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室温硫化涂料的老化及研究新进展           
室温硫化涂料的老化及研究新进展
作者:佚名 文章来源:不详 点击数: 更新时间:2008-9-26 14:25:32
摘要:   室温硫化(RTV)硅橡胶涂料作为防止电力系统污闪的有效技术措施而在电网中得到广泛应用。由于使用环境和产品质量的差异,不同地区使用的RTV涂料都存在着老化和使用年限的问题。文中分析了影响RTV涂料老化的主要因素,即影响RTV涂料的憎水性、憎水迁移性和憎水恢复特性的主要因素,如温度、表面放电、紫外线照射等;指出了RTV老化研究的关键就是对上述三性能与运行环境的研究;对RTV涂料老化的研究进展进行了论述,比较了国内外的研究方法;提出了RTV涂料应用及其老化应当注意的问题,如老化时间应综合考虑涂层的耐污性、憎水性以及环境等因素。 关键词: 室温硫化;绝缘子涂料;污闪;老化;输变电      随着工农业的快速发展,环境污染日益严重。在污秽、湿润条件下,瓷绝缘子的外绝缘强度会明显下降,在运行电压下就可能发生沿面闪络,即污闪。污闪事故往往会引起停电事故,造成严重经济损失,污闪问题已经成为电网安全可靠运行的严重障碍之一。在电力生产运行中,对电瓷外绝缘进行清扫、调爬、喷涂是防止污闪的3种基本方法。但清扫费时费力;调爬停电时间长,经济代价高;而喷涂室温硫化(RTV)防污闪涂料工艺简单、施工时间短,涂后耐污闪能力强且免维护,具有较多的优点,因而越来越受到电力部门的欢迎,现场使用日益广泛。在瓷绝缘子表面喷涂一层RTV硅橡胶涂料后,可提高瓷绝缘子的污闪电压2倍以上。自1986年起,天津市电力公司开始在天津电网上采用RTV涂料,取得了良好的防污闪效果和经济效益。目前RTV涂料在全国各地电网上都有了一定规模的使用,已经作为防止污闪的重要技术措施来应用。

  然而,跟其他有机绝缘材料一样,随着运行时间的增加,RTV涂料也不可避免地出现了老化现象,如涂层剥落,憎水性能下降,憎水迁移能力减弱和憎水性恢复时间拉长等,从而引发了人们对于RTV涂料老化(即使用寿命问题)的关注。另外,国内生产RTV涂料的厂家众多,产品质量良莠不齐,施涂工艺缺乏严格的规范,运行一段时间后各产品性能下降的程度不相同,因此如何对不同RTV涂料的老化进行判断值得研究。

1 RTV涂料防止污闪的原因



     RTV涂料具有优异耐污闪能力的主要原因在于其具有良好的憎水性、憎水迁移性和憎水恢复特性。

     憎水性是硅橡胶类材料的基本特性之一。通常使用的瓷或玻璃绝缘子的表面是亲水性的,即在各种湿润条件下容易吸附水分并形成连续水膜,在绝缘子表面有污秽的情况下,易形成导电性通道,从而使瓷绝缘子的污闪电压降低。具有硅橡胶涂层的绝缘子,由于硅橡胶涂层的憎水性,不易吸附水分,即使有水分,水分也不是以连续的水膜形式存在,而是以不连续的小水珠的形式存在,因而不易形成导电通路,这样在污秽情况下就不易形成导电通道,从而提高了外绝缘的污闪电压。

     所谓憎水迁移性是指当硅橡胶材料的表面积满污秽后,材料本身的憎水性可以迁移到污层表面,即污层表面也具有了憎水性能。污层表面也具有憎水性后,污层就不容易受潮湿润,受潮后吸附的水分也以不连续的小水珠形式存在。因而当有RTV涂层的绝缘子受污后仍然能保持优异的憎水性能,这是其能显著提高绝缘子污闪电压的一个重要因素。

     现场运行和试验室研究表明:硅橡胶表面的憎水性在一定外界条件下会减弱甚至暂时消失,然而随着时间的推移,憎水性又可以自行恢复,这一特性称为憎水性恢复特性。这是其能显著提高绝缘子污闪电压的又一个重要因素。

     正是由于RTV涂层具有憎水迁移性和憎水恢复特性这2个关键性特点,使涂有RTV涂层的绝缘子在脏污状态下其表面也能具有很好的憎水性,这也是其污闪电压远优于瓷或玻璃绝缘子的主要原因。

2 影响RTV涂料老化的因素



  RTV涂料作为一种有机绝缘材料,必然存在老化问题。运行过程中,RTV涂层要经受温度变化、湿度变化、紫外线照射、风雨洗刷、放电烧蚀、酸碱腐蚀等作用,不可避免地会出现龟裂、剥落、电蚀损、憎水性能下降等现象,当其性能下降到一定程度后便会失效而引发污闪,这种现象称为RTV涂料老化。

