硅橡膠合成絕緣子優(yōu)良性分析

摘要：絕緣子是支承或懸掛導(dǎo)線或電氣設(shè)備帶電部分絕緣體。隨容量、電壓提高，對(duì)絕緣子的要求越來越高。百年的瓷絕緣子終將退出歷史的舞臺(tái)，有機(jī)高分子合成新型絕緣材料的出現(xiàn)，為制造高壓電氣設(shè)備提出廣闊的前途。 合成絕緣子是一種節(jié)能產(chǎn)品，與瓷絕緣子比較，合成絕緣子的缺點(diǎn)是造價(jià)較高，但隨電壓等級(jí)的升高兩者價(jià)格會(huì)逐漸接近，合成絕緣子經(jīng)濟(jì)效益是無法估計(jì)的。

關(guān)鍵詞：絕緣子；硅橡膠合成絕緣子

[中圖分類號(hào)]：TQ333.93 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]：A

[文章編號(hào)]：1002-2139(2012)-12-0244-02

硅橡膠合成絕緣子優(yōu)良性分析

硅橡膠材料具有良好的耐污閃性、機(jī)械性、硅橡膠憎水性及憎水遷移性和抗老化性能等特性。本文只對(duì)硅橡膠絕緣子憎水性及憎水遷移性進(jìn)行重點(diǎn)研究。

1.1、硅橡膠憎水性、憎水遷移性及憎水性使用壽命。

1.1.1、硅橡膠材料的性質(zhì)

硅橡膠作為合成絕緣子外部絕緣的主要材料，硅橡膠具有強(qiáng)憎水性及憎水性遷移性和憎水恢復(fù)的特點(diǎn)，與其分子結(jié)構(gòu)有密切的關(guān)系。由于分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使其具有熱氧化物穩(wěn)定性、耐臭氧、耐氣侯、電氣性能。

1.1.2、硅橡膠的憎水性

絕緣子是否能夠耐受系統(tǒng)電壓主要于水分和污穢是否在絕緣子表面形成導(dǎo)電通道（或水份能否侵入到絕緣子內(nèi)部破壞內(nèi)部絕緣）。硅橡膠充當(dāng)絕緣子外部絕緣材料，所謂憎水性是指絕緣子表面不易受潮，吸附的水分以不連續(xù)的孤立小水珠的形成存在，不形成連續(xù)水膜，從而限制表面泄露電流，提高閃絡(luò)電壓。這種性質(zhì)的材料不僅可以保護(hù)絕緣子內(nèi)部不被水解擊穿，同時(shí)保證外部絕緣的良好。環(huán)氧樹脂、聚四氟乙烯、乙丙橡膠和硅橡膠等材料擁有憎水性，但硅橡膠是幾種傘套材料中運(yùn)行效果最好的。

以瓷式與硅橡膠絕緣子進(jìn)行實(shí)驗(yàn)表明，瓷式絕緣子表面為親水性，而硅橡膠表面則是憎水性。在硅橡膠進(jìn)行實(shí)驗(yàn)過程中噴落在硅橡膠表面的水份呈現(xiàn)出不連續(xù)的小水滴，并在傾斜是水滴掉落且在硅橡膠表面而沒有水膜，這一點(diǎn)充分表明硅橡膠的憎水性。

1.1.3、硅橡膠的憎水遷移性

憎水遷移性是硅橡膠獨(dú)有的特性，使之在電力行業(yè)絕緣子獨(dú)占熬頭。對(duì)硅橡膠的憎水性遷移性大致有兩種說法：一種是大分子鏈理論，另一種是小分子理論。對(duì)這兩種說法都有各自不同的見解。通過以下實(shí)驗(yàn)證明硅橡膠憎水遷移性的機(jī)理。

