聚乙烯绝缘材料老化的处理方法研究综述

谭景洋 李丽丽 孟雨鹏 蒿玉森

摘 要：聚乙烯绝缘材料应用广泛 ，而随着聚乙烯材料的应用，无法避免的就是材料的老化问题，本文从聚乙烯绝缘材料老化着手，综述了近几年来被广大科研人员经常应用的老化数据处理方法。讨论了每种方法的应用范围以及不足之处，提出了每种方法的优化方法，推广应用范围，认为应该加强数据处理的准确性和标准性，并进一步探讨绝缘材料老化的处理方法。

关键词：聚乙烯，绝缘材料，老化，处理方法

0 引言

聚乙烯是典型的热塑性材料，在绝缘薄膜制造、高电压输电绝缘、管板材、纤维等方面应用广泛，密度0.86～0.96g/cm3，按密度区分有低密度聚乙烯（也包括线性低密度聚乙烯）、超低密度聚乙烯等。电是生活中不可或缺的必需品，而高压直流输电成本低、损耗小、没有无功功率、连接方便、容易控制和调节，在长距离输电中已被广泛采用。输电过程中，聚乙烯绝缘因其优异的电气性能和机械性能等因素得到了广泛的应用，但是在高压直流输电过程中，由于聚合物在直流高压下空间电荷的积累，会引起空间电场的畸变，久而久之会使绝缘加速老化，影响绝缘寿命。

本文就聚乙烯材料的耐热老化能力的处理方法进行了研究，分析了在不同情况下聚乙烯老化可以采取不同的老化数据处理方法。

1老化速率法

老化速率法是用来比较材料老化性能的数据处理常用方法。此方法仅考虑老化试验的开始和结束材料的性能，对老化期间性能变化不予考查。另外从计算出的老化速率可明显看出各参数的趋势，经过老化试验此性能是上升还是降低，在老化速率中表示为正负，正数表示材料的参数值下降，负数表示材料的参数值上升，还能考虑单位时间的平均变化率，结果较为直观。对老化速率的计算结果进行统一排序，可以得到材料的耐久性顺序。老化速率计算公式如式（1）。

（1）

式中：VL——老化速率，%/h；

n0——样品初始性能；

nt——样品老化后性能；

t——老化试验时间。

老化试验后，首先计算各指标的老化速率，老化速率有正有负，正数表示材料的性质下降，负数表示材料的性质提升，显然，老化速率越小，表示该材料耐老化能力越强，通过比较，可以得到针对某一参数，材料的耐老化性顺序，得到在该参数方面，耐老化性好的材料。针对测试的较多参数对材料的老化速率，可采用老化速率相加的方法，得到总的老化速率，即材料总体的老化能力，可以得到耐老化性能好的材料。

2老化系数法

老化系数法老化系数是指某性能老化后与老化前性能之比。计算公式如式如式（2）。

（2）

式中：C——老化系数

n0——样品初始性能

nt——样品老化后性能

老化系数可以由老化速率得出，所以老化速率和老化系数是等价的，就是表示形式不同，但是结果一样，故老化系数的计算方法与老化速率的计算方法基本一致，二者之间的换算关系如式（3）。

（3）

式中：C——老化系数

VL——老化速率，%/h；

t——老化试验时间。

3变异系数法

变异系数是指标准差与平均值的比值，影响聚乙烯材料老化的因素有多个，在如此多的因素共同作用下，得到了老化后聚乙烯的相关数据，而标准偏差可以表示样本间的影响程度，故而变异系数可以作为材料老化性能衡量的指标。

对同种聚乙烯材料的一种性能在不同老化时间下取值，之后计算平均值，并计算其标准差，然后以平均值和标准差比值的结果进行综合评价，根据评价结果衡量不同材料的耐老化能力强弱。比值越小，表明此种性能随着老化时间的增加变化程度较小，比值越大，表明此种性能随老化时间的增加变化程度较大，而变化程度可以反映聚乙烯材料老化的敏感程度。因此可以通过对变异系数的比较，得到聚乙烯材料的耐老化性强弱。但是此方法需要在老化时间内，隔一段时间就要测试相关参数，相对老化速率法，老化系数法的只测起始和终止的相关参数，其步骤较为繁琐，工作量较大，但其得到的结论较为准确，与实验值一致率高。

标准差 （4）

均值 （5）

变异系数 （6）

参考文献：

[1]张云波. 高压电缆绝缘诊断方法的研究[D].沈阳农业大学，2017.

[2]李加驹. 高铁高压电缆泄漏电流在线监测系统研究[D].石家庄铁道大学，2016.

[3]刘颖. 电线的过电流老化及其绝缘特性的研究[D].沈阳工业大学，2016.

[4]梁韵. 多因素协同作用下交联聚乙烯绝缘老化评估方法研究[D].重庆大学，2015.

[5]孟丽坤.变压器绝缘材料老化判断的方法探讨[J].科技資讯，2014，12（30）：107+134.

[6]程博. XLPE绝缘电缆可靠性与寿命预测算法研究[D].华南理工大学，2014.

[7]王鹤荀. 船舶电缆绝缘老化规律及快速检测方法研究[D].大连海事大学，2014.

[8]薛程. XLPE高压电缆绝缘老化状态评估研究[D].天津大学，2014.

[9]刘树鑫. 电器设备绝缘状态在线监测方法研究[D].沈阳工业大学，2013.

[10]周长亮. 基于介电频谱特性的低压橡胶绝缘电缆老化程度评估方法研究[D].大连理工大学，2012.

[11]魏一. 船用低压电缆剩余寿命预测理论与实验研究[D].大连海事大学，2012.

[12]林朝晖. 油浸式电力变压器固体绝缘剩余寿命研究[D].西华大学，2010.

[13]杨丽君. 变压器油纸绝缘老化特征量与寿命评估方法研究[D].重庆大学，2009.

[14]姚志. 船用电缆绝缘老化的研究[D].大连理工大学，2007.

[15]韩向明. 船用低压电缆绝缘状态检测[D].大连理工大学，2007.

[16]陆云才. 基于分子模拟的油纸绝缘老化机理及气体扩散行为研究[D].重庆大学，2007.

[17]胡钰林. 电线电缆绝缘检测技术的研究[D].东南大学，2004.

[18]廖瑞金，孙会刚，尹建国，巩晶，杨丽君，张镱议.水分对油纸绝缘热老化速率及热老化特征参量的影响[J].电工技术学报，2012，27（05）：34-42.