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前言
目前，热缩应力管材质主要是由多种高分子材料共混或共聚而成，以极性高分子材料为基材，再加入导电碳黑、高介电陶瓷填料等等制备而成，在电学表现形式上具有一定半导体材料导电性质。
近年来，由于车载高压电缆终端爆炸事故频发，国内外学者对电缆终端电场分布及其绝缘结构特性进行了相关研究并得到部分结论，对积极维护车载高压电缆系统正常运行贡献了理论及实践指导意义。
文章明确指出，应力管作为电缆终端调控并改善集中电场并预防电场畸变的重要附件，应同时兼顾电应力控制和体积电阻率两项技术要求，两项指标会随着应力管材料长期所运行的环境而发生改变。
研究了低温下应力管界面对车载高压电缆终端局部放电特性的影响，在应力管中加入了树脂基复合材料，试验发现能提高电缆终端局部放电的起始电压与熄灭电压，同时还能有效降低电缆终端的局部放电量，改变放电相位区间。
总结以上研究发现，目前国内外学者对交直流高压电缆本体绝缘结构及故障类型研究相对较为丰富，但对车载高压电缆终端部件材料热损伤及其复合界面放电问题研究不足，本课题的开展对掌握电缆终端绝缘性能劣化机理和状态评估具有重要的工程参考价值及意义。
加速热老化试验
电缆终端结构本文所研究车载电缆终端的内部结构如下图所示：
主体全长650mm~660mm，由多种材料包封而成；终端最里层是以铜为导体的缆芯，缆芯外是用半导体层包覆着的绝缘层材料；靠近终端首端部分使用热缩管图1电缆终端内部结构图Fig.1Internalstructurediagramofcableterminal和工业用胶与起连接作用的铜质线鼻子紧密连接。
应力控制管材料位于靠近尾端部分，其作用是缓和局部电场过于集中，从而避免因电场畸变导致局部放电绝缘损坏的问题发生；和电缆本体连接的部分由屏蔽层和防水护套组成；终端最外层包覆有防止爬电发生的伞裙。
热老化试验前后应遵循以下规范：应力管试样经无水乙醇洗净并进行干燥处理，然后将部分方形试样可用四角用木质夹子固定在铁架上，通过在四角施加相应的拉力以尽量减少试样在热老化过程中产生的形变，可有效避免试样边缘翘起，方便试样进行部分测试试验，以减少干扰。
切记注意试样热老化过程中不可折叠、重叠，待热老化之后取出试样需在干燥密闭容器内、室温下冷却24h以上，待试样充分冷却至室温以后并再次使用酒精及蒸馏水对应控管表面进行清洗和干燥处理。
将制作完成的试样需使用自封袋封存于室温干燥环境之中，以避免试样遭受外部环境诸如水分、污秽、光照等二次干扰破坏。
模型制作及闪络试验平台搭建
应力管/EPDM复合层间界面安装结构较为特殊，为探究其界面放电击穿特性，闪络试验电极采用铜箔电极，针对不同老化条件下应力管试样设计了层间界面闪络试验，为了能更好模拟极端情况下电缆终端应力管与EPDM复合层间界面沿面放电发展趋势。
参照标准JB/T12422-2015《电气绝缘材料和绝缘制件局部放电试验方法》制作了强极性的针-板电极模型，可以更好地模拟电缆终端在运行过程中复合层间界面处恶劣的畸变电场分布，可借助有限元仿真软件分析针-板电极结构在外加电压下电场的分布情况，在电极两端模拟加压为10kV，电极间距为10mm，仿真结果如图所示：
通过仿真发现，由于针-板电极模型结构极为不对称性，场强最高可达1.54MV/m，且电场集中区域全部积聚于针头尖端处，可使模型在较低的加压情况下就能发生起始放电，增加了实验现象的可观测性。
针-板电极模型仿真Fig.2Simulationofpin-plateelectrodemodel铜箔电极厚度应尽可能薄，才能更加精确模拟复合绝缘层间界面放电形式，本文采用的铜箔电极厚度为0.01mm，板铜箔电极边缘制作成圆弧状无棱角，针铜箔电极针头为30°。
设定电极间距离为0~20mm范围内可调，试验时用亚克力板夹紧并固定防止电极移动，制作长宽同为50mm*50mm未老化的EPDM试样，先将EPDM与老化应力管试样上下贴合，并在复合层间放入针-板铜箔试验电极，电极间距设置为10mm，再放入设计制作的亚克力板中夹紧固定，模型实物图如下所示：
Fig.4Flashovertestplatform其中分压限流保护电阻用水电阻充当，用于限制击穿电流，减小对变压器及工频电压操作台的绝缘损坏；成套分压器是耦合电容，自带高精度电压显示功能，可实时监测外加电压数据。
工频电压操作台包含调压器，可实现试验调压范围为0~100kV；试验电压采用逐级加压方式，可分为以下两个操作阶段：第一阶段，缓慢转动调压器，初始加压上升速率控制为每升高1kV保持10s，同时利用局部放电检测设备监控模型的局部放电信号。
