1、硅橡胶一、一、概述概述 1、在外绝缘上应用的有机材料分类及初步评价、在外绝缘上应用的有机材料分类及初步评价 1.1三元乙丙橡胶三元乙丙橡胶 三元乙丙橡胶是以乙烯、丙烯及少量非共轭双烯为单体三元乙丙橡胶是以乙烯、丙烯及少量非共轭双烯为单体共聚而制得。因其常温流动性好，具备很好的耐天候、耐臭共聚而制得。因其常温流动性好，具备很好的耐天候、耐臭氧、耐热、耐酸碱和电性能，在高压绝缘领域有一定的应用。氧、耐热、耐酸碱和电性能，在高压绝缘领域有一定的应用。三元乙丙橡胶分子结构上没有极性基团，宏观表现缺乏三元乙丙橡胶分子结构上没有极性基团，宏观表现缺乏极性，对各种极性化学品有较好的抗耐性，但也导致其内聚极性
2、，对各种极性化学品有较好的抗耐性，但也导致其内聚能低，自粘性和互粘性很差，使得伞套与芯棒界面特性较差，能低，自粘性和互粘性很差，使得伞套与芯棒界面特性较差，易发生蚀损、老化龟裂，使用寿命短。易发生蚀损、老化龟裂，使用寿命短。三元乙丙橡胶具备较好的憎水性，但表面积污后憎水性三元乙丙橡胶具备较好的憎水性，但表面积污后憎水性不能迁移至污层表面，而且在相同的接触压力下，耐电强度不能迁移至污层表面，而且在相同的接触压力下，耐电强度要比硅橡胶差。要比硅橡胶差。1.2环氧树脂环氧树脂 环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物的有机高分子化
3、合物。环氧树脂为热固性绝缘材料，在加入固化剂高温固化环氧树脂为热固性绝缘材料，在加入固化剂高温固化成型后，有很好的化学稳定性成型后，有很好的化学稳定性，具有优良的耐碱性、耐酸，具有优良的耐碱性、耐酸性和耐溶剂性，而且是具有高介电性能、耐表面漏电、耐性和耐溶剂性，而且是具有高介电性能、耐表面漏电、耐电弧的优良绝缘材料。电弧的优良绝缘材料。在环氧树脂的主链上引入脂环或苯在环氧树脂的主链上引入脂环或苯环支链，采用特殊的固化剂，可用于户外绝缘。环支链，采用特殊的固化剂，可用于户外绝缘。但因引入活性基团，环氧树脂表面易积污，积污后憎但因引入活性基团，环氧树脂表面易积污，积污后憎水性不能迁移至污层表面，使
4、其耐污闪得能力降低。环氧水性不能迁移至污层表面，使其耐污闪得能力降低。环氧树脂非常坚硬，长期运行后老化容易脆断；且环氧树脂易树脂非常坚硬，长期运行后老化容易脆断；且环氧树脂易吸潮，潮气与树脂中的酸性物质结合，形成酸性溶液，腐吸潮，潮气与树脂中的酸性物质结合，形成酸性溶液，腐蚀环氧树脂，不能保证内外绝缘的电气性能。蚀环氧树脂，不能保证内外绝缘的电气性能。1.3硅橡胶硅橡胶 硅橡胶主要是由高摩尔质量的线型聚硅氧烷组成。由硅橡胶主要是由高摩尔质量的线型聚硅氧烷组成。由于于-Si-O-Si-键是其构成的基本键型，硅原子主要连接甲基，键是其构成的基本键型，硅原子主要连接甲基，侧链上引入极少量的不饱和基团
5、，分子间作用力小，分子侧链上引入极少量的不饱和基团，分子间作用力小，分子呈螺旋状结构，甲基朝外排列并可自由旋转，因此硅橡胶呈螺旋状结构，甲基朝外排列并可自由旋转，因此硅橡胶硫化后具有优异的耐高、低温，耐候、憎水、憎水迁移、硫化后具有优异的耐高、低温，耐候、憎水、憎水迁移、电气绝缘性、生理惰性等特点。电气绝缘性、生理惰性等特点。1.3.1耐候性耐候性 如前所述，有机硅产品的主链为如前所述，有机硅产品的主链为-Si-O-Si-，无双键存在，无双键存在，且键能比紫外线辐照能量高，因此不易被紫外光和臭氧所且键能比紫外线辐照能量高，因此不易被紫外光和臭氧所分解。有机硅具有比其他高分子材料更好的热稳定性以
6、及分解。有机硅具有比其他高分子材料更好的热稳定性以及耐辐照和耐候能力，在自然环境下的使用寿命可达几十年。耐辐照和耐候能力，在自然环境下的使用寿命可达几十年。1.3.2耐温特性及化学稳定性耐温特性及化学稳定性 硅橡胶（硅橡胶（Silicone Rubber）是一种分子键兼具无机）是一种分子键兼具无机和有机性质的高分子弹性材料，它的分子主键由硅原子和有机性质的高分子弹性材料，它的分子主键由硅原子和氧原子交替组成（和氧原子交替组成（-Si-O-Si-）。硅氧键的键能达）。硅氧键的键能达370kJ/mol，比紫外线辐照能量高，比一般的橡胶的，比紫外线辐照能量高，比一般的橡胶的C-C结合键能结合键能24
