高低温和硬度对电缆附件硅橡胶材料绝缘性能的影响及机理分析

• 作者: 张帆 王景兵 齐朋帅 周旭光 张连康 王家兴 魏艳慧 李国倡
• 来源期刊: 高压电器
• 学科: 工学
• 关键词: 电缆附件;硅橡胶;高低温;硬度
• 年，卷（期）: 2025,（2）
• 所属期刊栏目: 研究与分析
• 页码范围: 102-110
• 页数: 9页
• 语种: 中文
• DOI: 10.13296/j.1001-1609.hva.2025.02.012

摘要

温度是影响电缆附件绝缘性能的关键因素。文中分析了不同硬度硅橡胶材料的红外光谱和玻璃化转变特性，测试分析了高低温环境-40～+60℃下不同硬度电缆附件硅橡胶材料的介电性能、电阻特性和击穿特性；从微观层面，通过计算分析不同温度硅橡胶的自由体积和均方位移等参数，揭示了高低温对硅橡胶材料绝缘性能的影响机理。研究表明，随着温度升高，硬度40 HA硅橡胶相对介电常数从3.66下降到3.22，下降约12%，相比而言90 HA硅橡胶下降约15%；两者介质损耗角正切值在-40～+60℃范围内均基本不变，平均值分别为1.46×10-3和1.57×10-3。这是由于温度的升高，硅橡胶分子均方位移增大，这种无序性运动阻碍了束缚电荷极化过程；此外，白炭黑含量增大会提高硬度90 HA硅橡胶的介电常数。随着温度的升高-40～+60℃，硬度40 HA硅橡胶材料体积电阻率从1.24×1017Ω·cm下降到1.14×1015Ω·cm；同一温度下硬度90 HA硅橡胶体积电阻率整体降低约1个量级。这主要与温度引起的载流子浓度、迁移率变化以及白炭黑的含量有关系。随着温度的升高-40～+60℃硬度40 HA硅橡胶击穿场强从39.29 k V/mm下降到23.98 k V/mm，下降约39%，同一温度下硬度90 HA的试样击穿强度略有降低。这是由于温度升高硅橡胶自由体积增大，导致电子自由行程变大，自由电子加速获得的能量更多；同时，白炭黑作为杂质引入会导致硅橡胶发生弱点击穿概率增加。该工作对于电缆附件异常分析和性能提升具有指导意义。