电晕对室温硫化硅橡胶憎水性的影响研究_图文

1、第37卷第4期2010年7月华北电力大学学报Journal o fN o rt h Ch i na E lectr i c Power U niversityV ol 37,N o 4Ju.l ,2010电晕对室温硫化硅橡胶憎水性的影响研究王秋莎,律方成,刘云鹏,梁 英(华北电力大学电气与电子工程学院,河北保定071003摘要:为了研究在电晕条件下室温硫化硅橡胶的憎水性变化,自行搭建了一套加速电晕老化实验装置来模拟实际现场的尖端电晕放电过程,并采用静态接触角法测量和评价硅橡胶材料的憎水性。试验结果表明电晕放电不同时间后硅橡胶表面的憎水性丧失是一个渐进的过程,然而短时电晕后,暂时丧失的憎水性在长

2、时间后可基本恢复到初始值;当仅有电场作用而无电晕放电时,硅橡胶表面的憎水性基本无变化。通过试验证明了加速电晕老化试验装置的有效性。关键词:室温硫化硅橡胶;电晕;憎水性;老化;静态接触角中图分类号:TM 851;TM 215 文献标识码:A 文章编号:1007-2691(201004-0014-04St udy on t he influe nce of corona on t he hydrophobicit yof RTV silicon rubberWANG Q i u -sha ,LU Fang-cheng ,LIU Yun-peng ,LIANG y i n g(Schoo l of

3、E l ectrical and E lectron ic Eng i neering ,N orth Ch i na E l ec tric P o w er Un i v ers it y ,Baoding 071003,Ch i naAb stract :A se t of self-m ade acce lera ted co rona ag i ng equip m ents a re used t o si m ulate the process o f po int corona discharge to st udy t he change o f the hydrophobi

4、c i ty of RTV s ilicone rubber when corona occurs .The Stati c ContactA n -g l e M e t hod is used to m easure and eva l uate the hydrophob icity o f RTV s ilicone rubberT est resu lt sho w s tha t the hydro -phob icity loss on t he RTV sili cone rubber surface is prog ressi ve .A fte r a short per

5、i od o f corona e ffect ,t he te m po ra ry hydrophob i c ity l oss can recover to its o ri g ina l lev el in a long ti m e .W hen t here is on l y e lectr i c effec tw i thout corona d is -cha rge ,the hydrophob icity of RTV sili cone rubber surface re m a i ns unchanged .T he effectiveness o f the

6、 accelerated co -rona ag i ng equ i p m ent is approved by the test .K ey words :RTV silicone rubber ;corona ;hydrophobic i ty ;ag i ng ;static contact ang l e收稿日期:2010-04-10.0 引 言硅橡胶合成绝缘子具有重量轻、机械强度高等优点,特别是其独一无二的憎水性和憎水迁移性、恢复性,使其在电力系统中得到广泛的应用。然而,合成绝缘子长期在户外带电运行,会受到日照、冰雪、高湿、温差等自然环境因素的影响,并且不可避免地会发生电老化。而

7、合成绝缘子老化会影响其运行的稳定性,甚至影响电力系统的稳定性,因此有必要对硅橡胶材料的老化问题进行研究15。放电(尤其是电晕放电是导致合成绝缘子老化的重要因素,也是硅橡胶材料憎水性丧失的主要因素之一6。因此,有效地模拟电晕老化,针对性地开展电晕条件下硅橡胶老化特性的研究,探寻其老化机理,对于科学评估其使用寿命,指导材料配方改进等具有非常重要的理论意义和实践价值。本文运用自行搭建的电晕老化试验装置研究了电晕老化对硅橡胶材料憎水性丧失及恢复的影响。1 实验部分1 1 试验试样的制备采用室温硫化硅橡胶,试样制备尺寸为40第4期王秋莎,等:电晕对室温硫化硅橡胶憎水性的影响研究mm 40mm 2 7mm