7、0kJ/mol要大得多，在高温（或辐射照射）要大得多，在高温（或辐射照射）下分子的化学键不断裂、不分解。可在下分子的化学键不断裂、不分解。可在90+300温温度范围内长期使用，仍不失原有的强度和弹性。度范围内长期使用，仍不失原有的强度和弹性。硅橡胶硫化成型后，主链和侧链上均没有活性基团，硅橡胶硫化成型后，主链和侧链上均没有活性基团，因此硅橡胶具备极佳的化学稳定性，酸和碱都不会对其因此硅橡胶具备极佳的化学稳定性，酸和碱都不会对其分子结构造成影响。分子结构造成影响。而且，无论是化学性能还是物理机械性能，随温度而且，无论是化学性能还是物理机械性能，随温度的变化都很小。的变化都很小。1.3.3电气绝缘
8、性能电气绝缘性能 硅橡胶具有良好的电绝缘性能，其介电损耗、耐电压、硅橡胶具有良好的电绝缘性能，其介电损耗、耐电压、耐电弧、耐电晕、体积电阻系数和表面电阻系数等均在绝缘耐电弧、耐电晕、体积电阻系数和表面电阻系数等均在绝缘材料中名列前茅，而且它们的电气性能受温度和频率的影响材料中名列前茅，而且它们的电气性能受温度和频率的影响很小。其常规性能参数如下：很小。其常规性能参数如下：1.3.4优异的憎水性和憎水迁移性优异的憎水性和憎水迁移性 有机硅的主链十分柔顺，其分子间的作用力比碳氢化有机硅的主链十分柔顺，其分子间的作用力比碳氢化合物要弱得多，因此，比同分子量的碳氢化合物粘度低，合物要弱得多，因此，比同
9、分子量的碳氢化合物粘度低，表面张力弱，表面能小，成膜能力强。这种低表面张力和表面张力弱，表面能小，成膜能力强。这种低表面张力和低表面能使其具备优良的憎水性，使得雨水在硅橡胶表面低表面能使其具备优良的憎水性，使得雨水在硅橡胶表面呈水珠状，随时滚落，不会形成导电水膜或连成线状的水呈水珠状，随时滚落，不会形成导电水膜或连成线状的水流，这是电气设备在湿态条件下使用具有高可靠性的保障。流，这是电气设备在湿态条件下使用具有高可靠性的保障。而且，硅橡胶材料具备特殊的憎水迁移性，硅橡胶良好的而且，硅橡胶材料具备特殊的憎水迁移性，硅橡胶良好的憎水性能在憎水性能在2448小时内迁移至其表面的污秽上，使污秽小时内迁
10、移至其表面的污秽上，使污秽表面也具备憎水性。所以硅橡胶具有极高的耐污闪、耐雨表面也具备憎水性。所以硅橡胶具有极高的耐污闪、耐雨闪能力。闪能力。因此，硅橡胶已逐渐取代了其它复合绝缘材料在高压因此，硅橡胶已逐渐取代了其它复合绝缘材料在高压线路和变电站中广泛应用。线路和变电站中广泛应用。2、硅橡胶的种类和基本特点硅橡胶的种类和基本特点 硅橡胶产品能在电力系统中大量运行，主要得益于其硅橡胶产品能在电力系统中大量运行，主要得益于其优异的憎水性、憎水迁移性和耐污闪能力。现行市场上的优异的憎水性、憎水迁移性和耐污闪能力。现行市场上的产品，主要有以下三类：产品，主要有以下三类：3、三类硅橡胶的基本性能比较、三
11、类硅橡胶的基本性能比较，见下表：，见下表：复合绝缘子的组成复合绝缘子的组成 伞群、护套：有机合成材料制成。伞群、护套：有机合成材料制成。如：乙丙橡胶、硅橡胶等如：乙丙橡胶、硅橡胶等 玻璃钢芯棒：以玻璃纤维做增强材料、玻璃钢芯棒：以玻璃纤维做增强材料、环氧树脂做基体的玻璃钢复合材料环氧树脂做基体的玻璃钢复合材料 端部金具：表面镀有热镀锌层的碳素铸端部金具：表面镀有热镀锌层的碳素铸 钢、碳素结构钢以及高强度合金铝钢、碳素结构钢以及高强度合金铝均压环：降低端部电场畸变均压环：降低端部电场畸变 二、复合绝缘子在输配电线路的应用二、复合绝缘子在输配电线路的应用复合绝缘子的优点复合绝缘子的优点 复合绝缘子
12、的这种结构，将机械性能和电气性能分开，复合绝缘子的这种结构，将机械性能和电气性能分开，综合了伞群护套材料耐大气老化性能优越及芯棒材料拉伸综合了伞群护套材料耐大气老化性能优越及芯棒材料拉伸性能好的优点。性能好的优点。与传统的瓷绝缘子相比，复合绝缘子优越的性能主要与传统的瓷绝缘子相比，复合绝缘子优越的性能主要体现在：体现在：重量轻、运输安装方便；重量轻、运输安装方便；结构距离短，节省塔头空间，降低设计难度；结构距离短，节省塔头空间，降低设计难度；强度高、不易破碎；抗震性能佳强度高、不易破碎；抗震性能佳 耐污、湿闪性能优异，免清洗；耐污、湿闪性能优异，免清洗；免零值检测，减少输电线路的运行维护费用免
13、零值检测，减少输电线路的运行维护费用 220k V以上电压等级的价格优势明显以上电压等级的价格优势明显 1、复合绝缘子应用于外绝缘面临的主要问题及对策分析、复合绝缘子应用于外绝缘面临的主要问题及对策分析 目前在我国，复合绝缘子以其优异的耐污闪能力在系统目前在我国，复合绝缘子以其优异的耐污闪能力在系统中大量应用，而且多应用于重污秽地区，在保障电力系统安中大量应用，而且多应用于重污秽地区，在保障电力系统安全运行上发挥了显著作用。然而，在户外运行的复合绝缘子全运行上发挥了显著作用。然而，在户外运行的复合绝缘子因运行环境复杂，也时常出现问题，较常见就是损坏和老化。因运行环境复杂，也时常出现问题，较常见
