摘 要：为研究交、直流电缆料绝缘特性的差异及其相关机理，对比测试了不同温度下交、直流电缆料的空间电荷和介电性能等主要绝缘特性，并通过红外光谱分析了造成差异的机理。研究结果表明：相比较交流电缆料，直流电缆料的空间电荷性能更优异、直流场下的击穿分散性更小但短时击穿场强稍低、杂质离子电导更少；红外光谱分析发现交、直流电缆料中羰基含量不同，而羰基含量表征了主链的完整程度和极性基团的含量，因此认为交直、流电缆料主链的完整程度和极性基团的含量是影响其绝缘性能差异的主要原因。
关键词：电缆；温度；空间电荷；介电性能；电声脉冲法；红外光谱
高压直流(HVDC)输电系统具有输送容量和距离不受限制，可实现电网非同期互联，系统稳定性高，调节速度快，线路造价低，电能损耗小等优势，被广泛用于长距离、大容量输电线路和区域电网间的互联线路。随着中国电力系统的发展，高压直流输电的优越性日益突出。然而中国对高压直流输电的应用还不够成熟，与国外发达国家相比，还有一定的差距。
早在 1978 年，日本在设计北海道至本州岛的海底电缆时发现，将直流电压施加在电缆上并持续一段时间之后，相反极性的击穿场强会大幅下降，因此这条线路改用油纸绝缘电缆，直流电缆中存在的空间电荷被认为是造成电缆损坏的主要原因。空间电荷是指绝缘体或半导体中局部区域，异质相间和电极−介质界面处存在的净的正电荷或负电荷。空间电荷的存在、转移和消失会直接导致电介质内部电场畸变。基于其对电场的畸变的作用，空间电荷对绝缘材料的电导、击穿、老化等各方的电性能都有明显的影响。近 30 年来，聚合物材料中空间电荷分布的研究引起了全世界广大学者的关注。测量空间电荷的方法有很多种，例如：热脉冲法、激光调制脉绝缘介质中的空间电荷问题已经成为电力电缆向高电场发展的一个重要的制约因素。研究空间电荷对于电介质的破坏机理对于高压电力电缆有着十分重要的意义。虽然目前欧洲和日本都宣称开发了用于高压直流电缆的电缆料，但仅有欧洲的一些电缆料供应商开始对外供应商业化的高压直流电缆料。目前国内的众多直流电缆工程所使用的电缆也将采用欧洲生产的直流电缆料，但国内的电缆厂家和用户目前仅有交流电缆的生产和使用经验，因此探索分析同规格的直流和交流交联聚乙烯电缆料绝缘特性差别及其机理，对于我国高压直流电缆的发展具有理论意义和工程价值。
由前面的击穿结果可知，交、直流电缆料薄膜在交流电场下的击穿场强相近，而在直流电场下，交流电缆料薄膜的击穿场强稍高于直流电缆料薄膜的击穿场强，需要注意的是由于试验所得的是短时击穿场强，因此试验结果并不能说明交流电缆料在直流场下比直流料更好或者具有更好的耐老化性能。在相同的热压、交联条件下制出的薄膜试样却有着不同的直流击穿场强，这种差异主要源自于电缆料的差异。
交直流电缆短时击穿场强差异的原因为：交流电缆料由于主链不是很完整，因此试样里存在更多的陷阱(由红外光谱结果和前文分析可知)，飞鹤线缆电极注入的空间电荷一部分会被陷阱捕获而积聚下来(由10~30 ℃时交流电缆料试样空间电荷结果可知)，材料中能有效参与到碰撞电离的电子变少，因此碰撞电离的过程变得更加困难，所以交流电缆料试样具有更高的短时直流击穿场强。
由击穿场强 Weibull 分布图的线性拟合可以看出，直流击穿的形状参数大于交流击穿，表明直流击穿试验的分散性小，击穿电压范围小。而相同的试验电压下，交流料的形状参数大于直流料。