8、 (长 宽 厚。试验表面光滑,根据DL /T 810-20027进行预处理,先将试样置于无水乙醇清洗表面,然后用去离子水(或蒸馏水冲洗,干燥后置于防尘容器内,在实验室标准环境下保存24h 后备用。1 2 交流电晕试验装置电晕试验装置图见图1。交流电压通过调压器和变压器调节产生,频率50H z ,针电极通过保护电阻R 接高压端,板电极通过测量电阻(R 1连接到低压接地端。当电晕发生时,电阻R 1内会有脉冲电流流过,由此可得出电晕起始电压U s 。通过示波器可以监测流过试品的电流变化。 图1 电晕试验装置示意图F i g .1Schema ti c diagra m of test equip m

9、 ent电极系统采用针 板模式以模拟现场中的尖端电晕放电。示意图如图2所示。针电极为高压电极,长40mm,针尖曲率半径为0 5mm 。板电极为低压电极,直径为40mm 。针、板电极中心相对,将试品放置于板电极上进行加压电晕试验。针电极、板电极分别嵌入由绝缘杆支撑的环氧玻璃布材料的绝缘板内。上极板可以在绝缘杆上上下移动以调节针电极到试品的距离。下极板可以滑出方便放置或取出试品。针 板电极材料均为铜。把电极系统放入老化试验箱内,老化试验箱可以调节温湿度。 图2 电极系统示意图F ig .2 Sche m atic d i agra m o f e l ectrode syste m1 3 电晕老化

10、试验试验时周围温度为18 2 ,相对湿度为35%45%。调节针电极到试样表面距离为1mm ,通过调压器调压,观察示波器上的电流变化,得到电晕起始电压Us 约为3kV 。若试验施加电压过低,试验时间过长,效率低;施加电压过高容易造成击穿。本试验中施加电晕起始电压的二倍,即6k V,50H z 的交流电压对试品进行加压。将电晕放电不同时间的硅橡胶试片取出,进行憎水性的测试。1 4 憎水性测试本文采用静态接触角法测量和评价硅橡胶的憎水性。采用美国科诺工业有限公司的静态接触角测量仪及其配套的分析软件对硅橡胶材料的憎水角进行测量。另外,考虑到针尖电晕在试片表面的作用范围有限,在测量试片的憎水性时,测量的

11、位置为针电极所正对的试品表面直径为10mm 的圆形区域内。每次摄入试品表面的去离子水量约为2 L,同条件下每片试品测量3个接触角,并取其平均值作为该条件下该试品的憎水性静态接触角测量值。2 结果与讨论2 1 试验结果对试品施加6kV 电压,电晕放电不同时间的硅橡胶试片取出,进行憎水性的测试。通过图3可以看出,电晕放电不同时间后硅橡胶表面的憎水性丧失是一个渐进的过程。电晕1m i n 后,试样表面的水滴呈较为饱满的水珠状,之后随着电晕时间的增加,水滴逐渐变扁平,当电晕10m in 后,试样表面的水滴即呈现为一片水膜,之后其憎水性照片变化微弱。图3 6kV 电压作用下憎水性随电晕时间的变化图F i

12、 g .3 T he photos of hydrophob i c ity l oss unde r6k V voltage a t d iffe rent corona ti m e15华北电力大学学报2010年表1 6k V电压作用下静态接触角 随时间变化的数据T ab.1 D ata for static contact ang le chang es w ith the ti m e under6k V vo ltage作用时间t/m i n 静态接触角/( 作用时间t/m i n静态接触角/( 0107 361028 76198 001524 82286 442018 29348

13、733013 87441 06608 71537 221208 42另外,从表1的数据可看出,电晕前试样的静态接触角 为107 36 ,随着电晕时间的增加, 逐渐降低,当电晕20m i n后 下降为18 29 ,电晕1h后保持在10 以下。为了观察无放电情况下的憎水性变化,对试品施加2kV(低于电晕起始电压电压进行试验。从表2中数据可以看出,在2kV电压作用下,试品表面静态接触角基本无变化。表2 2kV电压作用下静态接触角 随时间变化的数据T ab.2 D ata for static contact ang le chang es w ith theti m e under2k V vo l

14、tage作用时间t/m i n 静态接触角/( 作用时间t/m i n静态接触角/( 0108 2160108 565108 0475107 2015107 2190107 5630107 97105107 0345108 34120108 06图4为试品分别在6kV和2kV电压作用下,静态接触角随时间变化趋势。通过比较可以明显看出,电晕放电使试品表面的憎水性逐渐的丧失,而在未发生电晕放电时,仅有电场作用,硅橡胶材料憎水性基本无变化。表3 静态接触角恢复数据T ab 3D ata for static contact ang le recovery恢复时间t/m i n 静态接触角/( 恢复时