14、就是损坏和老化。损坏：损坏：主要表现为绝缘子不能继续承担正常的机械或电主要表现为绝缘子不能继续承担正常的机械或电气负荷，往往造成导线落地、电力中断等恶性事故。气负荷，往往造成导线落地、电力中断等恶性事故。老化：老化：主要表现为外绝缘材质的劣化和因蠕变特性导致主要表现为外绝缘材质的劣化和因蠕变特性导致的芯棒机械强度降低，一般并不导致所承担机械或电气负荷的芯棒机械强度降低，一般并不导致所承担机械或电气负荷功能的丧失，但却不利于产品的长期使用。功能的丧失，但却不利于产品的长期使用。其它特殊的问题：其它特殊的问题：鸟类或鼠类咬伤伞裙护套；鸟类或鼠类咬伤伞裙护套；绝缘子表面有微生物或霉菌生长等。绝缘子表
15、面有微生物或霉菌生长等。1.1复合绝缘子的损坏事故复合绝缘子的损坏事故 CIGRE2000年调查中的复合绝缘子故障统计年调查中的复合绝缘子故障统计 复合绝缘子损坏的主要原因包括：芯棒断裂；界面击复合绝缘子损坏的主要原因包括：芯棒断裂；界面击穿；金具与芯棒连接区滑移甚至拉脱；外绝缘材质严重劣穿；金具与芯棒连接区滑移甚至拉脱；外绝缘材质严重劣化化(如：端部密封失效、护套开裂、漏电起痕或电蚀损等如：端部密封失效、护套开裂、漏电起痕或电蚀损等)。绝缘子损坏事故的事故率并不高，但其一旦发生，往绝缘子损坏事故的事故率并不高，但其一旦发生，往往会发生掉线事故，需较长的后续维修、更换时间，所造往会发生掉线事故
16、，需较长的后续维修、更换时间，所造成的影响和损失较大。成的影响和损失较大。在机械故障中主要是在机械故障中主要是芯棒断裂芯棒断裂 问题，金具原因的较问题，金具原因的较少。随着采用耐酸性芯棒、端部密封的改进以及合理设置少。随着采用耐酸性芯棒、端部密封的改进以及合理设置均压措施防止电晕老化，此问题有望逐步解决。均压措施防止电晕老化，此问题有望逐步解决。电气事故多为电气事故多为界面闪络界面闪络 引起，随着目前挤包套伞工引起，随着目前挤包套伞工艺和整体注射工艺的逐步发展和完善，此类问题有望降低。艺和整体注射工艺的逐步发展和完善，此类问题有望降低。1.2复合绝缘子的老化复合绝缘子的老化 复合绝缘子的老化不
17、完全等同于一般意义上材料的老化。复合绝缘子的老化不完全等同于一般意义上材料的老化。有机硅橡胶材料的耐老化特性虽然不如无机材料（陶瓷有机硅橡胶材料的耐老化特性虽然不如无机材料（陶瓷或玻璃），但国外有或玻璃），但国外有20年以上的稳定运行经验。年以上的稳定运行经验。在运行过程中，复合绝缘子的老化主要表现在：在运行过程中，复合绝缘子的老化主要表现在：表面憎水性下降；表面憎水性下降；漏电起痕或电蚀损变差；漏电起痕或电蚀损变差；表面龟裂、开裂、击穿、粉化、褪色、变脆变硬；表面龟裂、开裂、击穿、粉化、褪色、变脆变硬；芯棒中有机材料机械疲劳及断裂等。芯棒中有机材料机械疲劳及断裂等。下面我们将从芯棒材料的老化
18、和外绝缘的老化两方面来下面我们将从芯棒材料的老化和外绝缘的老化两方面来详细阐述这些问题。详细阐述这些问题。芯棒材料的老化芯棒材料的老化 在长期的运行中，由于大气环境、电场、机械力等的在长期的运行中，由于大气环境、电场、机械力等的联合作用，芯棒中的玻璃纤维会产生联合作用，芯棒中的玻璃纤维会产生机械疲劳机械疲劳；环氧树脂；环氧树脂材料老化材料老化；同时亦会出现端部金具和芯棒；同时亦会出现端部金具和芯棒连接配合处松动连接配合处松动，可能出现微量的滑移，使可能出现微量的滑移，使密封胶开缝，密封胶开缝，或导致外绝缘与金或导致外绝缘与金具和芯棒脱开，使芯棒材料受潮，形成酸性溶液腐蚀芯棒具和芯棒脱开，使芯棒
19、材料受潮，形成酸性溶液腐蚀芯棒等。在金具端部强电场的作用下，导致加速老化。等。在金具端部强电场的作用下，导致加速老化。上述芯棒的断裂等问题多发生于高压端上述芯棒的断裂等问题多发生于高压端金具与芯金具与芯棒的结合位置。绝缘子高压侧的长度承受了其棒的结合位置。绝缘子高压侧的长度承受了其的电压，电场畸变严重。所以在此场强最为集中处，极的电压，电场畸变严重。所以在此场强最为集中处，极易产生电晕放电和小电弧放电。长时间作用更会加剧老化易产生电晕放电和小电弧放电。长时间作用更会加剧老化的程度。的程度。外绝缘的老化外绝缘的老化 在各种老化因素中，电晕放电、沿面放电较紫外线、酸在各种老化因素中，电晕放电、沿面
