電源為電容進行充電時，如果負載電容較大，則會導致脈沖的上升沿變緩，即上升時間增長；相反，當負載電容較小時，脈沖上升沿則會較為陡峭，上升時間短[14]。

一般而言，脈沖上升時間較長，意味著耐電暈壽命會更加持久。但值得注意的是，在進行絕緣測試時，測試儀器的泄漏電流直接關聯到試樣壽命的判定。在此次試驗中，電容約160 pF的試樣在脈沖上升時間為865～915 ns條件下，泄漏電流范圍在18.42～20.23 mA，耐電暈壽命的個別值分布在6.8至181 h，中值為8.6小時。這一結果表明，較大的電容在較長的脈沖上升時間下，盡管泄漏電流較高，但耐電暈壽命的波動較大，中值并不突出，反映出耐電暈性能的不穩(wěn)定性。相比之下，電容約70 pF的試樣在475～608 ns的脈沖上升時間內，泄漏電流為10.59～16.76 mA，展現了更加一致的耐電暈壽命，個別值在13.4至20.0 h，中值達到了19.7 h。表明在較短的脈沖上升時間和較低的泄漏電流條件下，較小電容的試樣展現出更高的耐電暈壽命和更好的穩(wěn)定性。電容約100 pF的試樣在極端寬泛的脈沖上升時間范圍內（58～604 ns），泄漏電流介于11.60～17.52 mA之間，其耐電暈壽命個別值在13.6至21.4 h，中值亦達到19.7 h，表現出相對較好的耐電暈壽命和穩(wěn)定性。

出現結果差異，一個重要原因在于所使用的測試儀設定了25 mA的報警切斷電流閾值。當一次性加載五個試樣進行測試時，觀察到的最大泄漏電流達到了20.23 mA，非常接近于設定的切斷閾值。相比之下，當同時加載兩個或三個試樣進行測試時，最大泄漏電流降至17.52 mA，降幅較為明顯[15-16]。

2.5環(huán)境因素對絕緣材料耐電暈壽命的影響

選取3組試樣分別進行高濕度、鹽霧、霧霾環(huán)境老化，發(fā)現高濕度環(huán)境老化后，試樣表面顯現了裂紋、孔洞及溝壑，并有鋁粒填充物。雖然裂紋較多，但相對較窄且淺。反觀鹽霧環(huán)境下的試樣，其表面裂紋數量增多，表明鹽霧環(huán)境對材料的破壞更為嚴重。在高濕環(huán)境下老化，雖然裂紋數量減少，但裂紋寬度有所擴大，且表面形成了許多導電粒子的結晶，且與原有的鋁粒填充物相結合。霧霾環(huán)境下老化的試樣表面，則出現了深而窄的裂縫，并附著有大量的二氧化硅粉塵顆粒。通過這一系列的實驗觀察，可以看出高濕度環(huán)境對硅橡膠材料的破壞相對較輕，而鹽霧和霧霾環(huán)境對材料的損傷更為顯著[17]。

通過測量靜態(tài)接觸角和恢復特性分析不同環(huán)境老化后的試樣材料，發(fā)現其表面憎水性能變化顯著。具體而言，高濕度環(huán)境下老化的試樣在6 h恢復期后，其靜態(tài)接觸角能夠恢復到89.05°，并且隨著恢復時間的延長，接觸角的變化趨于穩(wěn)定，幾乎無顯著變動。這一現象表明，高濕度環(huán)境對硅橡膠材料表面憎水性的損傷具有一定的永久性，難以完全恢復至原始狀態(tài)。相比之下，鹽霧老化后的硅橡膠材料在8 h的恢復時間后，表面靜態(tài)接觸角能夠達到89°，暗示著鹽霧環(huán)境對試樣憎水性的破壞程度更為嚴重，導致的永久損傷也更加顯著。霧霾環(huán)境下老化的試樣在同樣的恢復時間內，其表面靜態(tài)接觸角能恢復至92°，顯示出比高濕度和鹽霧環(huán)境下更好的憎水性恢復能力。試樣表面靜態(tài)接觸角及其隨時間的恢復曲線如圖4所示。

綜合考慮靜態(tài)接觸角及其隨時間恢復的特性，可以得出如下結論：在鹽霧環(huán)境下老化的試樣表面憎水性損失最為嚴重，其次是霧霾環(huán)境，而高濕度環(huán)境的影響相對較輕。這種憎水性的喪失尤其在鹽霧環(huán)境下更加顯著，導致材料在電網中應用時更易于發(fā)生污閃現象，進而影響到電氣系統的安全運行和穩(wěn)定性[18]。

3結語

電纜絕緣材料耐電暈壽命的評定受多種因素影響，包括電極系統的設計（形狀、尺寸、材質和加工質量），脈沖電壓的上升時間以及電壓幅值。電極的配置直接影響電場分布的均勻性，而脈沖電壓的特性決定了電暈放電的風險程度。統一測試儀器的參數設置可以減少測試結果的差異性，提高評定的準確性和一致性。因此，在開展電纜絕緣材料耐電暈壽命測定工作實踐中，為獲得絕緣材料真實且可靠的試驗數據，需精確控制這些關鍵因素。

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（責任編輯：張玉平）