复合绝缘子弱憎水性状态描述方法Ⅲ——液滴面积法的适用性

寻求合适的方法及参数来描述染污复合绝缘子的弱憎水性状态,对弱憎水性状态给出明确的定义,并对当前已有的7个憎水等级进一步细化。通过10μL靛蓝溶液在染污高温硫化硅橡胶试片表面的垂直投影面积,来反映污层的憎水性状况,并尝试将液滴面积与染污绝缘芯棒的污闪电压建立联系,以揭示弱憎水性阶段憎水性能改变对绝缘子污闪特性的影响。结合液滴在污层表面的形态以及试品的污闪特性,在人工污秽试验的基础上将当前憎水等级HC7进一步细化为四个阶段,分别是HC7A、HC7B、HC7C及HC7D。比较液滴面积、液滴接触角以及喷水分级试验结果,将新憎水等级HC7B定义为弱憎水性状态。试验研究认为:液滴面积法弥补了液滴接触角法在染污试品呈弱憎水性状态下的不足,可以用于弱憎水性阶段的憎水特性研究;而憎水性较强时,面积法对憎水性的辨识能力有限,选用接触角法更适合此阶段的研究。     

染污硅橡胶在不同憎水性时的污闪特性

研究了硅橡胶平板模型在不同憎水性条件下的污闪特性。试品以定量涂刷的方式染污,通过控制迁移时间,使固体污层获取不同程度的憎水性能。以污层表面的液滴面积最大值来代表污层的憎水性强度,分析污层憎水性能对平板模型的污闪电压、污层电导以及电弧发展过程的影响。随着污层憎水性能的改善,试品污闪电压逐步上升。污闪电压与液滴面积最大值存在关联,但两者间的分散性随污层憎水性能的改善而增加。污层表面水珠形态对电弧发展过程有重要影响,当污层表面水珠能形成连续水膜时,电弧通道集中且污闪电压低;当污层表面水珠呈离散分布时,放电区域分散且污闪电压高。根据污闪试验结果以及不同憎水性强度污层表面的液滴形态,将亲水性表面HC7细分为HC7A、HC7B、HC7C和HC7D四种状态。HC7B状态下,污层憎水性能虽然很微弱,但相对污层完全没有憎水性的情形(HC7C和HC7D),试品的污闪电压有明显的上升。因此,依据HC7B状态下的污闪电压设计复合绝缘子结构,可以在保证绝缘子安全裕度的同时,优化绝缘子的结构高度。     

HTV硅橡胶用不同高岭土染污后的憎水迁移特性对比

复合绝缘子人工污秽试验中,惰性物质的特性对染污试品的憎水性迁移特性影响显著,选用合适的惰性物质,对完善人工污秽试验方法,增强试验结果的对比性有显著意义。为此,选用3类高岭土作为惰性物质,对比研究了染污高温硫化硅橡胶(HTV)的憎水性迁移过程。针对3类高岭土染污试品憎水性迁移特性差异,通过扫描电镜、热重分析以及傅里叶变换红外光谱分析,对3类高岭土的微观形态及官能团进行了分析。试验结果表明:污层获取憎水性的能力由好至差分别是分析纯高岭土、化学纯高岭土及工业原料高岭土;高岭土对高温硫化硅橡胶憎水性迁移过程的影响,与其自身的微观特性有密切联系;目前市场上所提供的分析纯高岭土及化学纯高岭土,很有可能是高岭土热活化后的产物—偏高岭土。该研究结果对于复合绝缘子人工污秽试验惰性物质的选取有参考意义,相关结论可用于辅助分析染污硅橡胶憎水性迁移特性。     