  国内的运行经验表明,经过几年运行后,不同地区、不同厂家的RTV涂料的老化现象不尽相同,有的运行近20年后仍然不需要维护,有的运行两三年后就必须覆涂。如何通过合适的手段来判定什么时候需要维护和覆涂,即如何来对RTV涂料的老化进行检测和判定,是广大运行单位非常关心的问题。
       

  如上所述,RTV涂料防污闪的根本原因在于其具有优异的憎水性、憎水迁移性和憎水恢复特性,因此这些特性的好坏无疑是衡量RTV涂料运行性能的一项重要指标,他们直接影响着有涂层绝缘子的耐污闪能力。研究RTV涂料的老化性能就是研究RTV涂料的憎水性、憎水迁移性和憎水恢复特性随外界因素的变化及其对污闪电压的影响的情况。

  国内外对影响RTV涂料憎水迁移性的因素进行了大量的试验研究,从目前的研究结果看,有一些因素不影响RTV涂料的憎水迁移性能,这些因素包括附盐密度、附灰密度、附灰频度和涂层厚度。试验结果表明:当这些因素改变时,对RTV涂料的憎水迁移性能影响不大。这也是RTV涂层能适应各种重污秽条件的一个重要原因。影响RTV涂料憎水性、憎水迁移性和憎水恢复特性的主要因素有:

  (1) 温度。试验结果表明,憎水性的迁移时间和温度有关,温度越高,憎水性迁移越快。

  (2) RTV涂料表面的放电。RTV涂层表面的放电能使涂层的憎水性降低甚至消失,憎水性在放电消失后需要一定的时间才能恢复;另外,涂层表面电弧放电产生的高温还会烧损涂层。

  (3) 紫外线照射。紫外线照射能使硅橡胶材料的憎水性增强,憎水角增大,憎水性迁移时间缩短。

  (4) 运行环境中化学物质的影响。化学污染物中含有的酸和碱类物质对于高分子材料有一定的腐蚀作用,不同配方的RTV涂料,其耐酸和耐碱性能也不完全相同,因此不同化工污染地区RTV涂料的憎水性能随运行时间的变化就不相同。

  (5) RTV涂料的配方。不同配方的RTV涂料,其含有硅橡胶和添加剂的比例及添加剂的种类都不相同。这些也是影响RTV涂料憎水性及憎水迁移性的重要因素。


3  RTV涂料老化的判定




  RTV涂料的性能受周围环境因素的影响,不同地区的RTV涂料所经历的环境变化不同,必然造成RTV涂料的老化程度也不相同。如何对其老化程度进行判断是广大运行部门比较关心的问题。综合试验研究和运行经验表明,RTV涂层寿命结束的特征就是RTV涂层不再具有憎水性和憎水迁移性,即剩余的RTV涂层不能再有效提高绝缘子的污闪电压为止。RTV涂层的使用寿命应结合运行环境、紫外照射、环境污区等级、污秽种类等诸多因素综合考虑。

  对于RTV涂料的老化,由于憎水性、憎水迁移性和憎水恢复性是衡量RTV涂料运行性能的一项重要指标,因此研究RTV涂料的老化的重点应放在研究涂料的憎水性、憎水迁移性和憎水恢复特性随外界因素的变化及他们对污闪电压的影响上,并根据这些变化来对涂料的老化进行判断。

  从目前的研究方法看,RTV涂料的老化可以从二个方面进行研究:一是从研究RTV涂层绝缘子的电气特性着手;一是从研究RTV涂层的理化特性来分析。

  RTV涂料憎水性及其迁移特性的好坏将直接影响RTV涂层在带电情况下的运行状况及其污闪电压。通过对运行多年的有涂层的绝缘子进行人工污闪试验来考核RTV涂层的憎水性和憎水迁移性,进而推断RTV涂料的老化程度,这一方法是最直观的测试方法。国内有单位通过测量不同运行时间、不同产品的绝缘子的人工污秽试验来研究RTV涂料的老化。试验结果表明,由不同厂家生产、运行不同年限的产品在相同污秽条件下的泄漏电流和污闪电压有较大的差别。也有观点提到具有RTV涂料的绝缘子的耐污闪能力逐年丧失,可以根据其丧失幅度来推断其老化程度和运行年限。但这种做法似乎并不合适,因为不同地区的气候环境不尽相同,外绝缘的配置也不相同,涂层的完好程度随检修情况的变化也会不相同,因此简单根据RTV涂层绝缘子的污闪电压来推算寿命的方法有待探讨。另外,目前关于泄漏电流和污闪电压之间的关系还没有确定下来,还难以从泄漏电流来直接判断污闪电压的情况。因此靠泄漏电流来判定RTV涂料老化的程度也是不十分可靠的。