20、放电较紫外线、酸雨等环境因素对复合绝缘子老化的影响更为显著。雨等环境因素对复合绝缘子老化的影响更为显著。电场、机械负荷与环境因素的共同作用则会进一步加剧电场、机械负荷与环境因素的共同作用则会进一步加剧复合绝缘子老化、劣化的进程。复合绝缘子老化、劣化的进程。伞裙护套材料有些变化如褪色、变硬、伞群形状略微形伞裙护套材料有些变化如褪色、变硬、伞群形状略微形变等，一般并不妨碍复合绝缘子的继续使用，但需要加强对变等，一般并不妨碍复合绝缘子的继续使用，但需要加强对该批次产品的复检。该批次产品的复检。复合绝缘子的老化的合理定义应该基于复合绝缘子所承复合绝缘子的老化的合理定义应该基于复合绝缘子所承担的功能的不
21、可逆变化，并考虑老化从量变到质变的逐渐积担的功能的不可逆变化，并考虑老化从量变到质变的逐渐积累过程。如果上述外绝缘材料的劣化导致伞裙护套对芯棒的累过程。如果上述外绝缘材料的劣化导致伞裙护套对芯棒的保护作用丧失、导致电气机械性能的严重下降，该绝缘子就保护作用丧失、导致电气机械性能的严重下降，该绝缘子就必须更换。必须更换。2、复合绝缘子在线运行所发生的事故分析、复合绝缘子在线运行所发生的事故分析 线路上运行的绝缘子受到雷击、污秽、鸟害、冰雪、高线路上运行的绝缘子受到雷击、污秽、鸟害、冰雪、高湿、温差等环境因素的影响，在电气上要承受强电场、雷电湿、温差等环境因素的影响，在电气上要承受强电场、雷电冲击
22、电流、工频电弧电流的作用，在机械上要长期工作载荷、冲击电流、工频电弧电流的作用，在机械上要长期工作载荷、综合载荷、导线舞动等机械力的作用。因此，复合绝缘子的综合载荷、导线舞动等机械力的作用。因此，复合绝缘子的事故统计也由上述因素而被分为不同的事故类型。事故统计也由上述因素而被分为不同的事故类型。我国复合绝缘子事故统计（截至我国复合绝缘子事故统计（截至2019年年9月）月）雷击闪络雷击闪络 对瓷、玻璃绝缘子的故障统计中：对瓷、玻璃绝缘子的故障统计中：雷击故障约占故障总数的雷击故障约占故障总数的50左右；左右；对复合绝缘子的故障统计中：对复合绝缘子的故障统计中：雷击故障约占故障总数的雷击故障约占故
23、障总数的47.2左右；左右；问题：试验研究的结论是，复合绝缘子自身的耐雷电问题：试验研究的结论是，复合绝缘子自身的耐雷电冲击水品与玻璃或瓷绝缘子串的耐雷电冲击水平相当，甚冲击水品与玻璃或瓷绝缘子串的耐雷电冲击水平相当，甚至高于玻璃或瓷绝缘子串。但在实际运行情况却表明换复至高于玻璃或瓷绝缘子串。但在实际运行情况却表明换复合绝缘子后，线路雷击闪络次数增加。合绝缘子后，线路雷击闪络次数增加。原因分析：原因分析：复合绝缘子结构长度短，电极间距离被缩短。为改复合绝缘子结构长度短，电极间距离被缩短。为改善复合绝缘子端部电场而加装的均压环使电极间距离。善复合绝缘子端部电场而加装的均压环使电极间距离。同时，部
24、分生产厂家为了降低生产成本，盲目修改配方，同时，部分生产厂家为了降低生产成本，盲目修改配方，大量添加价格低廉的无机添加剂；或者选择劣质的材料，大量添加价格低廉的无机添加剂；或者选择劣质的材料，导致绝缘子本体性能和使用寿命下降。导致绝缘子本体性能和使用寿命下降。提高绝缘子耐雷水平的措施：提高绝缘子耐雷水平的措施：适当增加绝缘子长度适当增加绝缘子长度 改善复合绝缘子的电场分布，使其更趋均匀，改善复合绝缘子的电场分布，使其更趋均匀，从而减缓局部高场强引发的局部放电，提高相同放电距从而减缓局部高场强引发的局部放电，提高相同放电距离下的放电电压。离下的放电电压。采用合格的原材料来生产复合绝缘子采用合格的
25、原材料来生产复合绝缘子 内绝缘击穿内绝缘击穿 1990199020192019年京津唐电网复合绝缘子内部击穿事故统计年京津唐电网复合绝缘子内部击穿事故统计造成击穿的可能原因：芯棒质量不佳造成击穿的可能原因：芯棒质量不佳 芯棒护套界面存在问题芯棒护套界面存在问题 护套密封破坏，外部水分侵蚀护套密封破坏，外部水分侵蚀鸟害问题鸟害问题 在绝缘子正上方的横担及金具上栖立的飞鸟排泄粪便，在绝缘子正上方的横担及金具上栖立的飞鸟排泄粪便，鸟粪在滑落的过程中导致伞裙边缘位置空间电场畸变，引发鸟粪在滑落的过程中导致伞裙边缘位置空间电场畸变，引发空气击穿，从而导致的闪络称为鸟粪闪络。空气击穿，从而导致的闪络称为鸟
26、粪闪络。鸟粪下落的两种方式：鸟粪下落的两种方式：鸟粪落在绝缘子表面，然后沿绝缘子伞裙鸟粪落在绝缘子表面，然后沿绝缘子伞裙边沿下滑至高压伞裙。边沿下滑至高压伞裙。鸟粪在离绝缘子边沿一段距离的地方下落。鸟粪在离绝缘子边沿一段距离的地方下落。模拟试验表明，后一种方式更易引发闪模拟试验表明，后一种方式更易引发闪络。且当络。且当D合适，电导率合适，电导率4000s/cm（低于（低于实测鸟粪电导率）实测鸟粪电导率）时，引发闪络的几率达到时，引发闪络的几率达到100 均压环虽有助于改善绝缘子表面电场，均压环虽有助于改善绝缘子表面电场，但却易引发鸟粪闪络的发生。但却易引发鸟粪闪络的发生。污闪污闪 从污闪事故统
27、计数据来看，复合绝缘子的污闪故障次数远从污闪事故统计数据来看，复合绝缘子的污闪故障次数远低于发生在瓷和玻璃绝缘子的污闪故障次数。在相同条件下，低于发生在瓷和玻璃绝缘子的污闪故障次数。在相同条件下，复合绝缘子防污能力明显高于瓷和玻璃绝缘子，前者约为后二复合绝缘子防污能力明显高于瓷和玻璃绝缘子，前者约为后二者的者的2倍以上。倍以上。表面憎水性下降后，复合绝缘子污闪电压仍高于瓷和玻璃表面憎水性下降后，复合绝缘子污闪电压仍高于瓷和玻璃绝缘子。绝缘子。防污闪特性优点分析：防污闪特性优点分析：硅橡胶伞裙的憎水迁移性可使污秽层也具有憎水性。污层硅橡胶伞裙的憎水迁移性可使污秽层也具有憎水性。污层表面难以形成连
28、续的水膜，不易形成集中的放电通道。表面难以形成连续的水膜，不易形成集中的放电通道。同等污秽条件下表面电阻比瓷和玻璃绝缘子要大。同等污秽条件下表面电阻比瓷和玻璃绝缘子要大。绝缘子的伞裙无槽，且其自振特性有利于降低其积污量。绝缘子的伞裙无槽，且其自振特性有利于降低其积污量。不明闪络不明闪络 所谓不明闪络，主要是指闪络状况、类型、原因等难以所谓不明闪络，主要是指闪络状况、类型、原因等难以准确分析和判明。与准确分析和判明。与瓷和玻璃绝缘子相比，复合绝缘子不明瓷和玻璃绝缘子相比，复合绝缘子不明闪络比例较高。闪络比例较高。分析主要有以下原因：分析主要有以下原因：电场的不均匀分布与其它直接原因的配合；电场的
29、不均匀分布与其它直接原因的配合；外界因素：异物（包括风筝线、锡箔纸、塑料绳、塑外界因素：异物（包括风筝线、锡箔纸、塑料绳、塑料薄膜、铁丝等）挂在导线和绝缘子上飘至导线和绝缘子附料薄膜、铁丝等）挂在导线和绝缘子上飘至导线和绝缘子附近引发闪络。近引发闪络。低温高湿环境：多发生在清晨低温高湿环境：多发生在清晨46点。点。突发的环境变化：大风使复合绝缘子表面短时内落上突发的环境变化：大风使复合绝缘子表面短时内落上一层略厚的尘土，在憎水性迁移至尘土前，遇较潮湿天气导一层略厚的尘土，在憎水性迁移至尘土前，遇较潮湿天气导致闪络。致闪络。三、硅橡胶材料的运行特性三、硅橡胶材料的运行特性 在前面在前面,我们简单
30、介绍了硅橡胶材料以及复合绝缘子的一些我们简单介绍了硅橡胶材料以及复合绝缘子的一些运行特性，硅橡胶材料能在系统中大量运行，主要得益于其运行特性，硅橡胶材料能在系统中大量运行，主要得益于其以下特性：以下特性：耐高、低温、耐酸碱性和抗污秽性。可在不同的工作环耐高、低温、耐酸碱性和抗污秽性。可在不同的工作环境中应用，尤其是重污秽地区，可有效的避免污闪事故的发境中应用，尤其是重污秽地区，可有效的避免污闪事故的发生。生。良好的耐电蚀性，绝缘性能好，使用寿命长。良好的耐电蚀性，绝缘性能好，使用寿命长。具有低的表面能，即良好的憎水性能，水滴在硅橡胶表具有低的表面能，即良好的憎水性能，水滴在硅橡胶表面能随时滚落
31、，不形成导电水膜，从而避免表面闪络的发生。面能随时滚落，不形成导电水膜，从而避免表面闪络的发生。特有的特有的憎水憎水迁移性。在长期运行时，硅橡胶表面会有很迁移性。在长期运行时，硅橡胶表面会有很多污秽，硅橡胶优异的多污秽，硅橡胶优异的憎水憎水性能能迁移到污秽表面。所以在性能能迁移到污秽表面。所以在运行时可免维护。运行时可免维护。虽然硅橡胶具有上述的优良特性，但是随着硅橡胶复合虽然硅橡胶具有上述的优良特性，但是随着硅橡胶复合绝缘子使用量逐年增加，我国有关复合硅橡胶劣化及损坏的绝缘子使用量逐年增加，我国有关复合硅橡胶劣化及损坏的信息也日趋增多。主要表现在硅橡胶材料憎水性下降，出现信息也日趋增多。主要
