００≤毒００ ｌｌ ｌｌｌ。 ＿ 研究与分析ＹＡＮ ＪＩＵ Ｙｕ ＦＥＮ Ｘ 硅橡胶合成绝缘子外绝缘老化性能研究 王秋莎 （华北电力大学电气与电子工程学院，河北保定摘０７１００３） 要：高温硫化（ＨＴＶ）硅橡胶因其强憎水性、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，ＨＴＶ硅橡胶更易受电晕、紫外辐射等因素的影响而老化。文章介绍了通过针一板电 极系统模拟现实中的尖端电晕放电，用氙灯辐照对ＨＴｖ硅橡胶进行紫外加速老化的研究过程。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．而氙灯辐照对ＨＴｖ硅橡胶表面憎水性影响不 大，纯电场作用对硅橡胶表面的憎水性影响甚微；然而氙灯辐射后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。 关键词：ＨＴｖ硅橡胶；电晕；氙灯辐射；老化；憎水性；硬度；扫描电镜 中图分类号：ＴＭ８５２；ＴＭ８５１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７３—７５９８（２０１０）０９—００２６—０４ ０ 引言 硅橡胶合成绝缘子具有重量轻、机械强度高、优 异的电化学性能等优点，并有憎水性和憎水迁移性、 １ 试验装置及测试评定方法 １．１试样制备 试样采用ＨＴＶ硅橡胶材料。由保定电力修造厂 恢复性等独一无二的优越性，使其打破了瓷绝缘子 在线路领域内近百年的统治地位，成为电力系统使 用较多的绝缘子产品。 与瓷和玻璃等无机材料相比，合成绝缘子的外 绝缘材料ＨＴＶ硅橡胶材料分子中各元素通过共价 键结合．元素问的键和力比较弱，并且材料内部存 在大量的碳氢化学键。因此，在表面放电、紫外线、 制备，其配方按传统工艺配制。试样制备尺寸为４０ ｍｍｘ４０ ｍｍｘ１．５ ｍｍ（长ｘ宽ｘ厚）。试样表面光滑，根 据ＤＩｄＴ ８ １０—２００２［ｓｌ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 ２４ ｈ后备用。 １－２性能测试 温度等因素作用下．使得ＨＴＶ硅橡胶的大分子链较 易断裂，从而引起材料内部结构的改变¨１４】。另外， 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ＳＬ２００Ａ／Ｂ动／静态 合成绝缘子长期在大气环境中运行，不可避免地承 受日照、高湿、温差及空气中有害物质等大气环境 因素引起的老化以及绝缘子表面放电引起的电老 化。绝缘子外绝缘材料的老化会影响绝缘子正常稳 定运行．甚至影响电力系统的正常稳定运行。因 此，对其外绝缘材料ＨＴＶ硅橡胶的老化性能进行研 接触角测量仪及其配套的分析软件对ＨＴＶ硅橡胶材 料的憎水性进行测量，接触角测量范围为２５Ｏ １４０。 时，测量误差为±１。。采用北京时代之峰科技有限公 司ＴＨ２００Ｂ￣式Ａ硬度计对试品进行硬度测量，测量范 围为０～１００ ＨＡ。当硬度值在２０～９０ ＨＡ范围内时，测 量误差≤±１ ＨＡ，分辨率为０．２ ＨＡ。使用北京中科科 仪ＫＹＫＹ一２８００Ｂ型数字化扫描电子显微镜对硅橡 胶表面进行微观分析。 １．３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 究，是十分必要的 。 本文通过自行搭建的老化试验系统Ｘ￣ＨＴＶ硅橡 胶进行电晕及紫外老化，从憎水性、硬度、表面形态 等方面对材料老化进行评估。 收稿日期：２０１０—０６—２６ 作者简介：王秋莎（１９８６一），女，辽宁清原人，硕士研究生，研究．ｂ－Ｉ￣ｌ为新型绝缘材料及其老化特性。 ＹＡＮ ＪＩＵ Ｙｕ ＦＥＮ ｘｌ研究与分析 叠 ＿ 。ｊ ＿ ＿ ≤ 《 变压器调节产生，频率５０ Ｈｚ，针电极通过保护电阻 Ｒ接高压端，板电极通过测量电阻Ｒ 连接到低压接 地端。当电晕发生时，电阻Ｒ 内会有脉冲电流流过， 由此可得出电晕起始电压 。通过示波器可以监测 流过试品的电流变化。电极系统采用针一板电极以 ２．１ 交流电晕后ＨＴＶ硅橡胶憎水性能 ２试验结果与讨论 电晕试验温度为１８＋２ ｏＣ，相对湿度为２５％～ ３０％。