体积小，便于现场试验，但是在施压过程中积累的空间电荷在短路过程中的快速释放会导致电缆的损伤而逐渐为运维人员所摈弃；（2）工频耐压虽然更接近电缆运行的工作状态，但是受被试品容量的限制，而无法现场实施大容量高等级电缆的试验；（3）超低频试验设备体积小，电缆承受的交变电场作用，不存在空间电荷积累。在超低频耐压的同时，还可以进行超低频介质损耗的测量，甚至在多数场合，测量0.1Hz下的介质损耗角正切（tanδ）更能够反映电缆的老化程度，因此这种方法目前逐步在电缆运维中得以应用。
P. Werelius在高压介电谱诊断中压交联聚乙烯绝缘电缆的发展和应用中研究了超低频介质损耗角正切（tanδ）与电缆的冲击击穿场强的关系，如图15所示【9】。从图中可以看出，冲击击穿场强与0.1Hz下的tanδ下的具有良好的相关性。
图15冲击击穿电压/电缆额定相电压与0.1Hz下tanδ之间的关系
J. C. Hernández-Mejía等研究了中压交联聚乙烯绝缘电缆在低频下的Tanδ与击穿特性的相关性【10】。图16是现场老化电缆的超低频击穿特性。从图中可以发现，击穿概率均分布于单一直线上，即超低频下的击穿电压符合标准的威布尔分布，说明采用超低频击穿电压能够作为电缆绝缘老化的评估参数，并且与标准IEEE 400.2一致。
图16 现场老化电缆样品的VLF击穿特性
3.2.3介电谱方法
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电缆中如果存在各种性质的缺陷和陷阱，在电场作用下，电荷会在陷阱或者缺陷位置发生入陷和脱陷，这种过程可以看做电荷的松弛过程。通过时域或者频域的介电谱测量，可以反映XLPE甚至油纸绝缘中的各种缺陷或者陷阱引起的松弛效应。由于频域测量技术在高频高压信号源上的限制，实际应用中可以采用时域介电谱的方法进行诊断。瑞典的Anders Helgeson【11】采用如图17（a）所示为测量系统的示意图进行时域松弛电流的测量，图17（b）为3kV油纸绝缘和XLPE绝缘电缆的时域极化和去极化电流测量结果。图18是XLPE绝缘电缆和油纸绝缘电缆根据去极化电流计算得到的介质损耗和介电常数的信息。从图中可以发现，采用时域介电谱能够测量不同类型电缆的介质损耗和介电常数，并且测量设备相对简单。
(b) XLPE和油纸绝缘电缆时域下极化和去极化电流
(a)等温松弛电流法时域介电谱测试系统
图17 时域介电谱测量方法及测量结果
（a）油纸绝缘电缆 （b）XLPE绝缘电缆
图18 根据去极化电流计算得到的介质损耗和介电常数
3.2.4 等温松弛电流法
等温松弛电流法实际上是时域的去极化电流的直接分析法。最早是由Simmons J G在1973年提出的一个关于绝缘和半导体中陷阱能级分布的表征方法，其要点是假设测试环境温度不发生变化，则入陷于陷阱中的电荷在短路过程中，将发生脱陷，而脱陷的时间则与陷阱深度相关，而脱陷的电流的大小则反映了某能级（对应某脱陷所需时间）的陷阱密度。由于该技术直接建立了陷阱能级密度与等温松弛电流的关系，且物理关系明确，所以自提出方法以来，在绝缘和半导体中得到大力的发展，尤其是由于半导体的结构规则，因此陷阱的物理和化学性质十分明确，采用该技术可以非常便捷地了解半导体在掺杂过程中形成的陷阱的分布情况。1985年Ne?p?rek S和Schauer F.等从技术层面对影响测量结果的因素进行了详细的研究，并且给出了模型的简化计算方法，用于半导体掺杂后缺陷能级密度的评估技术。1989年杨百屯博士在其博士论文中详细研究了固体介质中陷阱参数的等温松弛电流理论及应用的研究，在论文中对等温松弛电流理论进行了详细的理论分析，首次获得了陷阱捕获截面分布规律及其与陷阱初始占据率、电场和温度的关系。基于固体介质在电场注入载流子下形成的空间电荷位置分布形式，提出了用表面电位技术分开电子性和空穴性陷阱的实验方法，从而得到单载流子陷阱信息，扩展了等温松弛电流理论。德国的Kranz H G.等在1994年提出了采用等温松弛电流法评估电力电缆绝缘的老化状况，由此开始了XLPE绝缘电力电缆等温松弛电流法评估技术，而1997 Kranz H G.