复合绝缘子憎水性及直流污闪特性的影响因素

复合绝缘子的污闪特性很大程度上受材料的憎水性及憎水性迁移特性的制约。研究了环境因素和污秽成分对高温硫化硅橡胶材料憎水性迁移特性的影响,对灰成分和憎水性迁移时间与复合绝缘子直流污闪特性的关系进行了定量对比试验。试验结果表明,随着灰成分中硅藻土含量的增加,憎水性迁移明显加快,导致静态接触角增大,因而相应的直流污闪电压升高。该文结果可作为分析硅橡胶材料憎水性迁移特性的参考,同时也为直流复合绝缘子人工污秽试验标准的制定提供了试验依据。     

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。     

不同环境因素对硅橡胶憎水性及憎水迁移性的影响

为了研究硅橡胶在不同环境下的憎水性变化规律,采用静态接触角法,模拟不同水珠大小、表面粗糙度、盐密灰密、污秽种类、温湿度和紫外辐照等不同环境因素,研究硅橡胶憎水性及憎水迁移性在各种环境中的变化规律。研究发现了水珠越大,表面越粗糙会影响静态接触角测量的准确度,结合变化规律给出了测试建议。环境模拟试验结果表明,灰密对硅橡胶憎水迁移性能的影响比盐密更明显,温度越高憎水迁移越快,湿度的增大对小分子迁移有抑制作用,迁移时间变长,紫外辐照中的热辐射效应是加速憎水迁移的主导因素,紫外线也起到一定的促进作用,不同的污秽种类对憎水迁移性的影响差异大,建议在人工污秽试验中对污秽的选取应结合需求进行优选。     

憎水迁移过程中的波动性

迁移时间是复合绝缘子人工污秽试验中的重要参数,为了说明迁移时间对于污层憎水性能描述的局限性,本文对染污复合绝缘子的憎水迁移过程进行了研究。通过测量高温硫化硅橡胶(high temperature vulcanizing silicon rubber,HTV)试片污层表面液滴接触角、液滴水平投影面积及HTV芯棒的污闪电压,发现污层憎水性能随迁移时间增长呈波动性增长。污层表面憎水性小分子不断向空气扩散,是导致憎水性呈波动性增长的内因;污层内部水分含量的变化,则是导致憎水性能呈波动性增长的主要原因;当试品所处迁移环境空气流通性较好时,有利于促进试品污层干燥,减小憎水性随迁移时间增长过程中的波动性。研究认为:染污复合绝缘子污层表面憎水性能随迁移时间总体上是增长的,但是,憎水性波动过程的存在,以及迁移过程受迁移环境的影响显著,使得单一的迁移时间不是描述污层憎水性能的理想参数。要提高复合绝缘子人工污秽试验与自然污秽试验间的等价性,需要寻找更合适的参数来描述试品污层的憎水性状态。     

表面油污对老化硅橡胶外绝缘性能的影响

硅橡胶材料特有的憎水迁移性是复合电力设备能够防治污闪事故的重要原因,而油的存在会加重污秽积累。当套管漏油后,绝缘油会以油膜的形式覆盖在硅橡胶材料表面,污秽积累形成一层油泥,硅橡胶材料特有的憎水迁移性能会受到极大的影响,表面耐压值也会受到改变。为此,文中以套管用高温硫化硅橡胶(HTV)材料为研究对象,通过加速热老化得到老化试样,并通过人工涂抹含油污秽模拟漏油事故,分析表面油污对硅橡胶材料憎水迁移性能的影响;通过闪络试验,研究表面油污对硅橡胶污闪电压的影响。结果表明:热老化使HTV表面出现孔洞和沟壑,内部疏松,影响了小分子的迁移通道,稳态憎水性能变差;涂抹油污后,老化硅橡胶初始憎水性更高,稳态憎水性变差,其污闪电压随污秽度的增加而降低。     

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.     

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。     

室温硫化硅橡胶绝缘纳米复合材料憎水特性分析

室温硫化硅橡胶(RTV-SR,简称RTV)在电气设备防污闪工作中起重要作用的原因在于其优异的憎水性和憎水迁移性,为研究污秽成分和环境因素对RTV憎水特性影响,分析了静态接触角测量影响因素。用恒定湿热试验箱和紫外老化箱模拟不同外界环境,对污秽成分、环境温度、相对湿度、迁移时间和紫外辐照时间与RTV憎水特性的关系进行了定量对比试验,借助接触角影像测试仪、扫描电镜(SEM)和傅立叶变换红外光谱(FTIR)仪对其影响机理进行了分析。结果表明,温度、盐密和灰密对RTV憎水迁移性有明显的影响,相对湿度和灰成分影响RTV憎水迁移速度及稳定后的静态接触角,长时间紫外预处理能加快RTV憎水迁移速度。研究结果可作为分析硅橡胶材料憎水性、憎水性迁移特性的参考,同时也为外绝缘材料憎水性试验标准的制定提供了试验依据。     