针电极到试样表面距离为１ ｍｍ．调节调压器。 模拟现场中的尖端电晕放电。针电极为高压电极， 长４０ ｍｍ，针尖曲率半径为０．５ ｉｎｎ。板电极为低压电 极，直径为４０ ｍｍ。针、板电极材料为铜，中心相对， 观察示波器上电流变化得到电晕起始电压约为 ３ ｋＶ。本试验中施Ｊ／１７６ ｋＶ，５０ Ｈｚ的交流电压对试品 将试品放置于板电极上进行加压电晕试验。针电极、 进行加压。不同时问取出试片进行憎水性测试。 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。把电极系统放入老化试验箱内（见图２）， 以便对试验环境的温度、湿度进行调节。 调 压器 变压器 示波器 图１ 实验装置示意图 图２老化试验箱 １．４紫外老化试验装置 紫外老化用氙灯作为辐照老化光源，对ＨＴＶ 硅橡胶进行辐照老化，因为氙灯光源经过适当滤 波后的光谱和实际太阳光谱最为接近。采用北京 利辉公司生产的ｓＮ一６６氙灯老化箱对试片进行老 化，温度范围为ＲＴ＋１０～７０ ｏＣ，波动度±１℃，湿度范 围为５０％～９８％，波动度为＋２％～一３％Ｒ．Ｈ。采用 ２．５ ｋＷ的风冷型氙灯管，用石英玻璃罩进行过 滤，氙灯辐射强度为５０～５５０ Ｗ／ｍ ，光谱波长范围为 ３００－７８０ ｎｍ。 本试验紫外辐射强度设为５００ Ｗ／ｍ ，黑板温度 为６５ 。把ＨＴＶ硅橡胶的试片放人氙灯老化箱内， 辐照１ ０００ ｈ，定期取出进行憎水性、硬度及ＳＥＭ￣，０ 试 如图３所示。随着电晕时间的增加，试品表面的 静态接触角逐渐变小。开始时静态接触角为１０６．４２。． 电晕６０ ｒａｉｎ后下降到１０。左右，以后基本不变。由此 可见，经过交流电晕作用后，ＨＴＶ硅橡胶表面憎水性 的丧失是一个渐进的过程。 为了观察无放电、仅有电场作用时试品表面的 憎水性变化，对试品施加２ ｋＶ（低于电晕起始电压） 电压进行试验。从图４中可以看出，在２ ｋＶ电压作用 下，试品表面静态接触角基本无变化。 ｌ１Ｏ １００ ９Ｏ ８Ｏ 一７０ ｏ 蝼５０ 箍４ｏ ３０ ２Ｏ １Ｏ ０ 图３ ６ ｋＶ电晕后试片憎水性变化 １ １ —１ ｏ 摇 趟 怕 艋 作用时ｌ＇￣／ｍｉｎ 图４纯电场作用下试片憎水性变化 ２．２氙灯辐射后ＨＴＶ硅橡胶性能变化 对ＨＴＶ硅橡胶试片进行１ ０００ ｈ的氙灯老化试 验，每２４ ｈ取出３片进行憎水性及硬度的测试，取其 平均值作为该试片该时刻的值。从图５、图６可以看 出，氙灯老化对材料憎水性的影响不大，而硬度随着 研究与分析ＹＡＮ ＪＩＵ ＹＵ ＦＥＮ Ｘ 老化时间的增加有增大的趋势。 ｌ００ 作用时ｌ＇．Ｖｈ 图５紫外老化后试片的硬度变化 １ １ １ １ １ 一 抬 ｛轻 ０ １００ ２。。３０。４００ ５ＯＯ ６００ ７００ ８００ ９Ｏ０１ ０（３０ｌ １ＣＯ 作用时间，ｈ 图６紫外老化后试片的憎水性变化 对材料进行扫描电镜测试分析。与初始材料相 比（见图７（ａ）），紫外老化１ ０００ ｈ后（见图７（ｂ））材料 表面变得凹凸不平，粗糙度变大，有填充物外露的趋 势。 『ｈ、１ ０００ ｈ 图７ ＳＥＭ测试 ２．３讨论 硅橡胶的主要组成为聚二甲基硅氧烷 （Ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌ—ｓｉｌｏｘａｎｅ，ＰＤＭＳ），ＰＤＭＳ的分子结构 如图８所示。 ｉＨ３ ｉ ｉ ｃＩ｛ ＣＨ３一Ｓｉ—ｏ一【ｓｉ一０］ 一【ｓｉ—ｏ】 一ｓＩ＿ＣＨ３ ｌ Ｉ Ｉ Ｉ ＣＨ３ ＣＨ３ ＣＨ＝ＣＨ２ ＣＨ３ 其中ｍ》ｎ，ｍ≈５ ０００～１０ ０００， ≈１Ｏ￣２Ｏ 图８ ＰＤＭＳ的分子结构 硅橡胶优异的憎水性主要因为非极性的甲基基 团紧密排列在硅氧主链两侧且向表面取向，屏蔽掉 ＳｉＣ键的强极性作用ｌ１ｏｌ。电晕放电产生的带电粒子的 能量可以破坏硅橡胶材料分子结构，使硅橡胶发生 裂解和氧化，硅橡胶分子中的Ｓｉ一０键、ｓｉ—Ｃ键和Ｃ— Ｈ键的相对强度均随着电晕老化时间的增加呈下降 趋势，造成硅橡胶材料憎水性下降。 当用氙灯辐射对硅橡胶试片进行老化时，由于 氙灯光谱集中在可见光区．可见光光子能量范围约 为１ ５８～３０９ ｋＪ／ｏｔｏｌ。能量不足以切断Ｓｉ一０键、Ｃ—Ｈ键 和０一Ｈ键。非极性的甲基基团未被破坏，所以试片表 面憎水性基本不变。