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。     

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。     

污湿环境中合成绝缘子憎水性影响因素分析

实验并分析了污湿环境中影响合成绝缘子憎水性的各种因素。结果表明 :酸性物质对憎水性影响较小 ,碱性物质使憎水性减弱 ;污秽层附着于硅橡胶表面的时间越长则憎水性越强 ;ESDD值越高则憎水性越弱 ;NSDD对憎水性影响较小 ;合成绝缘子不明原因闪络并非污湿闪络     

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。     

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。     

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。     

电力外绝缘用硅橡胶清洗修复剂制备及性能研究

硅橡胶广泛应用于电力行业的复合绝缘子和防污闪涂料,然而长时间工况运行后,容易发生老化粉化、污秽沉积,降低了表面憎水性。电网中目前有上亿支硅橡胶绝缘子服役多年,研究能够清除表面污秽,修复硅橡胶老化层的新型清洗剂迫在眉睫。本文探究不同非离子表面活性剂含量和修复剂含量对清洗效率和憎水性的影响。实验表明非离子表面活性剂含量在3%时,洗净率最高达到95%。而修复剂含量为11%时,憎水性最好,其憎水迁移性最佳可以达到HC1级。通过扫描电镜分析,发现清洗后硅橡胶表面微孔和裂缝消失,表面平整,表明该清洗剂具有去除老化层和污秽,修复老化绝缘子的效果。这为继续研发硅橡胶清洗修复剂,延长绝缘子服役期限提供一定的理论和实践基础。     

潮湿环境中CaSO4对复合绝缘子憎水性的影响

针对绝缘子表面沉积污秽主要成分之一的受潮时会逐渐溶解的CaSO4,用浸水法研究了潮湿环境中CaSO4对硅橡胶复合绝缘子憎水性的影响。试验结果显示:与去离子水中浸泡的试样相比,CaSO4溶液中浸泡的试样的憎水性下降速度更快,且其试样表面随浸泡时间延长而逐渐形成了潮湿状态下可被擦除的亲水性物质,将其擦除后试样表面的憎水性立即恢复。分析认为:CaSO4的溶解促进了硅橡胶的水解从而加快了试样憎水性的下降速度。此外,试验中还发现盛水容器的选择对试验结果有影响。     

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。     

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。     

高海拔地区硅橡胶合成绝缘子电晕老化特征分析

模拟高海拔低气压环境,采用多针-板电极放电模型产生电晕电场,分别对硅橡胶合成绝缘子试样进行老化处理,通过静态接触角法测量表面憎水性的变化,分析低气压环境对合成绝缘子电晕老化的影响,得出合成绝缘子的电晕老化速度随着气压的降低而加快等3个试验分析结果。     

特殊工业粉尘地区复合绝缘子自然积污特性研究

硅橡胶复合绝缘子具备机械强度高、防污闪性能优异、质量轻、运行维护方便等优点,在电网建设中应用广泛。在部分工业化工区,存在特殊工业粉尘污染,该类地区运行的复合绝缘子表面更容易积污,绝缘子表面在积污后憎水性显著降低,绝缘性能明显减弱。为研究特殊工业粉尘地区运行的复合绝缘子自然积污特性,文中对江苏某工业园区运行的复合绝缘子进行取样,使用污秽度与微观分析结合的方法对积污特性进行研究。结果表明,该地区运行的复合绝缘子普遍表面污秽度较重,污秽可溶物等值盐密(ESDD)数值较高,且污秽中存在的不溶灰分主要元素为碳(C)、氧(O)、硅(Si),含碳粉、二氧化硅(SiO 2)、氧化钙(CaO)等影响绝缘子表面导电性及吸水性的物质。文中所提方法能较好地揭示特殊工业粉尘地区的污秽特性。     

运行后复合绝缘子的理化分析

为了获得复合绝缘子在运行后老化的状况,选取了3个厂家生产的6支绝缘子试样,分别对这6支试样进行了憎水性测试、Fourier红外光谱分析、热分析和扫描电镜(SEM)检测。结果表明:硅橡胶表层的憎水性基团Si-CH3、-CH3各自与-Si-O-Si-基团的摩尔比明显低于中心层,而-OH未见明显规律;憎水性基团Si-CH3、-CH3摩尔比的相对变化能较好地表征憎水性,而-OH不宜作为复合绝缘子的憎水性表征指标。新复合绝缘子表层和中心层的组成基本相同。投运后复合绝缘子表层和中心层中无机化合物的质量规律性不明显;表层及中心层中高分子物质的质量随运行时间的延长而呈下降趋势,且中心层中高分子物质的质量高于表层;表层中低分子物质的质量高于中心层。投运时间对试样的扫描电镜结果具有一定的影响。新复合绝缘子试样喷水后的憎水性级别为HC1,运行后试样的憎水性级别处于HC3～HC4,同一复合绝缘子试样中不同伞裙、不同位置的憎水性也略有不同。研究结果对复合绝缘子老化评估具有参考价值。     

