本文是国家自然科学基金面上项目“矿用高压电缆绝缘故障机理及其寿命评估方法研究”（项目编号：51377113）的主体内容。人工合成乙丙橡胶以其优异的介电性能和耐候特性被广泛用作中高压电缆的绝缘材料，如使用在欧美等国家的城市地下电缆和海底电缆绝缘，以及我国的煤矿井下供电电缆和船用电缆绝缘。然而，一方面，长期运行下，受温度影响乙丙橡胶绝缘材料将发生物理和化学变化，形成明显的老化，并造成其介电性能变化；另一方面，在生产和安装过程中，乙丙橡胶电缆绝缘中不可避免地会产生一些缺陷，在电场作用下引发气隙放电和沿面放电，进而造成绝缘材料发生不可逆转的劣化，使电缆绝缘性能永久性失效。因此，关于外因引起的乙丙橡胶绝缘介电性能变化，以及内部缺陷造成的乙丙橡胶绝缘劣化机理的研究逐渐受到人们的重视，也对诊断乙丙橡胶电缆故障和评估电缆寿命具有很强的针对性和重要的现实意义。针对乙丙橡胶作为电缆绝缘存在的以上问题，本文以矿用乙丙橡胶电缆用绝缘作为研究对象，理论、仿真和试验相结合，对乙丙橡胶绝缘材料的介电性能、乙丙橡胶绝缘中的气隙放电现象及乙丙橡胶的沿面放电和表面击穿现象进行了深入研究，具体研究内容如下：介电性能是绝缘材料最基本的特性，研究介电性能有利于从微观机制上揭示绝缘材料的宏观介电性能。本文首先制作了乙丙橡胶试样，采用宽频介电谱分析仪测量了乙丙橡胶的介电频谱和介电温谱，研究了复介电常数、复电导率、介质损耗因数和复介电模量随频率和温度的变化特性，提取并分析了温度、德拜弛豫时间、两个频谱轮廓参数和光频及静态介电模量等特征量，计算了乙丙橡胶的活化能。试验发现乙丙橡胶的相对介电常数、介质损耗因数和电导率均与温度和频率相关。乙丙橡胶介电模量频谱中可以观察到明显的介电弛豫现象，该极化满足DEBYE方程。然后，试验测试了室温到200°C乙丙橡胶的短时介电强度，发现乙丙橡胶的介电强度与温度相关，下降速率约为33(V/mm)/°C。对比分析了不同加速热老化试验后乙丙橡胶的介电强度和介电频谱，发现140°C以下的热老化不会对乙丙橡胶的介电性能产生明显影响。乙丙橡胶介电性能的研究结果对理解各种条件下乙丙橡胶的性质，合理利用和改进其电气性能具有重要意义。气隙是引起绝缘中局部放电，造成绝缘老化的主要原因之一，研究气隙放电的形成、发展和变化过程，对于理解乙丙橡胶绝缘电老化具有重要意义。因此，本文从理论上分析了绝缘中气隙的类型及尺寸与电场强度和气隙放电起始放电电压的关系，对局部放电前后气隙及乙丙橡胶绝缘中的电场强度分布及空间电荷分布进行了仿真，发现绝缘材料中气隙内部的电场强度分布与气隙的形状和尺寸以及绝缘材料的介电常数相关，气隙内局部放电与气隙中的电场及空间电荷分布密切相关。此外，制作了含不同尺寸气隙缺陷的乙丙橡胶试样，试验测试并分析了不同温度下气隙中发生的局部放电特性，计算了气隙放电的起始放电量，分析了气隙放电机理，探讨了温度对气隙放电特性的影响，结合仿真计算了放电发生前后气隙内部电场强度变化曲线，证实计算和仿真结果与试验结果相吻合，并发现气隙引起的局部放电分布、放电量、放电统计特征与气隙尺寸、位置、环境温度以及外施电场强度密切相关。气隙放电研究结果为诊断乙丙橡胶中缺陷类型，评估电缆寿命提供了理论和实验支持。沿面放电是造成绝缘老化的另外一个主要原因，其会产生较大的脉冲过电压，并伴有高温，造成绝缘和电气设备损坏。本文仿真分析了板板电极、针板电极和棒环电极结构引起的乙丙橡胶表面电场和空间电荷分布变化特性，分别试验测试了三种电极结构下乙丙橡胶的表面击穿电压和击穿电场强度，研究了三种电极结构下发生在乙丙橡胶表面的沿面放电起始电压和放电分布特性，发现空间电荷易于积聚在电极边缘，并引发电极边缘首先放电。同时，乙丙橡胶表面的沿面放电表现出明显的极性效应，即负极性电压的沿面放电起始电压低于正极性或交流电压，沿面击穿电压高于正极性或交流电压；不同电极结构下的沿面放电过程及放电电压波形略有差异，与电极间距和外施电场强度相关。沿面放电研究结果揭示了乙丙橡胶表面形成放电的原因及其发展过程，对抑制乙丙橡胶电缆接头处沿面放电和改善其电场分布具有重要意义。