憎水性材料表面液滴面积分析方法

液滴面积是表征材料表面憎水性的有效方法,因而介绍了适用于复合绝缘材料污层憎水性能状态描述的液滴面积测量软件开发流程,着重阐述了图像识别液滴形态各个关键环节的核心算法。软件开发的图像处理环节采用拉普拉斯高斯算子,先以高斯低通滤波器平滑处理图像信号,再以拉普拉斯算子高通滤波实现目标对象边界提取。依据人工污秽试验特点,合理设置灰度阈值等手段,将液滴图像与背景图像实现分离。并在此基础上开展了复合绝缘子人工污秽试验研究,以液滴面积最大值代表污层的憎水性能。研究表明使用LOG算子,并结合靛蓝液滴,可以有效提高液滴面积法在污层憎水性能状态描述中的精度,并可应用于复合绝缘子人工污秽试验中憎水性的精细化分析。     

染污复合绝缘子受潮过程中特征量K_(h10)理论分析

特征量Kh用于描述复合绝缘子受潮期间的污层状态,研究了其物理意义。针对污层表面局部放电现象,提出了相应的电路模型,并结合试品受潮期间的干区形成过程,进一步探讨了电路模型的正确性。分析认为:Kh的理论值等于污层剩余电阻与总电阻之比,干区电阻越小,污层表面放电越微弱,Kh值越大。Kh值变化与污层表面局部放电相对应,间歇性放电造成Kh值频繁波动,要评价污层受潮状态,需对Kh数据进行特殊处理。通过提取周期T内10个最小的Kh值,得到平均值K_(h10),可用于研究染污复合绝缘子的受潮过程。研究发现:试品闪络电压与污秽度、污秽成分、憎水性、受潮程度等多因素有关,特征量K_(h10)表征了试品受潮期间的综合表面状态,对于污秽度、污秽成分、憎水性能、受潮方式均不同的染污试品,只要闪络试验前的K_(h10)值趋同,闪络电压也接近,由此表明特征量K_(h10)对于复合绝缘子人工污秽试验具有良好的适用性。     

等离子体射流对染污高温硫化硅橡胶憎水特性的影响

为研究改善染污高温硫化硅橡胶(HTV)憎水性的方法,采用大气压下的介质阻挡放电(DBD)产生低温等离子体射流,对高岭土染污后的HTV试片表面进行处理。在不同处理时间、盐密及灰密情况下,测量了染污高温硫化硅橡胶表面的接触角,研究其随时间的变化情况。研究发现:染污高温硫化硅橡胶表面在经过较短时间的低温等离子体射流处理之后,其憎水性得到了明显改善,接触角100°;并且随着迁移时间的增加,其憎水迁移速度明显加快,迁移5 h后接触角即110°。在重污秽情况下,随着处理时间的增加,其憎水性也得到相应改善,但效果并不理想,接触角普遍35°。通过对照试验及扫描电镜(SEM)成像可以得到该现象产生的原因是射流等离子体与HTV相互作用,加速了HTV憎水迁移过程导致的。     

高电导率雾对复合绝缘子憎水性的影响

沿海地区的海雾以及城市工业区的浓雾,其雾水的电导率高,会导致绝缘子快速积污,并可能对复合绝缘子憎水性能产生影响,研究了高电导率雾环境下染污硅橡胶表面的憎水性能变化过程。利用超声波雾发生装置来产生高电导率雾,在小雾室内使染污的硅橡胶试片受潮,采用静态接触角法测量染污试片表面的憎水性在受潮前后的变化。试验发现,在高电导率雾中受潮会导致染污硅橡胶试片表面的憎水性下降。受潮结束后,污层表面的憎水性恢复情况和污秽物中的不溶物成分有关;污秽中可溶盐成分与不溶物成分的比值越高,对憎水性恢复越不利;此外,环境湿度越高,越不利于憎水性恢复。分析认为,高电导率雾导致硅橡胶表面污层的盐密值增加,增强了污层的吸水能力,是染污硅橡胶表面憎水性下降的原因。     