等，对敷设在地下的XLPE电缆的老化状态进行了现场测量，Birkner P.等在2004年对等温松弛电流法评估XLPE绝缘电力的现场试验方法进行了总结，同时原德国塞巴公司将其开发成一种可以用于工程应用的测试系统，该测试系统既包含了硬件系统，同时也包含了数据分析系统以及用于识别和诊断的数据库。2007年Oyegoke B S等则将该方法用于XLPE电力电缆的状态评估。在国内，几乎在差不多同时，国内上海交通大学尹毅课题组首先将该方法用于江苏省电力科学研究院10kV现役电缆升压到20kV的可行性研究以及与河北省电力科学研究院进行了等温松弛电流法在现场状态评估的应用技术研究；上海电缆研究所将其拓展应用于高压电缆老化状态的评估中；至此开始了等温松弛电流法在国内的研究与应用。
等温松弛电流法的测试原理如图19所示，测量时首先将开关打到直流电源侧，即在电缆的线芯和金属屏蔽层之间施加一个直流电压，极化一定时间；随后将开关合向RE，通过RE对电缆绝缘短路10s，消除在极化时电缆内外屏蔽层产生的自由电荷；随后再将开关合向RM，即对电缆绝缘进行短路电流测量。测得的等温松弛电流可以如式（7）所示。
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?tI(t)?I0??ai?ei?1?i （7）
图 19 等温松弛电流法测试原理图
图20 电缆等温松弛电流测量回路的等效电路图
如图20所示为电缆等温松弛电流测量回路的等效电路图，其中，RISL与ROSL分别为电缆的内外半导电屏蔽层的单位体积电阻，在计算过程中可以忽略；RK与UK分别为电缆绝缘的单位长度电阻与电容；R与L为电缆导体单位长度电阻与电感；RE为放电限流电阻；RM为测量保护电阻。通过对图20中方框圈出的部分计算可得出绝缘老化对所测电流的影响，其中有三对电阻和电容分别对应着三种极化过程（CD1, RD1：对应于主体极化；CD2,，RD2：对应于无定形与晶体界面的影响；CD3, RD3：对应于由于老化造成的缺陷与电缆绝缘
形成的界面，这些缺陷包括金属盐、水合离子、导电炭黑等颗粒的影响）。可用三阶指数衰减函数对等温松弛电流谱进行拟合，如式(7)所示，其中的参数ai和τi与电介质材料的特性有关，ai反映了陷阱的密度，τi（=RDiCDi）反映了陷阱的深度，I0表明了电缆最终达到平衡时的稳态值。时间常数τ
3对应着老化造成的界面中新增缺陷的影响，即反映了电缆在运
行过程中产生的缺陷随着电缆运行年限的增加，与之相关的参数会随着老化程度的加剧而变大，而时间常数τ
2对应于无定形晶体界面的影响，在老化的过程中，与之相关的参数基
2和τ3时的去极化电流来计算老化因子
本不变。所以实践中常用时间常数τA，即：
(8)
基于公式（8）计算的老化因子可以和电缆的残余击穿电压关联起来，对电缆的绝缘状态进行系统的评估，表1~表3分别为德国、韩国和澳大利亚基于本国电缆的统计分析后发布的等温松弛电流法评估标准。
表1 德国标准 电缆绝缘状态 残余击穿电压 非常好 中年 老年 严重劣化 11～25U0 8～11U0 7～8U0 3～7U0 老化因子A <1.75 1.75～1.90 1.90～2.10 >2.10 表2 韩国标准 电缆绝缘状态 残余击穿电压 老化因子A 非常好 13 U0 1.5～1.72 12 U0 1.8～1.968 中年 11 U0 1.73～1.9 10 U0 1.8～2.1 老年 9 U0 2.1～2.35 8 U0 2.2 7 U0 2.3～2.37 严重劣化 6 U0 3.07 表3 澳大利亚标准 电缆绝缘状态 残余击穿电压 老化因子A 好 7 U0 <1.5 老化 4.5 U0-7 U0 1.5～2.5 严重劣化 3.5 U0-4.5 U0 2.5～3.0 3.2.5 多种方法联合评估
从上述的来看，电缆绝缘状态评估的原理有所差异，而导致电缆故障或缺陷的原因很
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