探究非线性绝缘材料的性质

非线性绝缘材料是指随电场强度的改变，相对介电常数和电导率也随之变化的绝缘介质，它的突出优点是具有在不均匀电场下自行均化电场分布的能力，抑制产生空间电荷，提高绝缘结构的电气性能，因而又被称为“智能绝缘材料”。

在高压、超高压乃至特高压交直流输变电系统中，由于绝缘设备或部件自身承受电场分布的不均匀性，电场强度较大。尤其是导致出现电晕、局部放电等现象部位的电介质材料，其老化速度加快，对系统的长期安全稳定运行带来更大的威胁。我国电网长期的运行经验表明，引起高压电缆绝缘性能劣化甚至破坏的主要因素是电树枝老化和水树枝老化，抑制高压电缆绝缘中电树枝的形成与发展以及减薄绝缘成为国内外学者和电缆生产、使用部门普遍关注的热点。

1.非线性绝缘材料的关键问题

开发同时具有非线性电导和非线性介电特性的复合材料是未来非线性绝缘材料研究的关键问题之一。目前，电力系统中仍然以交流系统设备为主，交流设备在正常工作电压下不均匀电场分布及由此导致的电晕放电等现象广泛存在，因此，泄漏电流和介质损耗等问题仍然不容忽视。对于交流系统中绝缘介质上由外加电压导致的不均匀电场，可以通过以非线性介电特性为主导因素改善电场分布的方式，避免大的泄漏电流和介质损耗；同时，复合材料具有的非线性电导特性也能对空间电荷积累产生有效的消散作用，避免因其导致的局部电场集中。

同时，目前非线性绝缘材料的主要制备技术是通过向基体材料中掺入纳米尺寸的无机材料来实现其非线性功能。然而，目前国内外学者在纳米复合电介质抑制空间电荷特性、多场耦合作用下纳米粒子对基体材料的击穿强度、电场分布等特性的研究结果仅能定性解释部分实验结果，还无法阐明界面效应如何影响纳米复合电介质的宏观材料参数与空间电荷输运过程，以及由此导致的材料老化、退化、击穿等一系列重要的机理问题。因此，迫切需要从纳米复合材料的基础理论层面开展深入研究，揭示纳米颗粒与绝缘材料的界面特性及界面模型，为进一步调控绝缘材料的电场特性等提供理论支撑。此外，到目前为止，非线性绝缘材料的实际商业应用领域主要集中在中压电缆终端、电动机和发电机内部绝缘等产品，尚未进一步拓展到更高电压等级、更广泛应用类型的电力绝缘设备或部件上。对于直流塑料电缆而言，如何调控电缆绝缘的非线性介电及非线性电导特性来实现对电缆绝缘电场分布的控制也是迫切需要解决的关键问题。(https://www.xing528.com)

2.非线性绝缘材料的发展趋势

在绝缘电力电缆的绝缘结构中添加非线性绝缘材料层，有助于均化电缆绝缘结构中的电场分布，提高其耐电树枝能力，增加电缆的绝缘利用率，延长电缆的使用寿命，提高其运行可靠性，同时也为高压电缆绝缘层厚度的减薄提供了技术途径。

添加非线性屏障层的新型电缆可能降低对绝缘材料的性能要求，减小开发特高压用绝缘材料的技术难度。