随着中国电网建设的发展,对高压电缆的需求量不断增加,且对其运行可靠性提出了更高要求。目前,国内外500kV及以下高压、超高压电缆主要采用交联聚乙烯绝缘,长期的运行及使用经验表明,电树枝老化是引起高压电缆交联聚乙烯绝缘性能劣化直至破坏的主要因素之一。高压电缆绝缘内电树枝产生的根源包括绝缘结构内杂质、微孔和半导电屏蔽层缺陷引起的电场集中,高压电极注入电子,厚绝缘所带来的材料不合理聚集态及残余应力等。有“智能绝缘材料”之称的非线性绝缘材料具有独特的电导特性,其电导率随电场强度的增加而增大,具有自行均化电场分布的能力。将非线性绝缘材料应用于高压电缆绝缘中,将有助于抑制电树枝的产生及发展、提高电缆绝缘击穿强度和减薄电缆绝缘层厚度。本文通过共混法制备了低密度聚乙烯/无机填料(纳米炭化硅、炭纳米管、炭黑)非线性绝缘材料,并用低密度聚乙烯和非线性绝缘材料压制了三层复合试样,测试了各试样的介电性能,研究了非线性屏障层对电树枝的阻挡作用。研究结果表明,纳米碳化硅掺量的增加可提高非线性材料的电导率及非线性系数,添加非线性屏障层可有效提高多层复合材料的击穿强度,且不同的非线性屏障层对多层复合材料的介电常数和损耗有很大的影响,非线性屏障层对电树枝有明显的抑制作用。本文设计了两种新型结构高压电缆(绝缘两侧添加非线性屏障层和绝缘中间添加非线性屏障层),利用COMSOL Multiphysics对电缆中的电场分布进行了仿真分析。仿真结果表明:绝缘两侧添加的非线性屏障层能有效均化电缆绝缘表面缺陷处的电场分布,抑制绝缘表面电树枝的引发;绝缘中间添加的非线性屏障层对电缆绝缘中电树枝的生长具有阻挡作用,能有效抑制电树枝的发展。