32、表现在硅橡胶材料憎水性下降，出现一些劣化现象，由此造成的闪络事故或设备损坏事故时有发一些劣化现象，由此造成的闪络事故或设备损坏事故时有发生。这些现象表明，掌握复合硅橡胶材料的性能特点和运行生。这些现象表明，掌握复合硅橡胶材料的性能特点和运行特性至关重要。特性至关重要。在第一章中我们已经介绍了硅橡胶分为室温硫化硅橡胶在第一章中我们已经介绍了硅橡胶分为室温硫化硅橡胶（Room Temperature vulcanization，简称简称RTV）、高温硫）、高温硫化硅橡胶（化硅橡胶（High Temperature vulcanization，简称，简称HTV）和液体硅橡胶（和液体硅橡胶（Liqui
33、d Silicone Rubber，简称，简称LSR）三种。）三种。国内目前有很多研究机构都在进行有关硅橡胶的研究，对于国内目前有很多研究机构都在进行有关硅橡胶的研究，对于RTV和和HTV都有很多相关的试验结论，但对都有很多相关的试验结论，但对LSR研究甚少。研究甚少。本章我们将结合国内和国外相关硅橡胶的试验结论，来分析本章我们将结合国内和国外相关硅橡胶的试验结论，来分析三类硅橡胶的运行特性。三类硅橡胶的运行特性。1、室温硫化硅橡胶（、室温硫化硅橡胶（RTV）1.1 RTV的分类及特点的分类及特点 RTV根据其材料组成和反应机理大致可分为三类：单组根据其材料组成和反应机理大致可分为三类：单组分
34、分RTV，双组分缩合型双组分缩合型RTV和双组分加成型和双组分加成型 RTV。1.1.1单组分单组分RTV 单组分单组分RTV的硫化反应是靠与空气中的水分发生作用而的硫化反应是靠与空气中的水分发生作用而硫化成弹性体。其硫化时间取决于硫化体系、温度、湿度和硫化成弹性体。其硫化时间取决于硫化体系、温度、湿度和硅橡胶层的厚度。但由于它的硫化是依懒大气中的水分，使硅橡胶层的厚度。但由于它的硫化是依懒大气中的水分，使硫化胶的厚度受到限制，只能用于需要硫化胶的厚度受到限制，只能用于需要6毫米以下厚度的场毫米以下厚度的场合。因此常用于粘合剂和密封剂合。因此常用于粘合剂和密封剂。1.1.2双组分缩合型双组分缩
35、合型RTV 双组分缩合型双组分缩合型RTV硫化反应不是靠空气中的水分硫化反应不是靠空气中的水分,而是而是靠催化剂来进行引发。单体硅橡胶中的羟基（靠催化剂来进行引发。单体硅橡胶中的羟基（-OH）缩合）缩合生成水，同时形成生成水，同时形成-Si-O-Si-键。该型键。该型RTV能耐臭氧、耐气候能耐臭氧、耐气候老化，加之用法简单，工艺适用性强，因此，特别适宜于做老化，加之用法简单，工艺适用性强，因此，特别适宜于做深层灌封材料。深层灌封材料。1.1.3双组分加成型双组分加成型RTV 双组分加成型双组分加成型RTV硫化的硫化机理是基于有机硅生胶端硫化的硫化机理是基于有机硅生胶端基上的乙烯基（或丙烯基）和
36、交链剂分子上的硅氢基发生加基上的乙烯基（或丙烯基）和交链剂分子上的硅氢基发生加成反应（氢硅化反应）来完成的。在该反应中，不放出副产成反应（氢硅化反应）来完成的。在该反应中，不放出副产物。由于在交链过程中不放出低分子物，因此加成型物。由于在交链过程中不放出低分子物，因此加成型RTV在在硫化过程中不产生收缩。硫化过程中不产生收缩。这一类硫化胶无毒、机械强度高、具有卓越的抗水解稳这一类硫化胶无毒、机械强度高、具有卓越的抗水解稳定性（即使在高压蒸汽下）、良好的低压缩形变、低燃烧性、定性（即使在高压蒸汽下）、良好的低压缩形变、低燃烧性、可深度硫化、以及硫化速度可以用温度来控制等优点；具有可深度硫化、以及
37、硫化速度可以用温度来控制等优点；具有耐水、耐臭氧、耐电弧、耐电晕和耐气候老化等优点。耐水、耐臭氧、耐电弧、耐电晕和耐气候老化等优点。它它可可-60200温度范围内使用。是目前高压绝缘领域常用的温度范围内使用。是目前高压绝缘领域常用的型号。同时，也广泛用作电子电器元件的灌注和密封材料，型号。同时，也广泛用作电子电器元件的灌注和密封材料，仪器仪表的防潮、防震、耐高低温灌注和密封材料以及民用仪器仪表的防潮、防震、耐高低温灌注和密封材料以及民用材料的防水涂层等领域。材料的防水涂层等领域。1.2 RTV的运行特性的运行特性 近几年武汉高压研究所对河北、甘肃等地运行的近几年武汉高压研究所对河北、甘肃等地运
38、行的RTV防防污闪涂料的性能进行了研究。污闪涂料的性能进行了研究。试验结果表明试验结果表明:RTV涂料经长时间运行后仍能保持较好的涂料经长时间运行后仍能保持较好的性能，其检测结果与新性能，其检测结果与新RTV涂料性能基本一致。且运行后涂料性能基本一致。且运行后RTV涂料的憎水性较复合绝缘子优良，所测憎水性均为涂料的憎水性较复合绝缘子优良，所测憎水性均为HC1级。级。目前目前RTV存在的问题存在的问题:易起皮、开裂易起皮、开裂 寿命约寿命约58年。年。各项性能与另两类硅橡胶相比有较大差距各项性能与另两类硅橡胶相比有较大差距 我们从我们从RTV材料在各种环境下的运行数据入手来做分析材料在各种环境下