复合绝缘子弱憎水性状态描述方法Ⅱ——喷水分级法的不确定性

主要探讨人工污秽试验中,通过喷水分级法来判断污层表面憎水性状态的可行性。在研究高温硫化硅橡胶试片表面污层憎水性能变化过程中,尝试将液滴静态接触角法与喷水分级法建立联系。试验中发现:喷水分级使污层湿润的过程中,改变了人工污层表面原始形态,影响污层表面憎水性能,随着喷水分级试验组数增加,试片表面憎水性能逐步发生了改变;且在试片表面污层憎水性能较弱时,存在着沿污层厚度憎水性不均匀分布的问题;此外,喷水分级过程中,液滴与污层碰撞时的初始速度会影响到喷水分级结果,从而使得喷水分级法对于憎水性的判断呈现出不确定性。本文研究认为:喷水分级法不适用于人工污秽试验相关憎水性能研究,液滴静态接触角与人工污层憎水等级(HC)之间整体关联较弱,针对弱憎水性条件下污层憎水性状态描述,需要寻找更合适的新方法来描述污层的憎水性状态。     

环境湿度对硅橡胶材料憎水迁移性的影响

硅橡胶表面憎水性和其特有的憎水迁移特性,是硅橡胶复合绝缘子具有优异耐污闪能力的根本原因。环境湿度对硅橡胶材料的憎水迁移特性有较大影响,进而对复合绝缘子的污闪特性产生很大的影响,为此针对该问题开展了深入研究。利用饱和盐溶液法精确地控制小环境内的相对湿度,并采用静态接触角法测量污层表面的憎水性随迁移时间的变化过程。研究结果表明,在高湿环境下硅橡胶的憎水迁移特性显著变弱;对于IEC标准推荐的2种人工污秽,高岭土的吸湿能力强于硅藻土,环境湿度对表面惰性物质为高岭土时的憎水迁移特性影响较大;污秽中的可溶物质的吸湿性能也对硅橡胶材料的憎水迁移特性有很大影响,污秽中含有糖分和NaCl等盐类,会使硅橡胶的憎水迁移特性明显变差。     

硅藻土特性对复合绝缘子人工污秽试验的影响

复合绝缘子的耐污闪性能主要受硅橡胶材料的憎水性和憎水迁移特性的影响,复合绝缘子人工污秽试验中,不溶污秽的特性对硅橡胶的憎水迁移性有很大的影响,因此在复合绝缘子人工污秽试验中选用合适的不溶污秽对试验结果的可对比性具有至关重要的意义。对6种不同硅藻土在高温硫化硅橡胶(HTV)和室温硫化硅橡胶(RTV)表面进行了憎水迁移性试验,研究了不同硅藻土特性对材料憎水迁移性的影响,并进行了不同污秽类型的电镜扫描和比(BET)表面积、孔隙度的研究。试验结果表明,不同的硅藻土对硅橡胶表面憎水性的迁移速度有很大的影响,且与其微观特性有着比较好的相关性。根据试验结果对人工污秽试验所用硅藻土的特征值进行了推荐。该文的研究结果可以作为分析硅橡胶材料憎水迁移特性的参考,同时也为复合绝缘子人工污秽试验的标准制定提供了一定的依据。     

大气环境对合成绝缘子的憎水性影响分析

通过模拟不同的气候条件,试验分析了大气环境中影响合成绝缘子憎水性的各种因素,结果表明:分离水珠影响了硅橡胶表面的电场分布,局部小电弧导致了硅橡胶表面憎水性能的下降;合成绝缘子的憎水性随污秽层等值盐密的升高而降低,随污秽层附着时间的增长而增强,且酸性物质对合成绝缘子憎水性的影响较碱性物质影响小;低温特别是覆冰条件下,合成绝缘子的憎水性将减弱甚至丧失;随温度的升高,小分子聚合物挥发速度加快,硅橡胶的憎水性能越强,其老化速度加快。     

绝缘子憎水性表面污秽测量方法研究

为了采用局部表面电导率法对绝缘子憎水性表面污秽进行测量,文中在已有局部表面电导率法测量绝缘子亲水性表面污秽的基础上,研究了绝缘子表面污秽憎水性的消除方法,提出了局部表面电导率测量仪结合滴高岭土悬浊液来测量绝缘子憎水性表面污秽的方法。利用该方法对实验室的人工染污试品和实际直流换流站的自然污秽绝缘子憎水性表面的污秽进行了测量研究,研究结果验证了该方法的可行性和准确性。     