高压直流复合绝缘子5000 h人工加速老化试验

选取不同配方、不同工艺、不同伞形的多种复合绝缘子,在国内首次参照标准IEC61109的老化程序进行了直流5000h人工加速老化试验。直流5000h人工加速老化试验包含直流电应力、日照、高温、高湿度、重污秽等诸多因素对复合绝缘子老化性能的影响。结果表明直流5000h人工加速老化试验可以再现硅橡胶表面憎水性不断丧失与恢复的情况、不同伞型绝缘子的积污特点和表面放电路径的差异;提出了表面放电是复合绝缘子积污和憎水性丧失的主要因素,温度和光照对硅橡胶的憎水性迁移和恢复特性有较大影响。硅橡胶复合绝缘子表面的憎水性在整个5000 h综合老化试验中呈动态变化,在不同的老化因素作用下呈现出不同的憎水性。     

运行直流复合绝缘子的憎水性分布规律

憎水性是衡量复合绝缘子运行性能的重要指标,研究憎水性分布规律有助于对测试结果进行更准确的评价。为此,以4支实际运行后的直流复合绝缘子为研究对象,分别采用喷水分级法和静态接触角法,进行了自然污秽下和去除污秽后的憎水性测试以及人工涂污后的憎水迁移性测试。研究结果表明,绝缘子高压端和低压端的憎水性整体差于中部,沿串表现出倒U形的憎水性分布,同时憎水迁移性较差的伞裙也更多出现在高压端和低压端附近;同片伞裙中边沿位置褪色较为严重,相比于褪色较轻的伞裙根部,其去除自然污秽后的憎水性较好,但是人工涂污下憎水迁移性明显较差。在各种憎水性试验中选择适合的测试方法,根据以上憎水性分布规律合理选取憎水性测试位置,所得试验结果能更好表征复合绝缘子运行性能。     

紫外辐射对高温硫化硅橡胶性能影响初探

高温硫化(HTV)硅橡胶凭其强憎水性、憎水迁移性和恢复性等优越性能,成为合成绝缘子外绝缘的首选材料。然而,与无机材料相比,高温硫化硅橡胶更易受环境影响而老化,因此通过氙灯辐照对高温硫化硅橡胶进行紫外加速老化试验。采用静态接触角法测量和评价硅橡胶材料的憎水性,同时进行了硬度以及扫描电子显微镜(SEM)测试,另外采用image-pro plus 6.0软件对SEM图片进行测试分析。试验结果表明:短时氙灯辐照对高温硫化硅橡胶表面憎水性影响不大,材料硬度有变大趋势,材料表面凹凸不平,粗糙度变大,并有填充物外露的趋势。随着辐照时间增加,欲析出颗粒数目逐渐增多,颗粒大小逐渐变大,总面积增加。     

Study on hydrophobicity transfer of RTV coatings based on a modification of absorption and cohesion theory

Room temperature vulcanized (RTV) silicone rubber coatings are used increasingly on outdoor high voltage (HV) insulators subjected to heavy pollution. An important property of the RTV coatings is the ability to restore the surface hydrophobicity after a pollutant layer has built up on the surface, which can suppress the development of leakage currents, dry band arcing and flashover. The present study analyzes the hydrophobicity and the hydrophobicity transfer of RTV coatings and the factors that affected the hydrophobicity. A modification of absorption and cohesion theory was used to analyze the hydrophobicity transfer mechanisms and the influences of temperature, polydimethylsiloxane (PDMS) molecular weight, degree of cross-linking, extent of soluble and non-soluble components, and the pollutant properties. The hydrophobicity transfer of RTV coatings was also investigated with various conditions of contaminations and various factors, which affect the hydrophobicity transfer, including the composition of RTV coatings and the outside conditions. Results show that the hydrophobicity transfer of RTV coatings is not only dependent on compositions but also on factors of circumstance. The analysis also explains the obvious difference between the hydrophobicity transfer of RTV coatings to kieselguhr and kaolin based on a particle and surface analysis using the Brunauer, Emmett and Teller (BET) method, which explains the relationship between a BET surface area and the hydrophobicity transfer of the RTV coatings     

自然老化硅橡胶材料表面憎水性及耐受特性的研究

研究硅橡胶材料的老化特性对于复合绝缘子的设计、选型及维护具有重要意义。以经过现场投样、自然老化后的复合绝缘子伞裙压片为研究对象,详细研究了硅橡胶材料自然老化前后在憎水性迁移特性、憎水性丧失特性、憎水性恢复特性上出现的差异,另外对材料受酸碱侵蚀后表面维持憎水性的能力也进行了研究。结果表明,老化对于材料憎水性能的影响较明显,上下表面由于存在日照、雨淋、积污和冲刷等因素的差异,老化程度不同,上表面的憎水性能表现的更差一些。     