39、的运行数据入手来做分析其运行状况：其运行状况：涂料对多种污秽憎水迁移性涂料对多种污秽憎水迁移性 RTV涂料对几种特殊污秽的憎水性如下表所示。从污层涂料对几种特殊污秽的憎水性如下表所示。从污层获取憎水性的速度来看，获取憎水性的速度来看，RTV涂料对这几种污秽物质均具有涂料对这几种污秽物质均具有较好的憎水迁移性，且污层获取憎水性后的最终憎水角明显较好的憎水迁移性，且污层获取憎水性后的最终憎水角明显高于高于RTV涂层本身的憎水角。涂层本身的憎水角。酸、碱、盐等对酸、碱、盐等对RTV涂料稳定性及憎水性的影响涂料稳定性及憎水性的影响 在所配在所配0.5ms/cm100ms/cm浓度状况下浸泡后（浓度状况
40、下浸泡后（600h）被被H2SO4、NaCl、NaOH溶液浸泡后：溶液浸泡后：憎水角变化不大憎水角变化不大 质量变化率不大（质量变化率不大（0.7）并非浓度越高，对膜的憎水性破坏越大并非浓度越高，对膜的憎水性破坏越大 低气压对低气压对RTV涂料绝缘子污闪电压的影响涂料绝缘子污闪电压的影响 为研究为研究RTV涂料绝缘子在高海拔低气压条件下的防污效果，涂料绝缘子在高海拔低气压条件下的防污效果，取取35kV支柱绝缘子为试品，对比有、无支柱绝缘子为试品，对比有、无RTV涂料时的污闪电压。涂料时的污闪电压。对比试验表明结果如图所示（表面盐密为对比试验表明结果如图所示（表面盐密为0.2mg/cm2）。）。
41、从图中可以看出：从图中可以看出：在高海拔、低气在高海拔、低气压条件下，压条件下，RTV涂料涂料仍能显著提高绝缘子仍能显著提高绝缘子的耐污闪能力。在不的耐污闪能力。在不同低气压下，有涂料同低气压下，有涂料绝缘子污闪电压仍为绝缘子污闪电压仍为无涂料绝缘子污闪电无涂料绝缘子污闪电压的压的2倍。倍。RTV材料在线应用后的老化分析材料在线应用后的老化分析不同年限试样下表面及不同年限试样下表面及RTV涂层红外曲线涂层红外曲线不同年限试样上表面及不同年限试样上表面及RTV涂层红外曲线涂层红外曲线对比两图的曲线，可以得出以下结论：对比两图的曲线，可以得出以下结论：RTV材料运行年限越长，其相关官能团在红外分析
42、图材料运行年限越长，其相关官能团在红外分析图谱上对应曲线位置的峰值越低，即其憎水性下降越明显。谱上对应曲线位置的峰值越低，即其憎水性下降越明显。由于上下表面所受到的紫外照射强度、温度等自然环由于上下表面所受到的紫外照射强度、温度等自然环境不同，以及表面积污程度的不同，从而对境不同，以及表面积污程度的不同，从而对RTV材料表面的材料表面的憎水性产生影响。憎水性产生影响。通过上述分析，通过上述分析，RTV在其有效期内，在耐候性、耐酸在其有效期内，在耐候性、耐酸碱、憎水性及憎水迁移性方面，还是有很好的稳定性。碱、憎水性及憎水迁移性方面，还是有很好的稳定性。但但RTV分子质量只有约分子质量只有约5万摩
43、尔，不到万摩尔，不到HTV和和LSR的的10%，其自身结构特点决定其机械强度、电气强度、使用，其自身结构特点决定其机械强度、电气强度、使用寿命均较其它两类硅橡胶低寿命均较其它两类硅橡胶低:机械强度，其抗撕裂不到机械强度，其抗撕裂不到10N/mm，断裂伸长率不到，断裂伸长率不到200%，永久拉伸形变超过，永久拉伸形变超过20%，这就导致其容易发生永久，这就导致其容易发生永久形变或撕裂，即伞裙容易破裂或变形，从而引发沿面闪络；形变或撕裂，即伞裙容易破裂或变形，从而引发沿面闪络；络。络。电气强度，其击穿强度、体积电阻率和表面电阻率均电气强度，其击穿强度、体积电阻率和表面电阻率均较其他两类硅橡胶低，尤
44、其是耐电蚀性能较差，常规只有较其他两类硅橡胶低，尤其是耐电蚀性能较差，常规只有1A2.5kV；长期运行尤其是在重污秽地区运行，表面很快；长期运行尤其是在重污秽地区运行，表面很快就会因电蚀影响而龟裂、脆化或粉化。就会因电蚀影响而龟裂、脆化或粉化。寿命短，只有寿命短，只有58年。因其分子质量低，如运行在高年。因其分子质量低，如运行在高温、高辐照区域，在紫外辐照和电蚀及环境因素的多重作温、高辐照区域，在紫外辐照和电蚀及环境因素的多重作用，使用寿命还会进一步降低。用，使用寿命还会进一步降低。2 2、高温硫化硅橡胶（、高温硫化硅橡胶（HTV）2.12.1 HTV结构特点和用途结构特点和用途 HTV是有机
