特高壓輸電用復合絕緣子HTV硅橡膠的濕熱老化特性研究

林利宏

（廣州合成材料研究院有限公司，廣東廣州 510665）

我國從20世紀80年代開始研發復合絕緣子，直至1985年由高溫硫化硅橡膠作為主要材料的復合絕緣子首次掛網運行。HTV硅橡膠具有優異的憎水性、穩定的力學性能、高絕緣性能等優點［1-4］，經過大量實踐證明，在電力系統外絕緣中使用HTV硅橡膠材料，可以有效減少污閃問題，確保電網安全穩定運行，因此高溫硫化硅橡膠復合絕緣子逐漸取代了玻璃和陶瓷類絕緣子。近年來，隨著我國“西電東送”計劃及特高壓輸電工程的大力開展，高溫硫化硅橡膠復合絕緣子在特高壓電網應用越來越廣泛［5］。特高壓用硅橡膠復合絕緣子在南方高溫潮濕的自然環境下容易發生老化失效，因此對影響復合絕緣子老化的因素進行分析，預知其運行環境對輸電線路的安全運行至關重要。

本文分析了復合絕緣子傘裙護套材料高溫硫化硅橡膠在特高壓線路中的應用環境和老化過程，選擇三種條件的濕熱老化，模擬高溫高濕環境下的老化過程，采用拉伸性能測試、撕裂性能測試、絕緣電阻率、介電常數、介質損耗因數測試以及憎水性測試等手段評估硅橡膠絕緣子濕熱老化程度。

1 試驗部分

1.1 試樣準備

為了考察濕熱環境對特高壓（Ultra high voltage,UHV）用復合絕緣子用HTV硅橡膠的老化特性的影響，對市面上大量復合絕緣子進行了遴選，選取了兩款特高壓用復合絕緣子用HTV硅橡膠材料作為研究對象。

1.2 人工加速老化試驗

濕熱老化試驗方法參照GB/T 15905-1995《硫化橡膠濕熱老化試驗方法》。選擇70℃×85%RH、80℃×85%RH、90℃×85%RH三種試驗條件進行老化1000h。

1.3 測試項目及儀器

力學性能：選用島津AG-IC 20KN型電子拉力機，依據GB/T 528-2009，拉伸速度為500mm/min，夾具間距離80mm，標距為25mm，在（23±2）℃和（50±10）%RH的標準環境下進行拉伸試驗。依據GB/T 529-2008，撕裂速度為500mm/min，夾具間距離為50mm，在（23±2）℃和(50±10)%RH的標準環境下進行撕裂試驗。

電氣絕緣性能：選用日置電機株式會社SM7110高阻計，每組取三個試樣，尺寸均為100mm×100mm× 2mm，依據GB/T 1692-2008，施加電壓為500V，對試樣進行體積電阻率測量。選用上海愛義電子設備有限公司的高頻Q表，依據GB/T 1409-2006，測量試樣在1MHz下相對介電常數和介質損耗因數。

憎水性：憎水性測試依據DL/T 376-2010，原理是基于材料暴露于水霧持續一段時間后的濕潤現象來評定材料表面暴露在水霧后的濕潤性。采用噴水分級法來測試材料表面的憎水等級（HC），噴水分級法將憎水性分為HC1~HC7共7個等級，HC1級對應憎水性很強的表面，HC7級對應完全親水性的表面。

2 結果與討論

針對未老化、不同濕熱條件老化1000h的HTV硅橡膠樣品的力學性能、電氣性能以及憎水性的結果進行分析，研究HTV硅橡膠在不同溫度的濕熱環境中的性能變化規律。

2.1 力學性能

從表1可以看出，與原始樣品對比，經過不同濕熱條件老化1000h后的試樣力學性能均有一定程度下降。在三種濕熱老化條件中，在70℃×85%RH的濕熱條件下老化1000h后，試樣A和試樣B斷裂伸長率下降程度明顯。在90℃×85%RH的濕熱條件下老化1000h后，試樣A和試樣B的力學強度保持率最高，伸長率均有較明顯下降。分析可知，在一定范圍內，當環境溫度越高，越有利于硅橡膠的交聯反應，力學強度增大。

2.2 電氣絕緣性能

體積電阻率常用來表征材料的電氣絕緣性質，材料的體積電阻率越高，其作為電絕緣部件的效能通常就越好。復合絕緣子HTV硅橡膠老化后相對介電常數的增大會導致電場畸變，從而引發電暈和局部放電，而介電損耗增大不僅會消耗過多電能，還會造成材料異常發熱，這兩者都會加速復合絕緣子的老化，甚至引發斷鏈等嚴重事故。因此對復合絕緣子HTV硅橡膠材料進行體積電阻率和介電性能的分析十分有必要性。

從表2可以看出，試樣A和試樣B在不同條件下濕熱老化1000h后，在70℃×85%RH的濕熱條件下體積電阻率和表面電阻率均有一定程度的下降，說明在70℃×85%RH的濕熱老化后，材料內部更容易產生自由移動的載流子隨外施電場運動。當濕熱環境下濕度一定，溫度越高時，體積電阻率和表面電阻率反而有所增大。試樣A的相對介電常數在濕熱老化中隨溫度升高而增大，在90℃×85%RH的濕熱條件下相對介電常數明顯增大，可見在90℃×85%RH的濕熱條件下試樣劣化，分子鏈明顯斷裂，在電場作用下易極化。而試樣B隨濕熱環境中溫度越低，相對介電常數越小，絕緣性越差。介質損耗因數隨溫度升高而略微減小，說明了在上述濕熱條件下不易造成復合絕緣子異常發熱。

2.3 憎水性

復合絕緣子的憎水性是考核HTV硅橡膠絕緣子能否廣泛應用的重要指標，HTV硅橡膠絕緣子只有擁有優質的憎水性，才能被廣泛應用到輸配電線架設中去。

從圖1可以看出，除圖1(b)和圖1(f)中試樣的憎水性有輕微下降，其余圖像中試樣的憎水性均無明顯變化，這說明在三種濕熱老化條件中，70℃×85%RH的濕熱條件對憎水性能有輕微影響。從表3可以看出，濕熱老化對材料的憎水性影響較小，在不同濕熱環境下老化1000h，憎水性變化不大。憎水性分級均為HC1級，均能滿足DL/T 376-2010規定的憎水性指標要求。

圖1 濕熱老化1000h前后A和B系列試樣(對應編號條件見表3)噴水圖像Fig.1 Water spray images of A and B samples（the conditions of corresponding numbers are shown in Table 3）before & after hygrothermal aging 1000h

表3 濕熱老化1000h前后試樣憎水性Table 3 Hydrophobic classification of samples before & after hygrothermal aging 1000h

3 結論

采 用70℃×85%RH、80℃×85%RH、90℃×85%RH三種濕熱條件對特高壓用HTV硅橡膠進行老化1000h試驗模擬其在高溫高濕環境下的老化情況，并對老化前后的樣品進行力學性能和電氣性能分析，同時對其憎水性進行分析。

(1)從總體上來看，在70℃×85%RH的濕熱環境下，特高壓用HTV硅橡膠的力學性能和電氣絕緣性能下降程度最大，說明在三種濕熱環境下，試樣在70℃×85%RH的濕熱環境中最容易發生老化，推測是在一定溫度范圍內，由于溫度越高，越有利于硅橡膠的交聯反應，從而影響其性能。

(2)在三種濕熱環境下老化1000h，特高壓用HTV硅橡膠的憎水性未發生明顯變化，仍保持較好的憎水性，說明濕熱老化對特高壓用HTV硅橡膠材料的憎水性影響較小。