【摘 要】
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工程中常采用反幂模型（Inverse power model,IPM）作为交联聚乙烯（Crosslinked polyethylene,XLPE）电缆绝缘的电寿命模型,以描述外施场强E与绝缘失效时间t所呈现的E-t特性关系。IPM中的参数——电压耐受指数n是交、直流电缆绝缘设计及出厂试验考核的重要依据。目前,高压直流电缆的绝缘设计依旧参考交流电缆的设计和运行经验,但由于交、直流电缆中电场分布规律存
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工程中常采用反幂模型（Inverse power model,IPM）作为交联聚乙烯（Crosslinked polyethylene,XLPE）电缆绝缘的电寿命模型,以描述外施场强E与绝缘失效时间t所呈现的E-t特性关系。IPM中的参数——电压耐受指数n是交、直流电缆绝缘设计及出厂试验考核的重要依据。目前,高压直流电缆的绝缘设计依旧参考交流电缆的设计和运行经验,但由于交、直流电缆中电场分布规律存在较大差异,XLPE绝缘在交、直流下的n受绝缘厚度和温度的影响规律及差异尚不明确。本文以XLPE绝缘试样的交、直流电压耐受指数(nAC＆nDC)为对象,首先提出了采用步进应力试验高效获取nAC、nDC的方法,并验证了其有效性;随后,基于该方法的试验结果,对比了100、150、200μm XLPE绝缘试样在30、50、70℃下nAC与nDC的差异;最后,探究了造成交、直流下,温度及试样厚度对XLPE绝缘n影响差异的机理。得到的主要结论包括:（1）提出了一种能够使得步进应力法和恒定应力法所获n值等效的参数选取方法。该方法以累积损伤效应和Nelson模型为理论基础,构建累积损伤矩阵D,求取矩阵D的方差与n值关系曲线S（n）,S（n）最小时所对应的数值n即为所求绝缘n值。同时,该方法能够提取特征量min S（n）及S（n）的二阶导数绝对值λ作为判断所获n值准确性和唯一性的依据。（2）对比了温度及试样厚度对nAC和nDC影响差异,发现温度及试样厚度对nAC和nDC的影响呈现完全相反的规律。nAC会随着温度的上升而下降,随着厚度的上升而上升,而nDC却会随着温度的上升而上升,随着厚度的上升而下降。（3）分析了空间电荷的积聚造成温度及试样厚度对nAC和nDC影响差异的机理。以过渡态理论和反幂模型为基础,引入外施场强导致的绝缘活化能改变量ΔW,推导出n的物理表达式。由于交流电压下,不考虑空间电荷积聚,而直流电压下,空间电荷积聚会致使绝缘内部电场分布畸变,进而导致ΔW的变化,因此造成温度及试样厚度对nAC和nDC影响差异。
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