45、硅产品中最重要的一类，甲基乙烯基硅是有机硅产品中最重要的一类，甲基乙烯基硅橡胶（橡胶（VMQ）是）是HTV中最主要的品种。中最主要的品种。甲基乙烯基硅橡胶（生胶）是无色、无臭、无毒、甲基乙烯基硅橡胶（生胶）是无色、无臭、无毒、无机械杂质的胶状物，生胶按需要加入适当的补强剂、无机械杂质的胶状物，生胶按需要加入适当的补强剂、结构控制剂、硫化剂等助剂一起混炼，然后升温至结构控制剂、硫化剂等助剂一起混炼，然后升温至140180高温模压成型或挤出成型，再经二段硫化做成各种高温模压成型或挤出成型，再经二段硫化做成各种制品。制品。其制品具有优良的电绝缘性，抗电弧、电晕、电火其制品具有优良的电绝缘性，抗电弧、
46、电晕、电火花能力强，防水、防潮、抗冲击力、抗震性好，具有生花能力强，防水、防潮、抗冲击力、抗震性好，具有生理惰性，透气性等性能。理惰性，透气性等性能。2.2 HTV的运行特性的运行特性 高温硫化硅橡胶主要用于棒形悬式复合绝缘子、支柱复合高温硫化硅橡胶主要用于棒形悬式复合绝缘子、支柱复合绝缘子、电站和换流站设备用空心复合绝缘子。由于用量大，绝缘子、电站和换流站设备用空心复合绝缘子。由于用量大，运行中反映出的问题也较多。大致如下运行中反映出的问题也较多。大致如下：积污明显，憎水性能减弱积污明显，憎水性能减弱 脆化、硬化、粉化、开裂、破损等老化或受损现象脆化、硬化、粉化、开裂、破损等老化或受损现象
47、伞裙变形严重，局部出现放电痕迹、树枝状通道或蚀损伞裙变形严重，局部出现放电痕迹、树枝状通道或蚀损 在硅橡胶的运行特性中，憎水性是最重要的一项参数，武在硅橡胶的运行特性中，憎水性是最重要的一项参数，武高所为了研究运行复合硅橡胶的憎水性能，对运行中的复合硅高所为了研究运行复合硅橡胶的憎水性能，对运行中的复合硅橡胶进行以下试验：橡胶进行以下试验：憎水性试验憎水性试验 低温模拟试验低温模拟试验 灰密对憎水性的影响灰密对憎水性的影响 耐漏电起痕及电蚀损试验耐漏电起痕及电蚀损试验 我们就通过对这些试验结果的分析，来讨论我们就通过对这些试验结果的分析，来讨论HTV的运行特性。的运行特性。运行条件、制造企业、
48、配方对憎水性影响较大运行条件、制造企业、配方对憎水性影响较大（1）运行条件、制造企业不同而差别较大）运行条件、制造企业不同而差别较大 如葛如葛-南直流华东段运行南直流华东段运行1年的复合绝缘子表面憎水性在年的复合绝缘子表面憎水性在HC1HC2级之间，而湖北段运行部分复合绝缘子表面憎水级之间，而湖北段运行部分复合绝缘子表面憎水性却降低至性却降低至HC5HC6级水平。级水平。（2）运行复合绝缘子硅橡胶伞套憎水性能较差）运行复合绝缘子硅橡胶伞套憎水性能较差 不论是不论是110kV线路，还是线路，还是500kV线路，除少数硅橡胶材线路，除少数硅橡胶材 料的憎水性的迁移特性还能恢复至料的憎水性的迁移特性
49、还能恢复至HC2HC4级外，大部分级外，大部分 运行复合绝缘子硅橡胶伞套材料的憎水性均出现减弱，甚运行复合绝缘子硅橡胶伞套材料的憎水性均出现减弱，甚 至丧失。表明运行的复合绝缘子硅橡胶伞套的憎水性能较至丧失。表明运行的复合绝缘子硅橡胶伞套的憎水性能较 差。差。（3）配方对憎水性影响较大）配方对憎水性影响较大 不合理配方的硅橡胶在不同运行条件下会造成憎水不合理配方的硅橡胶在不同运行条件下会造成憎水性下降。添加适量的氢氧化铝，可明显提高性下降。添加适量的氢氧化铝，可明显提高HTV的耐漏的耐漏电起痕性能，同时却会降低电起痕性能，同时却会降低HTV的憎水性和憎水迁移性，的憎水性和憎水迁移性，国内各试验
50、机构的数据表明，氢氧化铝的添加比例要高国内各试验机构的数据表明，氢氧化铝的添加比例要高于于80%，硅橡胶的阻燃性能才能达到，硅橡胶的阻燃性能才能达到FV-0级，才有可能级，才有可能通过通过1A4.5kV，但其各项机械性能和电气性能都有明显，但其各项机械性能和电气性能都有明显下降。下降。目前，目前，DL/T864-2019或其他现行相关或其他现行相关GB、DL标准标准皆未对憎水性减弱特性、恢复特性及迁移特性作出规定皆未对憎水性减弱特性、恢复特性及迁移特性作出规定以判定运行复合绝缘子是否退出运行。评价复合绝缘子以判定运行复合绝缘子是否退出运行。评价复合绝缘子硅橡胶伞套的憎水性除全面考核外还应突出重