  国外广泛开展了RTV涂料的人工老化试验研究。有的研究人员结合盐雾耐漏电起痕试验方法和紫外辐射老化试验方法,分别采用不同的老化试验程序研究了温度、盐雾、紫外辐射、表面放电等对RTV涂料的分子结构、质量、憎水性能和憎水迁移性能的影响,并研究了这些因素对于RTV涂料的老化影响及运行寿命的判断方法。

  对于RTV涂层的理化特性分析,目前主要采用二种:一种是傅立叶变换红外光谱分析;另一种是热分析。

  傅立叶变换红外光谱分析可用于分析材料表面的特征官能团,已在硅橡胶的研究及老化分析中得到广泛应用。通过对RTV涂层的傅立叶变换红外光谱分析,可得到涂层的红外谱图。以新制RTV涂层的红外谱图为基准时,可以看到不同老化时间的涂层内部基团振动所引起的红外曲线峰值有不同程度的减弱。这种现象可能是所受紫外照射强度、温度等外界自然条件的不同以及积污程度的不同造成的。对比不同年限的表面涂层的红外谱图,可发现运行时间的长短对涂层膜内部有机分子特征官能团的变化影响很大,运行年限越长,红外曲线的峰值下降也越明显。此外,运行线路周围污染源的种类和污染程度对涂层膜红外谱图的变化也有很大影响,从而对涂层表面的憎水性产生影响。

  热分析是指与温度有关的测量,即在程序控制温度变化下,测量物质的质量、温度、尺寸、声、光、热、力、磁等性质。常用的热分析方法有热重分析、差热分析、差示扫描热分析等。

  在给定温度下每个体系总是趋于达到自由能最小状态,因此当逐渐加热试样时,它可转变成更稳定的晶体结构或具有更低自由能的另一种状态。随着这种变化,试样可能发生脱水、升华和分解等变化,从而引起物质质量的变化。热重分析就是基于这一原理而实现的分析方法。用热重法记录的质量变化对温度的关系曲线就称热重分析曲线(TG曲线)。利用有机物易在高温下反应变成气态物质的特点,可采用TG分析来测定试样的质量变化,从而计算出RTV涂层中有机物的含量。通过对绝缘子表面的剩余涂层取样进行热重分析,可以推算涂层中的橡胶含量。试验结果表明,不同地区、不同运行时间的RTV涂层的橡胶含量是不同的。而RTV涂层中的橡胶成分对于涂层长期使用的憎水性以及使用寿命有重要的影响,RTV涂料中橡胶含量相对于填料含量的比例越大,憎水性能越好。因此采用TG曲线分析可以简单、快速地计算出RTV涂层中的橡胶含量,从而判断RTV涂层的憎水性能和老化情况。

  国外还有通过对RTV涂料进行长时间盐雾试验老化,试验结束后通过计算RTV涂料的质量变化来推算寿命的方法。该方法是以RTV的老化是由于小分子物质的逐步丧失所引起为基础的。这与国内的研究基础是不一致的。国内的研究结果表明,小分子物质对于RTV涂料的憎水特性没有什么影响。

  这些方法,从泄漏电流和污闪电压来判断RTV涂料的寿命比较直接,但目前还不够成熟,缺乏标准的试验方法和判据,而且难以对寿命进行量化,只能进行定性分析。傅立叶变换红外光谱分析和热分析虽然对RTV涂料的寿命容易进行量化分析,但用其来判断涂料的寿命还缺乏有效的说服力,尚需进一步积累经验。


4 结论




  (1) 憎水性、憎水迁移性和憎水恢复特性是RTV涂料具有优异的耐污闪性能的主要因素。因此研究RTV涂料的老化,应关注RTV涂层这3项指标的变化情况。

  (2) 具有RTV涂料的绝缘子的使用寿命与多种环境因素有关,因此其老化时间应结合涂层的耐污性能、憎水性表现,以及运行环境等多方面因素作综合考虑。

  (3) 利用污闪电压和泄漏电流只能对RTV涂料进行定性分析,不能用于量化判断寿命;傅立叶变换红外光谱分析和热分析是判断RTV涂料老化的新的有效手段,但还需要进一步积累经验,才能用于RTV涂料寿命的判断。


5 参考文献




[1] 高海峰,贾志东,关志成.运行多年RTV涂料绝缘子表面涂层老化分析研究.中国电机工程学报,2005,25(9).

[2] 关志成,于素竹,贾志东.RTV硅橡胶涂层耐污闪性能及憎水迁移特性. 高电压技术,1993,19(4).

[3] 贾志东,谢恒堃,关志成.室温硫化硅橡胶涂层憎水性迁移机理的研究.高电压技术,1999,25(1).

[4] 汪涛,马建国,张致,等.室温硫化硅橡胶防污闪涂料使用寿命的试验研究.电网技术,1999,23(4).

[5] Suwarno,Salama,K T Sirait.Effects of tropical climate
on the performance of RTV silicone rubber with various filler

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