實(shí)驗(yàn)1：在一塊硅橡膠板上涂一層干燥的硅藻土污層，該污層鹽密為0，灰密為2㎎/㎝2 再將硅橡膠板置于20℃的環(huán)境中，當(dāng)環(huán)境相對(duì)濕度為95℅時(shí)僅經(jīng)過四小時(shí)污層就具有強(qiáng)憎水性，水滴的靜態(tài)接觸角達(dá)110℃-120℃，而當(dāng)相對(duì)濕度為50%時(shí)，經(jīng)過12小時(shí)，污層才能達(dá)到相對(duì)的憎水性水平。

憎水性小分子聚合物具有揮發(fā)性，在高濕度條件下，只需要較短是時(shí)間，硅藻土污層就是可以獲得較高的憎水性。

實(shí)驗(yàn)2：在玻璃容器底部涂以硅藻土污層，無污層鹽密度為0，灰密度為2㎎/㎝2，再將一個(gè)硅橡膠圈放置在容器底部，然后將容器放置在100℃的環(huán)境中。當(dāng)容器加蓋時(shí)，僅經(jīng)過三天，整個(gè)污層就具有高憎水性0：當(dāng)容器敞開時(shí)經(jīng)過20天除鄰近的硅橡膠圈的一片5mm寬的環(huán)污層具有憎水性外，中間大部分污層完全無憎水性。又將未加蓋的容器于50℃的環(huán)境中，在室溫下（約25℃），放置了三十天，污層憎水性未見增強(qiáng)。

由于小分子聚合物具有揮發(fā)性，在敞開的容器中從硅谷橡膠本體中揮發(fā)出來的小分子聚合物大部分進(jìn)入了空間，留在容器中的較少，被污層吸附的更少，因此污層難以獲得憎水性。在加蓋的容器中從硅橡膠本體揮發(fā)出的小分子聚合物全部留在容器內(nèi)，因此有較多的小分子聚合物被灰塵吸附，使灰塵在短時(shí)間內(nèi)獲得憎水性。

實(shí)驗(yàn)3：將環(huán)氧板一置于容器外，環(huán)氧板二置于容器內(nèi)，用幾根細(xì)鐵條支撐并連接板一板二幾容器，其尺寸為：容量20×12CM×6CM；板一及板二16CM×7CM；容量口直徑為15CM。在板一板二的上下表面均涂以硅藻土污層，污層鹽密為0，灰密為2㎎/㎏2。又在容器底部放置一塊硅橡膠板，然后將容器置于100℃的環(huán)境中。經(jīng)過3天，板二下表面的污層具有強(qiáng)憎水性，接觸角達(dá)100℃-120℃，板二上表面的污層具有較弱的憎水性(滴在上面的水滴經(jīng)5-10s滲入污層)板一的污層完全無憎水性，即污層獲得憎水性次序?yàn)椋喊宥卤韺?，板二上表層，板一?/p>

如果憎水性小分子聚合物沿面遷移，既沿圖中虛線遷移，則污層獲得憎水性的先后次序?yàn)椋喊逡?，板二上表面。但?shí)際測(cè)得的次序恰好相反?？梢?，憎水性小分子聚合物是揮發(fā)性的，揮發(fā)途徑沿圖中實(shí)線所示。

實(shí)驗(yàn)4：選用不同廠家的兩種RTV材料和1種HTV材料，分別記為RTV1、RTV2、和HTV。每種材料為1組，每組都由5個(gè)試品組成，試品均為7CM、厚3CM 的圓盤。實(shí)驗(yàn)前，先將試品放入50℃的真空室中進(jìn)行干燥，從真空室取出后，在室溫下放置3天，然后，確定其初始重量（使用精度為0.1MG的電子秤）。為能較準(zhǔn)確的確定試品中的LMW含量，對(duì)每組試品做如下4次循環(huán)。每一個(gè)循環(huán)包括：（1）、在1L CH2CL2溶液中浸泡4天；（2）取出后，室溫下放置3天；（3）確定重量。試品在1L CH2CL2溶液中浸泡4天，其中大部分LMW含量將脫離試品進(jìn)入CH2CL2溶液。將試品取出后，在室溫下放置3天，目的是使浸入試品中的CH2CL2能全部蒸發(fā)。本文采用兩種方法確定3組材料中LMW含量。第一種是試品重量差法：試品浸入CH2CL2前的重量與取出后在室溫下放置3天后的重量差即為L(zhǎng)MW含量；第二種是蒸餾法：試品取出后將含有LMW 的CH2CL2溶液蒸餾，CH2CL2將被蒸發(fā)，殘留物的重量是LMW和1LCH2CL2溶液所含雜重量之和，該雜質(zhì)重量可通過蒸餾等容量的CH2CL2溶液所含雜質(zhì)重量減去雜質(zhì)的重量來確定LMW重量。