带电清洗剂对绝缘子用硅橡胶的溶胀效应及其影响研究

复合支柱绝缘绝缘子由于具有优异的防污性能,在直流换流站得到了广泛应用,但其在空间电荷和静电效应下积污严重而存在大面积污闪风险。为了评估复合支柱绝缘子带电绝缘清洗的可行性,对硅橡胶在新型绝缘清洗下的溶胀特性及其对硅橡胶的电气性能、力学性能以及憎水性的影响开展了试验分析。研究结果表明:硅橡胶溶胀随着溶胀时间的增加溶胀指数和直径增长率持续增大,浸泡时间20 min时圆形硅橡胶试样的直径增长率为4.7%、溶胀指数为6.8%。硅橡胶的复介电常数、复电容、介质损耗因素随着频率、溶胀指数增大而减小;在10-2~103Hz频域范围内硅橡胶溶胀不会造成介电性能下降。硅橡胶溶胀对憎水性和憎水迁移性无明显影响,干燥洁净硅橡胶溶胀前后接触角θ平均值在92°~98°范围内浮动,人工积污并经过憎水迁移后θ平均值在119°~128°范围内浮动。硅橡胶在发生溶胀后其力学性能小幅度下降,溶胀20 min的其断裂拉伸强度下降2%。试验结果表明硅橡胶在清洗剂中溶胀度受浸润时间影响较大,溶胀效应对憎水性、电气和力学性能影响较小,可通过采用易挥发配方或强对流措施控制清洗剂残留对硅橡胶的影响。     

基于斜面法试验研究SiO_2质量分数对RTV硅橡胶涂料性能的影响

针对室温硫化(roomtemperature vulcanization,RTV)硅橡胶涂料应用中存在的黏附力不强、涂层易划破的问题,提出通过添加二氧化硅来提高硅橡胶的机械强度,改善材料的耐电痕化和耐电蚀损性。为此,结合热导率的概念,通过斜面法试验讨论了二氧化硅对RTV硅橡胶性能的影响,试验中采用西安交通大学电力电子专用设备研究所研制的高精度交流漏电起痕试验装置配合自行研发的多路泄漏电流实时监测采集装置,对制备的3种RTV硅橡胶涂料试片(只添加二氧化硅,且二氧化硅质量分数为20%、30%、50%)按照GB/T6553—2003《评定在严酷环境条件下使用的电气绝缘材料耐电痕化和蚀损的试验方法》进行试验。结论为:二氧化硅质量分数越高的硅橡胶热导率越大,热量越容易传导,耐电痕化和耐电弧烧蚀性越强;二氧化硅含量高、热导率大的硅橡胶试片到达过流保护动作的临界状态时,其烧蚀区域面积和烧蚀深度都较低二氧化硅含量的试片大;二氧化硅填料的增加使硅橡胶电蚀损后憎水性恢复过程减慢。     

紫外线老化对复合绝缘子硅橡胶憎水性的影响

硅橡胶复合绝缘子的优良耐污闪性能源自于硅橡胶材料的憎水性以及憎水迁移性。本文研究了紫外老化对硅橡胶憎水性影响以及硅橡胶表面积污后的憎水迁移性。研究结果表明：经小分子处理的硅橡胶经过2 000 h紫外线辐射后仍能够保持良好的憎水性,静态接触角仍能达到102.3°,憎水性等级为HC2级;硅橡胶上的污层在较短时间内具有了憎水性,憎水性等级能达到HC2~HC3。并对硅橡胶紫外老化机理以及憎水迁移性机理进行了分析。     

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。     

特殊工业粉尘地区绝缘子超疏水涂层应用效果研究

超疏水涂层具备优异的憎水性及自清洁性,因此在防污闪领域具备广阔的应用前景。为了研究超疏水涂层在特殊工业粉尘地区的应用效果,选取国内某企业提供的超疏水涂层,利用超疏水涂层绝缘子及同型号的无涂层复合绝缘子在江苏响水县开展了挂网运行测试,通过污秽度测试、憎水性测试及微观测试分析了超疏水涂层的积污性能、老化性能及涂层对硅橡胶的保护性能。结果显示,超疏水涂层绝缘子相比普通硅橡胶绝缘子,表面积污量减少约37%。尽管运行10个月后,超疏水涂层出现了老化,但涂层对内部硅橡胶材料起到了较好的保护作用,有效预防了内部材料的老化。