硅橡胶在高压绝缘上的应用

复合绝缘子的组成
·伞群、护套：有机合成材料制成。 如：乙丙橡胶、硅橡胶等 ·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
·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 · 均压环：降低端部电场畸变
复合绝缘子的优点 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 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 体现在： ·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； ·强度高、不易破碎；抗震性能佳 ·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 ·220k V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 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 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。
损坏：主要表现为绝缘子不能继续承担正常的机械或电
◆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 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 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 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。 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 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。
1.3.4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 合物要弱得多，因此，比同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 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 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 憎水性能在24~48小时内迁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 闪能力。
◆内绝缘击穿
1990－2001年京津唐电网复合绝缘子内部击穿事故统计
发生时间 1994年 1996年 1998年 电压等级 110kV贾后线 500kV大房线 35kV站青线 现象 护套剥离，芯棒炸裂 灌封胶结构，护套剥离 炸裂，芯棒炭化 作用电压 合闸过电压 重合情况 不祥
◆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 联合作用，芯棒中的玻璃纤维会产生机械疲劳；环氧树脂 材料老化；同时亦会出现端部金具和芯棒连接配合处松动， 可能出现微量的滑移，使密封胶开缝，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 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——金具与芯 棒的结合位置。绝缘子高压侧２５％的长度承受了其７５ ％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 的程度。
1.2复合绝缘子的老化
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 或玻璃），但国外有20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：
·表面憎水性下降；
·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； ·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和外绝缘的老化两方面来 详细阐述这些问题。
电 气 不明闪络 事故类型 雷 击 晴 天 机 械 机 械 故 障 2.5
阴 天 多 云
6.1
污秽 气象 4.9
鸟 粪
污 闪
内绝缘 击穿
脆 断
比例（ %） 47.2 12.9
16.6
5.5
2.5
1.8
◆雷击闪络 ·对瓷、玻璃绝缘子的故障统计中： 雷击故障约占故障总数的50％左右； ·对复合绝缘子的故障统计中： 雷击故障约占故障总数的47.2％左右； 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 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。
具备高温硫化硅橡胶的所有优点,在工艺性能、 液体硅橡胶 耐漏电起痕、耐高低温性能和憎水性能方面 （LSR） 表现更加优异
3、三类硅橡胶的基本性能比较 ，见下表：
品 种 工艺性能 物理性能 应用 室温硫化 室温硫化，流动性很好，分子量级低，抗撕强 硅橡胶 成型工艺简单，可在现 度、耐紫外光性及耐 （RTV） 场进行操作 电蚀损等性能较差
1.3.3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、 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 很小。其常规性能参数如下：
介电常数 （50Hz） 体积电阻率 表面电阻率
2.8 1015Ω cm 1012Ω cm
介质损耗角正切 4×10-3 （50Hz） 击穿场强(1mm厚 25 kV/mm 试片) 1A4.5kV 耐漏电起痕
原因分析： 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。 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， 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： ——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， 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。 ——采用合格的原材料来生产复合绝缘子
1.3.1耐候性 如前所述，有机硅产品的主链为-Si-O-Si-，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 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。
1.3.2耐温特性及化学稳定性 硅橡胶（Silicone Rubber）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 和氧原子交替组成（-Si-O-Si-）。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C-C 结合键能240kJ/mol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–90～+300℃温 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， 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。 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。
90～140℃硫化，流动 性好，铂金催化剂直接 加在硅橡胶组分中，双 液体硅橡 组分混合交联，成型工 胶（LSR） 艺简单。特别适合做大 型设备外绝缘，且对模 具无损伤 分子量级介于RTV和 HTV之间，硬度低， 机械性能较RTV高出 很多，而电气性能又 较HTV高，憎水性比 另两种硅橡胶稳定
二、复合绝缘子在输配电线路的应用
1.2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 的有机高分子化合物 。 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 ，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 电弧的优良绝缘材料。 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。 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 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。
1.3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 于-Si-O-Si-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，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 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。
气负荷，往往造成导线落地、电力中断等恶性事故。
老化：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 功能的丧失，但却不利于产品的长期使用。
其它特殊的问题： 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。
1.1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
可做涂料喷 涂，也可做 简单的注塑 成型
用于中小型 绝缘子、套 管等的外绝 缘 用于各种绝 缘子、套管 等的外绝缘， 尤其是大型 设备的外绝 缘
140～180℃高温硫化， 硬度高，耐老化、耐 流动性差，特殊形状或 高温硫化 漏电起痕、憎水性、 大型设备成型工艺复杂； 硅橡胶 防污性、耐紫外光性、 氧化剂易产气并留存于 （HTV） 耐高低温和抗撕强度 产品中，且对模具有腐 等 蚀
硅橡胶
类及初步评价
1.1三元乙丙橡胶 三元乙丙橡胶是以乙烯、丙烯及少量非共轭双烯为单体 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。 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 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。 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 要比硅橡胶差。
2、复合绝缘子在线运行所发生的事故分析