染污复合绝缘子受潮过程研究

为了完善复合绝缘子的人工污秽试验方法,研究了染污硅橡胶试品的受潮过程。试品受潮期间监测污层表面泄漏电流,并提取了泄漏电流基波分量,结合试品受潮状态图像,综合分析泄漏电流变化趋势与污层受潮状态的对应关系。试验结果表明:泄漏电流幅值会受到污层表面放电现象的影响,然而泄漏电流基波分量主要取决于污层表面电导率,放电过程对泄漏电流基波分量幅值的影响较小。泄漏电流基波与全波的差异,体现了染污试品表面放电强度,以泄漏电流基波分量与全波的幅值比(以下简称幅值比)来表征污层表面的放电强度。放电强度与污层的受潮程度紧密关联,幅值比变化在试品受潮期间呈现出典型的阶段性,其第3阶段与污层的干区形成过程相对应,表明污层受潮程度趋于一种临界状态。在幅值比变化第3阶段附近进行升压闪络试验,试品污闪电压与污层憎水性能相关性良好。反之,若受潮时间设置不合理,试品污闪电压不能体现出污层的憎水性能差异。研究所得结论有助于理解复合绝缘子的受潮过程,为表征复合绝缘子的受潮状态提供了新思路。     

特殊工业粉尘地区复合绝缘子腐蚀失效过程研究

硅橡胶复合绝缘子因其优异的憎水性及憎水迁移性而具备较好的防污闪能力,往往作为应对污闪事故的首选方案。但在部分特殊工业粉尘地区,复合绝缘子在短时间运行后会出现爬电及蚀损现象,并发展为绝缘失效。为研究特殊工业粉尘地区复合绝缘子的腐蚀失效过程,测试了某特殊工业园区内运行的复合绝缘子的表面污秽度及污秽成分、污闪电压梯度、憎水性能及微观性能,并分析了其腐蚀失效过程。主要结论如下:绝缘子表面等值盐密为0.1~0.2 mg/cm²,其污秽成分与化工污源类似;存在自然污秽时绝缘子表面憎水性良好,但其憎水性的减弱、恢复及迁移特性均不能满足运行要求;绝缘失效的起因是电晕放电导致憎水性降低,进而导致伞裙电蚀损,最后发展为绝缘失效。     

基于泄漏电流的复合绝缘子憎水性能诊断技术

为建立基于泄漏电流特征量的复合绝缘子憎水性能诊断方法,研究了在饱和湿度情况下,污秽度和憎水性能对泄漏电流最大值、泄漏电流出现次数及累积放电量的影响,用聚类分析法对复合绝缘子的憎水性能进行诊断。结果表明:泄漏电流最大值随污秽度和憎水性等级的变大呈增加趋势,污秽度和憎水性能影响泄漏电流幅值的区间不同,污秽度主要影响泄漏电流的低幅值部分,而憎水性能主要影响泄漏电流的高幅值部分,造成这种差异的原因是污秽度和憎水性能对复合绝缘子表面电阻的影响不同;污秽度对复合绝缘子表面累积放电量的影响更明显。使用聚类分析法,选取的泄漏电流特征量能够实现对复合绝缘子憎水性能的诊断。     

硬质复合绝缘子用伞套材料憎水性研究

近年来,使用聚烯烃作为伞套材料的硬质复合绝缘子在鸟害严重的区域起到了非常显著的防治效果,但有关聚烯烃材料憎水性的研究还较少.该文采用接触角法和喷雾法比对研究聚烯烃和硅橡胶材料在憎水性通常、减弱和恢复三个特性阶段的静态接触角θs值和憎水性等级,并依据两种材料的表面微观形貌和表面粗糙度对其三个特性阶段的憎水性能进行分析.另外,分别对表面染污秽液和涂覆干燥硅藻土的聚烯烃材料进行了憎水性迁移特性研究.结果表明,非极性的聚烯烃材料表面具有憎水性,因聚烯烃材料表面粗糙度较小,其在憎水性通常、减弱和恢复三个特性阶段的静态接触角θs值均较低,但仍满足标准GB/T 19519—2014的要求.采用常规染污法无法在聚烯烃材料表面形成连续且均匀的污秽层,但表面附着干燥硅藻土的聚烯烃材料随迁移时间的延长,其表面静态接触角θs值不断增大,在迁移78h后趋于稳定,表明聚烯烃材料对干燥硅藻土具有憎水迁移性.     

