硅橡膠合成絕緣子優良性分析

摘要：絕緣子是支承或懸掛導線或電氣設備帶電部分絕緣體。隨容量、電壓提高，對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，有機高分子合成新型絕緣材料的出現，為制造高壓電氣設備提出廣闊的前途。 合成絕緣子是一種節能產品，與瓷絕緣子比較，合成絕緣子的缺點是造價較高，但隨電壓等級的升高兩者價格會逐漸接近，合成絕緣子經濟效益是無法估計的。

關鍵詞：絕緣子；硅橡膠合成絕緣子

[中圖分類號]：TQ333.93 [文獻標識碼]：A

[文章編號]：1002-2139(2012)-12-0244-02

硅橡膠合成絕緣子優良性分析

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

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

硅橡膠作為合成絕緣子外部絕緣的主要材料，硅橡膠具有強憎水性及憎水性遷移性和憎水恢復的特點，與其分子結構有密切的關系。由于分子結構特點使其具有熱氧化物穩定性、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電壓主要于水分和污穢是否在絕緣子表面形成導電通道（或水份能否侵入到絕緣子內部破壞內部絕緣）。硅橡膠充當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的孤立小水珠的形成存在，不形成連續水膜，從而限制表面泄露電流，提高閃絡電壓。這種性質的材料不僅可以保護絕緣子內部不被水解擊穿，同時保證外部絕緣的良好。環氧樹脂、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行效果最好的。

以瓷式與硅橡膠絕緣子進行實驗表明，瓷式絕緣子表面為親水性，而硅橡膠表面則是憎水性。在硅橡膠進行實驗過程中噴落在硅橡膠表面的水份呈現出不連續的小水滴，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有的特性，使之在電力行業絕緣子獨占熬頭。對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。對這兩種說法都有各自不同的見解。通過以下實驗證明硅橡膠憎水遷移性的機理。

實驗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℃的環境中，當環境相對濕度為95℅時僅經過四小時污層就具有強憎水性，水滴的靜態接觸角達110℃-120℃，而當相對濕度為50%時，經過12小時，污層才能達到相對的憎水性水平。

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

實驗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，再將一個硅橡膠圈放置在容器底部，然后將容器放置在100℃的環境中。當容器加蓋時，僅經過三天，整個污層就具有高憎水性0：當容器敞開時經過20天除鄰近的硅橡膠圈的一片5mm寬的環污層具有憎水性外，中間大部分污層完全無憎水性。又將未加蓋的容器于50℃的環境中，在室溫下（約25℃），放置了三十天，污層憎水性未見增強。

由于小分子聚合物具有揮發性，在敞開的容器中從硅谷橡膠本體中揮發出來的小分子聚合物大部分進入了空間，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出的小分子聚合物全部留在容器內，因此有較多的小分子聚合物被灰塵吸附，使灰塵在短時間內獲得憎水性。

實驗3：將環氧板一置于容器外，環氧板二置于容器內，用幾根細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℃的環境中。經過3天，板二下表面的污層具有強憎水性，接觸角達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為：板二下表層，板二上表層，板一。

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為：板一，板二上表面。但實際測得的次序恰好相反。可見，憎水性小分子聚合物是揮發性的，揮發途徑沿圖中實線所示。

實驗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個試品組成，試品均為7CM、厚3CM 的圓盤。實驗前，先將試品放入50℃的真空室中進行干燥，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）。為能較準確的確定試品中的LMW含量，對每組試品做如下4次循環。每一個循環包括：（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。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LMW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，殘留物的重量是LMW和1LCH2CL2溶液所含雜重量之和，該雜質重量可通過蒸餾等容量的CH2CL2溶液所含雜質重量減去雜質的重量來確定LMW重量。

采用重量差法和蒸餾法測量硅橡膠中的LMW含量，結果一致的，每個循環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 %。由實驗可知LMW含量比硅橡膠中實際的LMW含量偏低一些。

實驗5：1）新、舊試品的憎水性遷移實驗：“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）細砂，粒平均直徑為16厘米，砂層厚度為 0.5㎜）實驗現象：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，達到半憎水性，74h后可以完全達到憎水性；而“舊”試品直到50h后才達到直到半憎水性， 260h 后依然為半憎性。（2）RTV、HTV的憎水性遷移性實驗：盡管RTV比HTV 中的LMW含量多一倍以上，實驗表明，兩者達到完全憎水性所需要的時間相差無幾。用上述實驗方法，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可達到憎水性狀態。

結論：（1）、硅橡膠的憎水遷移性速度的快慢與周圍環境濕度和溫度有很大關系，與污層的成份也有直接關系。（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，只唯一標準。

1.1.4、硅橡膠絕緣子使命壽命

合成絕緣子的運行期間，硅橡膠材料中材料的憎水性物質在不斷喪失，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的實驗可以了解到使用壽命遠遠大于17年。

經過17年實際運行的老化試驗，硅橡膠表面現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大于17年。

結論：硅橡膠合成絕緣子中的憎水性小分一聚合物的揮發性說明合成絕緣的老化問量題，通過加速老化實驗，驗證了這種憎水性老化過程十分緩慢，對合成絕緣子的安全運行不構成威脅。

參考文獻：

[1]、周澤存主編、高電壓技術 北京：水利電力出版社 1988

[2]、劉子玉、劉其永 電力絕緣結構設計原理 上下冊 機械工業出版社 1981