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高電壓傳輸絕緣子用硅樹脂橡膠材料
點(diǎn)擊次數(shù)：1461 發(fā)布時間：2011-6-13
高電壓傳輸絕緣子用硅樹脂橡膠材料
自從20世紀(jì)70年代以來，復(fù)合絕緣子正日益被認(rèn)為是瓷絕緣子和玻璃盤形絕緣子等傳統(tǒng)絕緣材料的替代品。因為復(fù)合材料的優(yōu)勢正被越來越多的用戶所認(rèn)可，所以使用復(fù)合材料的人是越來越多了。這些優(yōu)勢包括：復(fù)合材料重量更輕，但機(jī)械強(qiáng)度反而更大；在運(yùn)輸及安裝的過程中不易破損以及有良好的抗震穩(wěn)定性等。
在變電站應(yīng)用中，復(fù)合型電涌放電器、斷路器和絕緣子因為具有不易破損的外套，能夠克服因某臺設(shè)備的瓷套破裂而引起的對其它設(shè)備安裝的損壞。
在一些中度或是重度污染地區(qū)，某種趨勢越來越明顯，即：因在電流泄漏的壓力中的持續(xù)表現(xiàn)，抗跳火性及減少對線路的維修次數(shù)等，硅樹脂被使用的次數(shù)越來越多。還有沿?；蚴鞘芄I(yè)污染的地區(qū)，以及從硅樹脂絕緣體的*表面能力中獲益的農(nóng)業(yè)區(qū)，硅樹脂材料可以保留甚至恢復(fù)其疏水性。它可產(chǎn)生并保持一種不會變濕的表面，阻止了一般的因污染而導(dǎo)致的跳火現(xiàn)象，能改進(jìn)系統(tǒng)可靠性，并降低了公用事業(yè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)營成本。
近年來，改善硅樹脂絕緣外套材料的電力性能成為焦點(diǎn)，而且制造技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)減少了復(fù)合絕緣子的生產(chǎn)成本。
高電壓絕緣子用硅樹脂材料
一般而言，高電壓絕緣子的應(yīng)用中，有兩種硅樹脂材料，它們各自的粘度特性將它們區(qū)別開來：
高稠度硅樹脂橡膠（HCR）質(zhì)地堅硬，適用于高壓成型或是擠出應(yīng)用中。它們被高溫硫化，因此有時被稱為HTV（高溫加硫）硅樹脂橡膠。這些材料有幾種不同的硫化方式，取決于制造過程，但其中有兩種zui主要的硫化方式，即: 過氧化物硫化法及近來流行的加成型硫化法。
液體硅樹脂橡膠 — 高溫硫化（典型的叫做LSR）及室溫硫化（RTV），都是低粘度聚合物，他們的粘度有的稀如水，有的則稠密如糊狀。這些材料通常在一個密閉的環(huán)境中成型（有壓或無壓），且可在室溫或更高的溫度下硫化。
還有一些專為高壓應(yīng)用所設(shè)計的底層涂料和添加劑，以使生產(chǎn)者能夠用上多種生產(chǎn)技術(shù)。
硅樹脂合成絕緣子的制造
在將硅樹脂橡膠加工成復(fù)合絕緣體的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)中已有不少關(guān)于加工部分的描述，其中包括在環(huán)氧棒上的直接成型法和使用預(yù)成型覆蓋以形成一涂層棒。這些技術(shù)取決于材料的加工參數(shù)，諸如流動性、硫化速度和材料的出模能力等。過去，因為改善材料的電力性能是人們關(guān)注的焦點(diǎn)，而使得某些其他特性被人們所忽視。
的硅樹脂材料不僅引起了對材料加工的關(guān)注，而且也改善了材料的電力性能。本文會在加工部分及zui后的性能部分中對此有所闡述。并就技術(shù)、高稠度硅樹脂橡膠和液體硅樹脂橡膠3部分進(jìn)行討論。
HCR硅樹脂橡膠加工處理改進(jìn)
◆ 流變能力
在過去，為達(dá)到電子終點(diǎn)性能的要求而考慮配方的限制，許多HCR產(chǎn)品因具有高塑性和有限的流動性而很難被加工。使用流變學(xué)方法，如毛狀電流測定法可測得流動性的值以區(qū)分在可塑性和壓坯強(qiáng)度很相似，但在注入或壓縮模塑加工上表現(xiàn)則*不同的材料。模具中流動性的順暢及硫化后良好的釋放對于能否在降低成本的情況下，有效地生產(chǎn)高電壓絕緣體是至關(guān)重要的。
通過刪節(jié)的冪法則（power law），運(yùn)用阿雷尼烏斯法（Arrehenius method），在不同的溫度和剪切速率下，我們能夠預(yù)測出材料的粘度。這可以用以區(qū)分初始可塑性相同，但在更高的速率下卻顯示出不同流動特性的材料。
在圖1和圖2中，某種材料在低剪切強(qiáng)度時，有較高水平的粘度，且在噴射模塑加工步驟的流道和碾碎機(jī)中流動得很不錯。
這些范例中，其初始粘度及在10000S-1時的粘度分別為：新HV材料，初始粘度20514，10000S-1時為19.7；*代材料則分別是11433和28.0。
即使在低剪切速率時，新HV材料顯示出較高的可塑性，但它在噴射模塑加工步驟中的剪切范圍中卻流動很好。