当出现较密集的重复性放电信号后，可记录当前电压为起始放电电压；第二阶段，当模型达到起始放电电压后，继续升压至重复出现大于100pC放电信号时注意缓慢升压，维持每升高0.5kV保持10s的速率升压，直至发生沿面闪络。
100℃20 天 ；100℃30 天；125℃20 天
125℃30 天；140℃10 天；140℃20 天
经分析，由于应力管玻璃换转变温度Tg为130℃，老化温度为140℃时应力管材料状态已经由玻璃态转化为高弹态，会加速破坏材料相关电气及机械特性，因此在较高温老化下，特别是高于其玻璃态转化温度时，试样的电气及机械性能所受影响最大。
根据复合层间界面闪络试验，记录起始放电电压相关数据如下表所示，绘制出不同老化条件下应力管/EPDM复合层间界面起始放电电压相关数据，分别为起始放电电压及起始放电电压下降率。
在较低温老化前20天，应力管试样平均起始放电电压有“先增大后减小”的趋势，结合现象及老化过程分析，低温老化温度使得应力管试样材料各共聚物之间加剧了共聚状态，共聚速率大于热分解速率。
因此减少了游离小分子移动，电导率下降，使得试样的绝缘性能有所增强，因此起始放电电压及闪络电压较未老化时出现了一定的上升现象，可称此现象为老化“特殊过渡阶段”。
但在140℃高温老化下，共聚速率远小于热分解速率，并未出现这种绝缘性能增强现象，且平均起始放电电压最低，材料较快得到老化失效，故呈现单调减小的趋势。
在老化前期5~10天时140℃高温老化的试样起始放电电压下降速率最低，这是由于该试样本身起始放电电压最低仅有3.7kV，随着老化进行到10~15天时，由于老化温度的升高导致应力管疏散和调控电场集中的能力变弱。
故125℃及140℃老化试样的起始放电电压下降速率开始明显大于低温100℃老化的试样，直到老化进行到15~20天时，老化温度为140℃的应力管材料玻璃态转化为高弹态，加速绝缘材料的劣化破坏导致起始放电电压下降速率也最快。
复合层间界面闪络特性微观分析
通过开展不同老化条件下应力管试样表面电位测试工作发现，试样表面经热老化之后深陷阱能级中心、密度峰值等特性参数会大量向浅陷阱转变，当外加电场作用下，由于浅陷阱对表面电荷的束缚能力减弱，试样表面某些电荷较易受到电场作用使其“落陷”移动。
自由移动的正/负电荷在试样表面某处形成陷阱电荷局部积聚效应，使得该处电场畸变严重甚至出现起始放电现象，直接影响应力管试样的放电特性；陷阱也可以对试样表面电荷的输运特性和消散特性起到限制作用，间接干扰应力管试样载流子迁移运动和电导率，并最终影响其表面的放电发展过程。
下面就应力管/EPDM复合层间界面部分微观放电过程进行分析，本文采用的铜箔电极、应力管、EPDM和复合层间界面少量残余气体由于介电常数差异较大。
当在复合层间界面处给铜箔电极施加持续加压时，在电极尖端周围所形成的电场密度极不均匀，电场模变化程度也很大，因此在阴极四个结合点较易激发产生初期电子。
在复合层间界面间初期电子在外加电场作用下获得能量而相互加速碰撞，撞击过程产生的能量也不断积聚，使得高速自由移动的电子相互碰撞而发展成电子崩，电子崩再撞击层间界面的少量气体分子可能诱发形成第二次电子崩，迫使放电形式沿着阴极区域逐渐向阳极区域发展，促进了击穿通道形成，进而发生界面闪络现象。
随着热老化程度不断加深，持续热应力给试样表面造成的理化破坏愈发严重，热分解现象也较为强烈，加速了试样表面的深陷阱向浅陷阱的转变过程，降低了深陷阱势垒及密度，由于应力管试样表面深陷阱对电子的束缚能力较强，而浅陷阱束缚电子能力较弱，
因此深陷密度不断减少过程对表面电荷的脱陷和迁移现象起到了一定促进作用；持续热老化使得电子、空穴的迁移率和电导率不断增加，外加电场下增加了电子与模型内残留气体分子碰撞能量，促使了二次电子崩的形成。
持续热老化作用将导致应力管试样表面陷阱特性发生了从深陷阱到浅陷阱的一系列转变过程，进而降低了复合层间界面的平均起始放电电压及交流闪络电压。
结束语
本文结合车载高压电缆终端应力管实际运行工况，针对应力管热老化特性劣化机理，设计了不同老化条件下应力管人工加速热老化试验，并着重探究了老化应力管试样/EPDM复合层间界面放电发展的影响规律。
由此得出以下结论：应力管试样/EPDM复合层间界面模型耐压能力与应力管试样的老化条件、老化程度和界面处电场的均匀程度密切相关。
热老化过程中的热分解反应促使了试样表面小分子、离子及深/浅陷阱的生成，对试样的表面电荷及电子、空穴的输运特性产生直接影响。
试样表面深陷阱不断转化为浅陷阱，深陷阱密度减小，对电子束缚减弱，促使更多的陷阱电荷脱陷和迁移，试样的载流子迁移率和电导率增加，降低了界面模型的平均起始放电电压及交流闪络电压。
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