Effect of Hydrophobicity on Electric Field Distribution and Discharges Along Various Wetted Hydrophobic Surfaces

According to hydrophobicity and hydrophobicity transfer studies on silicone rubber surfaces, although the silicone rubber can transfer its hydrophobicity to various contaminants deposited on its surface, the hydrophobic states of water droplets on clean silicone rubber surfaces and on various contaminated silicone rubber surfaces were found to be different based on evaluation by contact angle measurement. Furthermore, surface discharge and aging of materials decreases the hydrophobicity of the surface. Focused on the difference of hydrophobicity and the effect of water droplets on the hydrophobic contaminated surfaces, some contrastive computations and tests of water droplets on various surfaces were carried out in this study. The results showed that the water droplets existing on the surface of silicone rubber materials might change the electric field and voltage distribution along the surface, and even reduced the initial voltage of the corona discharge, which was verified with a comparison test on a high voltage side of polymer insulator monitored by a photomultiplier tube (PMT) system. Since the leakage current provides much useful information to diagnose the state of outdoor insulation, this study investigates the time and frequency distributions of surface discharges on ceramic insulators, new room temperature vulcanized (RTV) silicone rubber coated insulators and aging RTV insulators with various hydrophobic states with the short time Fourier transform and Gabor transform methods. Then a correlation was found between the distribution of the spectrum of surface discharges and hydrophobicity via the joint time and frequency analysis of discharges on various hydrophobic surfaces.     

高海拔地区紫外辐射对硅橡胶复合绝缘子老化的影响

随着我国西部大开发以及全国范围内特高压工程的开展,硅橡胶复合绝缘子在高海拔地区得到了越来越广泛的应用,针对高海拔地区紫外辐射环境下复合绝缘子老化问题的研究也日益迫切。针对高海拔地区目照中的紫外辐射特征,本文分别采用UV-A、UV-B和UV-C三种紫外光源模拟各种典型的大气紫外辐射环境,对硅橡胶复合绝缘子进行5000h的紫外辐射,总辐射量可达36～54kJ／Cm^2,相当于高原地区5年左右的紫外辐射量,然后采用静态接触角法测量紫外辐射对硅橡胶绝缘子表面憎水性的影响,探讨了高海拔地区复合绝缘子的紫外老化过程与特征。研究结果表明：经过UV-A、UV-B、UV-C紫外辐射后,硅橡胶绝缘子均发生了一定程度的褪色现象,但并未影响材料的绝缘性能。UV-C紫外线对硅橡胶绝缘子长时间辐射后,试样硬度变大,柔顺性降低,表面静态接触角下降,憎水性部分丧失;UV-A和UV-B紫外线对绝缘子表面的硬度和憎水性影响不大．     

硅橡胶表面分离水珠放电特性的研究

通过试品模拟试验研究了硅橡胶表面存在单个和多个水珠时的放电特性 ,分析了洁净硅橡胶表面凝结水珠时的闪络过程。结果表明 ,硅橡胶表面的分离水珠使水珠、硅橡胶和空气的三者交接处的场强加强 ,产生强烈局放以及间歇式的小电弧 ,水珠周围局部丧失憎水性和电场力的作用使水珠拉长 ,场强进一步加强发生闪络。     

Contamination performances of silicone rubber insulator subjectedto acid rain

Acid rain causes one of the more severe environmental contaminants, and there is an increasing interest in the degradation of outdoor polymer insulating materials in severe pollution conditions such as acid rain. The performance of high temperature vulcanizing (HTV) silicon rubber insulators in accelerated aging of artificial acid rain is investigated by the salt fog method. Experimental results and theoretical analysis show that acid rain exerts a large erosion effect on the silicone rubber insulator. The inorganic filler alumina trihydrate (ATH) in the silicone rubber easily dissolves in acid rain, and the increasing discharge heat from dry band arcing due to acid rain can further cause the loss of ATH. The hydrophobic groups of hydrocarbon branch (ie. methyl in silicone rubber), are also degraded in acid rain. Therefore, the surface of aged insulators becomes rough, they become less hydrophobic, and the surface discharge current increases. However, in a subsequent dry environment, the low molecular weight (LMW) polymer silicone liquid or oil in the bulk of the insulator diffuses and migrates to the surface to provide a hydrophobic layer so that the degraded surface of silicone rubber insulator is compensated, and the contamination performance is restored to some extent. Such recovery of contamination indicates why silicone rubber insulators can be used for long times under severe environmental stress     

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。