15、间t/m i n静态接触角/( 037 2224090 742 3930092 31 1650 7936093 21 2558 3542093 79 3868 0460097 31 6575 01840100 03 12079 891200104 06 18087 561800106 5 另外,对6kV电压下电晕5m in的试品憎水性恢复进行观测。图5和表3分别给出了其静态接触角恢复曲线和数值。可见,经过一段时间,暂时丧失的憎水性可基本恢复到原始值。2 2 讨论硅橡胶的主要组成为聚二甲基硅氧烷(Po lyd i m ethy l siloxane,PD M S,PDM S的分子结构如图6 所示

16、。图6 PDM S的分子结构式F i g.6 M o l ecule structure of PDM S其主链由硅原子与氧原子交替排列组成,侧链是对称分布的甲基,并引入少量活性乙烯基提16第4期王秋莎,等:电晕对室温硫化硅橡胶憎水性的影响研究供交联点。在PD M S的分子组成中,决定其宏观性能的四个主要特征为:甲基基团之间小的分子作用力;硅氧主链的柔顺性;硅氧键的高能键;硅氧主链的局部离子特性。其中非极性的甲基基团紧密排列在硅氧主链两侧且向表面取向,屏蔽掉Si-C键的强极性作用,从而使硅橡胶表现出优异的憎水性。当电晕放电发生时,产生大量的电子,在带电粒子的作用下,试样表面发生氧化反应,消耗了

17、表面的甲基基团,削弱了其对亲水性S i-O主链的屏蔽作用。同时,化学反应生成硅醇S i-OH、硅烷醇S i-C H2、羰基C=O等亲水性基团。这些因素都会导致试样表面的憎水性减弱或暂时丧失。当外加电压低于电晕起始电压,形成的电场强度不足以电离周围空气,很少发生氧化、交联的反应,所以憎水性基本不变。3 结 论通过试验证明搭建的电晕老化试验装置可有效地模拟电晕老化。硅橡胶材料的憎水性会在电晕作用下逐渐丧失,但暂时丧失的憎水性经过一段时间后方可恢复。在无放电情况下,仅有电场作用时硅橡胶材料憎水性基本不变。参考文献:1梁曦东.高电压外绝缘技术的新发展J.绝缘材料通讯,1999,(2:16-20.2周志

18、敏.硅橡胶合成绝缘子的发展及其应用J.大众用电,2004,(6:20-22.3崔江流,宿志一,易辉.我国硅橡胶合成绝缘子的应用与展望J.中国电力,1999,32(1:38-41. 4李敬雄.浅谈合成绝缘子J.四川电力技术,2003,(4:45-46.5金卫东,王立峰.绝缘子运行寿命的试验研究J.高电压技术,2006,32(8:22-25.6梁曦东,李震宇,周远翔.交流电晕对硅橡胶材料憎水性的影响J.中国电机工程学报,2007,27(27:1923.7王建国,刘洋,方春华,等.交流电晕对高温硫化硅橡胶性能的影响J.高分子学报,2009,4:332337.8祁黎,颜景莲,欧阳旭丹,等.复合绝缘子硅

19、橡胶材料老化试验研究J.电网技术,2006,30(12:91949DL/T810-2002 500kV直流棒形悬式复合绝缘子技术条件S.10司马文霞,刘贞瑶,蒋兴良,等.硅橡胶表面分离水珠的局部放电对表面特性的影响J.中国电机工程学报,2005,25(6:113118.11M oreno V M,G orur R S.AC and DC Perfo r mance o fP o l ym eric H ous i ng M ateria l s f o r HV Outdoo r Insu l a ti onsJ.I EEE T ransacti ons on D ielectr i c and E lectr i ca l In-su l a t o rs,1999,5(3:342350.12M oreno V M,G o rur R S.E ffec t o f L ong-ter m Coronaon N on-cera m ic Ou t door Insulator H ousi ng M ater i a lsJ.I EEE T ransacti ons on D ielect