复合绝缘子表面憎水性和污秽对其湿闪电压的影响

提出一种染污复合绝缘子的湿闪络试验方法，给出不同憎水性和污秽条件下复合绝缘子的干、湿闪电压，并根据试验结果对其干、湿闪机理进行了分析。试验结果表明：复合绝缘子的湿闪电压随表面憎水性的减弱而降低，干闪电压与表面憎水性无关；表面存在污秽时，绝缘子的湿闪电压较清洁表面有明显下降；其表面憎水性的不同仍然影响着复合绝缘子的湿闪电压；在不同盐密条件下，涂污的复合绝缘子湿闪电压也随表面憎水性的减弱而降低；重污秽条件下其表面憎水性较差时的湿闪电压要比憎水性良好时下降11％。     

高岭土染污硅橡胶电晕老化后的沿面闪络电压研究

为了研究染污复合绝缘子的电晕老化特性,选取复合绝缘子用高温硫化硅橡胶为研究对象,对高岭土染污硅橡胶试样进行不同湿度下的电晕老化,研究高岭土浓度、老化时间和湿度对硅橡胶电晕老化后闪络电压的影响。并结合老化试样的憎水性测试结果,分析了老化硅橡胶沿面闪络电压变化的原因。结果表明:由于受到污秽层被电晕放电产生的高能粒子击散程度的影响,环境湿度的增加会使染污硅橡胶老化后的憎水恢复性下降,闪络电压变化幅度较大;污秽浓度的增加会使老化硅橡胶的憎水恢复性下降,但污秽浓度和老化时间对闪络电压的作用主要受到污秽层是否含有可溶性盐的影响,盐分能够掩盖污秽浓度和老化时间对闪络电压变化趋势的影响。     

复合绝缘子表面污层固着及其对绝缘性能的影响

绝缘子在长期使用过程中表面的放电活动可能会使污层发生变化,从而影响绝缘子的积污特性。为了研究此影响,通过绝缘子表面放电模拟试验,研究了涂污绝缘试片在放电条件下发生的变化,并发现了污层固着现象。通过监测放电电流并用扫描电子显微镜观察固着污层的微观形貌,认为由电弧产生的高温对污秽颗粒引起的烧结作用是造成污层固着的主要原因。另外研究了固着污层对硅橡胶材料性能的影响,测量了涂污试片在放电试验前后的憎水性以及闪络电压。结果表明:固着后致密的污层会降低硅橡胶试片的憎水性迁移速率;放电固着减缓了污层中盐分的溶出速率,从而提高了染污试片的闪络电压。     

等离子体射流参数对染污硅橡胶憎水迁移速率的影响

硅橡胶的憎水性及憎水迁移性是复合绝缘子能够防治污闪事故的主要原因,快速提高染污硅橡胶材料的表面憎水迁移速率具有重要意义。为此,采用介质阻挡放电(DBD)产生的低温等离子体射流装置对染污后的硅橡胶材料进行了处理,研究了不同等离子体射流处理参数对染污硅橡胶憎水迁移速率的影响。研究结果表明:等离子体射流放电电压、射流处理间距、射流气体体积流量、染污灰密度(NSDD)等因素对提高染污硅橡胶憎水迁移速率有较大影响;外加射流放电电压幅值越高、射流气体体积流量越大,则射流处理后初始接触角越大、憎水迁移性越好;射流处理存在有效间距,等离子体与染污硅橡胶间距超过4 cm后,处理效果将大大降低;染污灰密度增大,射流处理后憎水性改善效果变差。分析实验结论推测等离子体射流作用过程中射流能量是促使憎水迁移速率加快的主要因素。