但部分Ｓｉ—ｃ键有可能被切断，造 成试样中的 有析出趋势，表面变得粗糙，凹凸不 平。另外ｓｉ—Ｃ键被切断后，会发生交联反应，使得硅 橡胶表面强度提高，弹性和韧性下降，导致硬度下 降。 ３ 结语 本文对硅橡胶合成绝缘子外绝缘材料进行短时 电晕及紫外老化试验。试验结果表明，紫外辐射对材 料表面的憎水性影响不大，ＨＴＶ硅橡胶表面憎水性 的逐渐丧失主要是由电晕放电引起。而紫外老化会 使硅橡胶材料硬度变大，材料表面变粗糙。因此，合 成绝缘子材料配方筛选及长年限绝缘子运行性能检 测时应加强交流电晕放电以及紫外老化影响的评 估。 参考文献 【１１张建华．复合绝缘子硅橡胶外套材料性能稳定性的初步 研究［Ｊ］．电瓷避雷器，１９９８，４１（５）：８—１２． 【２］邱志贤．高压复合绝缘子及其应用［Ｍ】．北京：中国电力出 版社．２００６． 『３］查鲲鹏．合成绝缘子老化试验智能测量系统的研究［ＤＪ ．北京：中国电力科学研究院，２００２． ＹＡＮ ｄｌＵ ＹＵ ＦＥＮ ＸＩ研究与分析 ｉ ｌ００ 毒溺 ［４１梁曦东．高电压外绝缘技术的新发展ｌＪＩ．绝缘材料通讯， 条件［ｓ】． １９９９，３４（２）：１６—２０． ［９】王绍武．污秽地区有机外绝缘特性的研究［Ｄ１＿北京：清华 ［５］崔江流，宿志一，易辉．我国硅橡胶合成绝缘子的应用与 大学．２００１． 展望【Ｊ］．中国电力，１９９９，３２（１）：３８—４１． ［１０］司马文霞，刘贞瑶，蒋兴良等．硅橡胶表面分离水珠的局 ［６］周志敏．硅橡胶合成绝缘子的发展及其应用ｌＪ１．大众用 部放电对表面特性的影响ｌＪ１．中国电机＿丁程学报，２００５． 电，２００４，２０（６）：２０—２２． ２５（６）：１１３－１１８． ｆ７］贾志东，方苏，杨翠茹，等．ＡＴＨ对复合绝缘子用硅橡胶性 ［１１】贺士明，郭京生．输电线路合成绝缘子运行中存在的问 能影响的分析ｌＪ１．陕西电力，２００７，３５（８）：１－３． 题及应对措施【ＪＪ．内蒙古电力技术，２００９，２７（１）：５８—５９． ［８］ＤＩＪＦ ８１０—２００２，￣５００ ｋＶ直流棒形悬式复合绝缘子技术 （责任编辑徐钊愈） Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ａｇｉｎｇ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｅｘｔｅｒｎａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｒｕｂｂｅｒ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ ＷＡＮＧ Ｑｉｕ－ｓｈａ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎｏｒｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂａｏｄｉｎｇ ０７ １ ００３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＨＴＶ ｓｉｌｉｃｏｎｅ ｒｕｂｂｅｒ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｕｓｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｏｕｔｅｒ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｍａｔｅｒｉａ１ ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｉｎｓｕｌａｔｏｒｓ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｉｔｓ ｏｕｔｓｔａｎｄｉｎｇ ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｅｉｔｙ，ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｅｉｔｙ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ａｎｄ ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃｉｔｙ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｐｒｏｐｅ￣ｉｅｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌ， ＨＴＶ ｓｉｌｉｃｏｎ ｒｕｂｂｅｒ ｉｓ ｅａｓｉｅｒ ｔｏ ｂｅ ａｇｅｄ ｂｙ ｃｏｒｏｎａ ａｎｄ ＵＶ ｒａｄｉａｔｉｏｎ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａ ｎｅｅｄｌｅ—ｐｌａｎｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｐｏｉｎｔ ｃｏｒｏｎａ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ，ａｎｄ ＵＶ ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ ａｇｉｎｇ ｔｅｓｔ ｉｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｆｏｒ Ｈ＿ｒＶ ｓｉｌｉｃｏｎ ｒｕｂｂｅｒ ｂｙ ｘｅｎｏｎ ｌａｍｐ ｒａｄｉａｔｉｏｎ．Ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃｉｔｙ ｌｏｓｓ ｏｎ ｔｈｅ ＨＴＶ ｓｉｌｉｃｏｎｅ ｒｕｂｂｅｒ ｓｕｒｆａｃｅ ｉｓ ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅ，ｈｕｔ ＵＶ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｕＩ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ ａｌｌ ｈａｖｅ ｌｉｔｔｌｅ ａｆｆｅｃｔ ｏｎ ｔｈｅ ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃｉｔｙ ｏｆ ＨＴＶ ｓｉｌｉｃｏｎ ｒｕｂｂｅｒ．Ａｆｔｅｒ ＵＶ ｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｈ＿ｒｖ ｓｉｌｉｃｏｎｅ ｒｕｂｂｅｒ ｉｓ ｍｕｃｈ ｈａｒｄｅｒ ａｎｄ ｒｏｕｇｈｅｒ．Ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｂｅｃａｍｅ ｒｕｇｇｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｆｉｌｌｅｒ ｈａｓ ｔｈｅ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ｅｘｐＯＳＵｒｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｈ ｒｖ ｓｉｌｉｃｏｎｅ ｒｕｂｂｅｒ；ｃｏｒｏｎａ；ｘｅｎｏｎ ｌａｍｐ ｒａｄｉａｔｉｏｎ；ａｇｉｎｇ；ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃｉｔｙ；ｈａｒｄｎｅｓｓ；ＳＥＭ 姿讯链接 三峡电站连续满负荷安全稳定运行时长再创新纪录 自２０１０年８月２４日以来，三峡电站２６台巨型水轮发电机组始终处于满负荷运行状态。截至９月 １３日，电站已满负荷安全稳定运行超过４６０ ｈ，打破了今年７月份创下的连续满发时间最长纪录。 根据中国长江三峡集团公司提供的水情信息，１３日１６时，三峡坝上水位为１６２．０１ ｍ，坝下水位 为６９．２６ ｍ，上下游水位落差达９０ ｍ以上，超过机组满发对水头的要求。入库流量为３万ｍ３／ｓ，水量也 满足机组满发要求。监测结果表明，目前三峡电站保持安全稳定运行。据预计，２６台机组满负荷运 行还将持续一段时间。 （信息来源：中国电力信息网） 薯