◆ 硫化
如前所述，材料的硫化可通過兩種主要途徑進(jìn)行，即過氧化物硫化法和加成型硫化法。加成型硫化法在硫化速度和模塑操作的整體有效性方面有很多優(yōu)勢。在從過氧化物硫化法轉(zhuǎn)換到加成型硫化法時，硫化周期至少減少了50%，電子性能或機(jī)械性能方面卻沒有損失。實際上，有些機(jī)械參數(shù)得到改善，如對絕緣子出模有幫助作用的熱撕裂強(qiáng)度。
因為加成型硫化法的硫化速度很快，通常要降低模塑溫度以獲得填充模具的時間，但這仍比標(biāo)準(zhǔn)的過氧化物硫化法減少了50%的硫化時間。
模具溫度的降低還有一些其他優(yōu)勢，包括：
★ 可使用價廉的，顯示更低的Tg值的環(huán)氧棒操作法；
★ 降低了能源成本；
★ 減少了模具轉(zhuǎn)換時間；
★ 并且改進(jìn)了脫模特點(diǎn)。
一般說來，溫度降低15-35℃可使注入更加容易，且硫化速度更快，但仍然可從zui多減少了100%的整體硫化時間上獲得不少益處。
耐老化性能
對于室外電力應(yīng)用而言，絕緣材料的環(huán)境性能是至關(guān)重要的。硅樹脂材料在室外環(huán)境中性能表現(xiàn)非常出色。硅樹脂人造橡膠的防紫外線能力及耐氣候性與EPDM有機(jī)合成物進(jìn)行比較，在伸長的變化及外套彈性特征的抗張強(qiáng)度有所減少方面，二者具有相同的趨勢。
硅樹脂的內(nèi)部穩(wěn)定性要?dú)w功于其主鏈結(jié)構(gòu)，它是由硅-氧聚合鍵所組成，這種鍵比有機(jī)化合物主鏈中碳-碳鍵具有更高的鍵能。
電能特征
除了抗紫外線能力外，與*代硅樹脂材料相比，新一代硅樹脂材料已改善濕電特征。
某些電能特性的改變，如體積電阻系數(shù)、電介質(zhì)強(qiáng)度、介電常數(shù)和能量耗散等因素，都與用于高壓電應(yīng)用方面的*代硅樹脂橡膠進(jìn)行了比較。顯而易見，硅樹脂材料在水浸后的變化要明顯少于*代硅樹脂材料。
按照ASTM D257的定義，體積電阻系數(shù)是大電阻的測量單位。通過一種絕緣材料的主要部分來阻止泄漏的電流。體積電阻系數(shù)越大，漏電就越少，且材料越不容易導(dǎo)電。
電介質(zhì)強(qiáng)度則是在沒有電擊穿時，材料抵抗大磁場強(qiáng)度之能力的測量單位。放電后，電場強(qiáng)度的值即為電介質(zhì)強(qiáng)度。
運(yùn)用ASTM D149，在可控測試條件下得到增益值，但這并不一定準(zhǔn)確反映出實際field特性。例如電暈放電、頻率、溫度和濕度等因素都會明顯地影響某種材料的*絕緣特性。
電介質(zhì)有效性是通過它們各自的能力所測得，在同真空管比較時，為了儲存能量，通過介電常數(shù)表達(dá)，把真空管的值當(dāng)作一個整體。這是測量某一材料抗磁場能力的方法。的絕緣材料的DK值都很低。
能量耗散因數(shù)是指某種絕緣材料因為有缺陷而造成電能流失的程度。交流電的電能損失應(yīng)該很小，這是因為要減少材料的發(fā)熱，并將其對整個系統(tǒng)的剩余部分影響降到zui低的緣故。
從上述結(jié)果可知：的高稠度硅樹脂橡膠比以前的絕緣材料都顯出更出色的環(huán)境電能特性，并且在加工上也有不少*之處。所有這些優(yōu)勢無疑會增加硅樹脂復(fù)合絕緣外套材料的競爭性。
液體硅樹脂橡膠材料的加工特性
同高稠度硅樹脂橡膠一樣，液體硅樹脂橡膠的粘度可能相似，當(dāng)然這取決于加工方法。當(dāng)使用低壓鑄造法時，材料的初始粘度和粘度特性在不同的剪切速率下，能對材料的加工產(chǎn)生主要的影響。
如果液體硅樹脂橡膠在低剪切區(qū)域如泵送設(shè)備中增加其粘度，則會導(dǎo)致在沒有夾氣時，傳送材料會產(chǎn)生問題，尤其是泵送設(shè)備中沒有使用仿形圓盤時。另外，對于顯示不同粘度性能的材料來說，模具的填充也可能會因情況而異。
實際上，液體硅樹脂橡膠2的兩種成分明顯不同，這會影響其加工性能。如在低能泵送設(shè)備中發(fā)生反應(yīng)，在低剪切速率時，B部分要比A部分粘性大。如泵送設(shè)備中未使用仿形圓盤，這種高粘度可能會在材料中保持一種良好狀態(tài)，并因有氣體進(jìn)入設(shè)備而產(chǎn)生氣穴作用。也可能會因為設(shè)備不能將材料從桶底抽出而導(dǎo)致產(chǎn)生更多廢物。
結(jié)論
因的硅樹脂材料是用于高電壓傳輸，因此高稠度硅樹脂橡膠和液體硅樹脂橡膠的加工性能都有了顯著的改善。這為生產(chǎn)商提高生產(chǎn)效率，降低總體部件成本創(chuàng)造了有利條件。同以前的硅樹脂材料，尤其是和其它有機(jī)化合物相比，終端用戶也能從材料的電氣特性和耐氣候性有所改良中受益。所有這些優(yōu)勢都使硅樹脂橡膠合成絕緣材料成為下一代電力傳輸和分配系統(tǒng)的絕緣材料。