随着我国国民用电量的快速增长和电压等级的不断提升，电力电缆凭借着运行可靠性高、节省土地资源等优点成为输电线路中重要的组成部分。硅橡胶绝缘材料凭借其弹性高、力学性能好、电气性能优异和易注塑成型等优点，在预制式电缆附件中间接头和终端中得到了广泛的应用。

在电力电缆系统中，电缆附件由于结构的复杂性和位置的特殊性，其故障率也远远高于电缆本体。电缆附件在实际的运行过程中环境条件比较复杂，因此造成故障的原因往往不是单一的。对于电缆附件来说，在机械应力和高温环境中运行是一种比较常见的情况。

一方面在正常的运行情况下，电缆芯线运行的温度可以达到70℃以上，一旦电缆线路发生过载或者短路，短时间内的运行温度可以达到250℃，硅橡胶绝缘层处于较高运行温度下会加速材料的老化，使其绝缘性能遭到破坏；另一方面，为了满足电气强度和安装方便，需要保证电缆附件与主绝缘之间存在0.1～0.25MPa的界面压力，使附件包覆在电缆接头处。由于其始终处于扩张状态，长期需要承受较大的机械应力，可能会进一步加剧对材料绝缘性能的劣化。

目前的研究主要是集中在单个物理场对硅橡胶绝缘性能的影响，机械应力与热老化共同作用的材料特性变化及其影响规律研究较少。开展热-力联合老化对电缆附件硅橡胶绝缘性能影响规律的研究，可为电缆附件绝缘状态评价提供理论依据，对于电力系统稳定运行具有重要的意义。

新疆大学电气工程学院、清华大学电机系、华北电力大学的周远翔、张征辉、张云霄、朱小倩、黄猛，在2022年第17期《电工技术学报》上撰文，设计并开展了硅橡胶热-力联合老化试验，老化温度设为200℃，机械应力施加的拉伸伸长率为0%～50%，测试并分析了老化前后硅橡胶试样的力学性能、电气性能和微观结构等性能的变化。

图1 拉伸试验装置示意图

图2 老化前后硅橡胶内部自由体积变化

他们结合硅橡胶物理结构特性，分析了老化前后硅橡胶物理网络变化过程，进而讨论了热-力联合老化对硅橡胶绝缘性能的影响机理，最后得出以下结论：

1)红外光谱和交联密度的测试结果表明在老化过程中硅橡胶会再次发生交联反应，交联密度先增大后减小。拉伸应力的存在会妨碍交联反应的发生，交联密度幅值的变化随拉伸伸长率的增大而降低。同时在老化过程中拉伸应力会加速硅橡胶分子链各个基团的降解，使分子结构遭到破坏。

2)硅橡胶的拉伸强度和断裂伸长率随着老化时间的增加而降低，硬度变大。在老化过程中机械应力越大，拉伸强度和断裂伸长率下降幅值越明显，同时会加速硅橡胶的硬化，使其柔顺性变差，高弹性丧失，加剧硅橡胶力学性能的劣化。

3)在老化前期硅橡胶会发生交联反应，交联密度增加，自由体积和载流子迁移率下降，导致击穿场强增加和介质损耗降低；老化后期交联体系破坏，降解反应加剧，载流子浓度和迁移率增加，自由体积增大，导致击穿场强下降和介质损耗增加。在老化过程中随着拉伸伸长率的增大，击穿场强下降，相对介电常数和介质损耗逐渐增加。

本文编自2022年第17期《电工技术学报》，论文标题为“热-力联合老化对硅橡胶交联网络及力学和耐电特性的影响”。本课题得到国家自然科学基金和新能源电力系统国家重点实验室开放课题资助项目的支持。