采用重量差法和蒸餾法測(cè)量硅橡膠中的LMW含量，結(jié)果一致的，每個(gè)循環(huán)的最大誤差約為試品的0.04%總含量的最大誤差約為試品的0.1 %。由實(shí)驗(yàn)可知LMW含量比硅橡膠中實(shí)際的LMW含量偏低一些。

實(shí)驗(yàn)5：1）新、舊試品的憎水性遷移實(shí)驗(yàn)：“舊”試品是用CH2CL2溶液提取試品重量4.5%的LMW后的試品，將采用人工污穢層（SIO2）細(xì)砂，粒平均直徑為16厘米，砂層厚度為 0.5㎜）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：新、舊兩種試品，在人工污穢后馬上將來 30ul 水滴滴到試品上，馬上消失，即為親水性；新試品在24h后，滴上 30ul 水滴，達(dá)到半憎水性，74h后可以完全達(dá)到憎水性；而“舊”試品直到50h后才達(dá)到直到半憎水性， 260h 后依然為半憎性。（2）RTV、HTV的憎水性遷移性實(shí)驗(yàn)：盡管RTV比HTV 中的LMW含量多一倍以上，實(shí)驗(yàn)表明，兩者達(dá)到完全憎水性所需要的時(shí)間相差無幾。用上述實(shí)驗(yàn)方法，得知LSR比RTV 中的LMW含量少，但憎水遷移比RTV快得多，只需求24H可達(dá)到憎水性狀態(tài)。

結(jié)論：（1）、硅橡膠的憎水遷移性速度的快慢與周圍環(huán)境濕度和溫度有很大關(guān)系，與污層的成份也有直接關(guān)系。（2）、硅橡膠的憎水遷移性主要是以憎水性分子聚合物揮發(fā)全途徑使絕緣子表面污層獲得憎水性，也可能含水大分子。（3）、不同硫化的硅橡膠中LMW含量也不同。（4）、對(duì)相同材料，LMW含量高，則憎水遷移性速度快，效果好。（5）、不同材料，LMW含量不能是決定憎水性遷移性的，只唯一標(biāo)準(zhǔn)。

1.1.4、硅橡膠絕緣子使命壽命

合成絕緣子的運(yùn)行期間，硅橡膠材料中材料的憎水性物質(zhì)在不斷喪失，因此硅橡膠合成絕緣子存在老化問題，其使用壽命通過清華大學(xué)的實(shí)驗(yàn)可以了解到使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于17年。

經(jīng)過17年實(shí)際運(yùn)行的老化試驗(yàn)，硅橡膠表面現(xiàn)象面獲得憎水性的速度有所減慢，合成絕緣子的憎水性老化是一個(gè)十分緩慢的過程從憎水性的角度講，合成絕緣子使用壽命遠(yuǎn)大于17年。

結(jié)論：硅橡膠合成絕緣子中的憎水性小分一聚合物的揮發(fā)性說明合成絕緣的老化問量題，通過加速老化實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了這種憎水性老化過程十分緩慢，對(duì)合成絕緣子的安全運(yùn)行不構(gòu)成威脅。

參考文獻(xiàn)：

[1]、周澤存主編、高電壓技術(shù) 北京：水利電力出版社 1988

[2]、劉子玉、劉其永 電力絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 上下冊(cè) 機(jī)械工業(yè)出版社 1981