• Product
  • Suppliers
  • Manufacturers
  • Solutions
  • Free tools
  • Knowledges
  • Experts
  • Communities
Search


المطاط السيليكوني في العوازل ذات الجهد العالي: الخصائص والتصنيفات والتطبيقات

Echo
Echo
حقل: تحليل المحول
China

منذ النصف الثاني من القرن التاسع عشر، كانت المواد العازلة المناسبة لخطوط نقل الطاقة ذات الجهد العالي هي السيراميك والزجاج فقط. بدءًا من الأربعينيات، مع ظهور المواد البوليمرية، لم تعد السيراميك والزجاج الخيار المفضل، مما دفع الدول الأوروبية والأمريكية إلى البدء في دراسة العوازل البوليميرية. ثم أجريت دراسات واسعة على الخصائص الفيزيائية والكهربائية والموثوقية طويلة الأمد وأشكال العوازل الكهربائية المثلى، واستمر تحسين كفاءة الإنتاج.

من بين المواد ذات الوزن الجزيئي العالي القادرة على استبدال السيراميك والزجاج، أظهر مطاط السيليكون أداءً عمليًا منذ الستينيات وبرز بين مختلف البوليمرات. تقدم عوازل مطاط السيليكون العديد من المزايا مقارنة بعوازل السيراميك: أولاً، فهي خفيفة الوزن وسهلة التعامل وأكثر أمانًا؛ ثانياً، تكون عوازل السيراميك عرضة للتصدع تحت الصدمات، بينما يمكن لعوازل مطاط السيليكون أن تتحمل بشكل فعال الصدمات الميكانيكية مثل اصطدام السيارات بأعمدة الكهرباء.

على الرغم من أن المواد البوليمرية الأخرى تمتلك أيضًا المزايا المذكورة أعلاه، إلا أن مطاط السيليكون يسبب أقل تلوث بيئي. عوازل البوليمر مقاومة للماء، مما يمنع تسرب التيار والشرارة السطحية الناجمة عن قطرات الماء. بالإضافة إلى ذلك، يستعيد مطاط السيليكون الخاصية الهيدروفوبية بشكل أسرع من عوازل البوليمر الأخرى، مما يجعله مادة متينة مناسبة للاستخدام طويل الأمد في البيئات القاسية. يشرح هذا المقال خصائص مطاط السيليكون المستخدم في العزل الكهربائي عالي الجهد ويقدم اتجاهات التطوير الحديثة.

1 خصائص مطاط السيليكون

1.1 الخصائص الكيميائية للرابطة السيلوكسان

1.1.1 رابطة مستقرة كيميائيًا

يتكون العمود الفقري لمطاط السيليكون من روابط السيلوكسان (Si-O). بسبب الاختلاف الكبير في الكهروسالبية بين Si (1.8) و O (3.5)، يتم تكوين بنية القطبية كما هو موضح في الشكل 1 (محذوف)، مما يظهر خصائص الرابطة الأيونية. وبالتالي، فإن طاقة الرابطة Si-O أعلى من C-C (انظر الجدول 1). بالإضافة إلى ذلك: (1) بسبب الطبيعة الأيونية للسلسلة الرئيسية، تنخفض قطبية مجموعات C-H الميثيل في السلسلة الجانبية، مما يجعلها أقل عرضة لهجوم الجزيئات الأخرى، مما يؤدي إلى الاستقرار الكيميائي الممتاز؛ (2) بما أن Si لا يشكل بسهولة روابط ثنائية أو ثلاثية، فإن السلسلة الرئيسية أقل عرضة للتفتيت، وتعتبر روابط Si-C جدًا مستقرة، مما يعزز الاستقرار الكيميائي لعمود فقري مطاط السيليكون.

 

1.1.2 بوليمر مرناً للغاية

زاوية الرابطة السيلوكسان (Si-O-Si) كبيرة (130°–160°)، مما يمنحها حرية أكبر من البوليمرات العضوية (زاوية الرابطة C-C حوالي 110°). بالإضافة إلى ذلك، طول الرابطة Si-O (1.64 Å) أطول من C-C (1.5 Å). هذا يعني أن الجزيء البوليمري كله أكثر حركة وسهولة في التشوه.

1.1.3 البنية الحلزونية

بسبب البنية الحلزونية لبولي سيلوكسان، يتم جذب روابط السيلوكسان على السلسلة الرئيسية داخلياً بواسطة الجذب الأيوني، بينما تتكون الجانب الخارجي من مجموعات الميثيل ذات التفاعلات بين الجزيئات الضعيفة، مما يؤدي إلى قوى بين الجزيئات ضعيفة.

1.2 خصائص مطاط السيليكون

بناءً على الخصائص الكيميائية الواردة في القسم 1.1، يمتلك مطاط السيليكون الخصائص التالية المناسبة للعزل الكهربائي عالي الجهد.

1.2.1 مقاومة الحرارة والبرودة

بسبب طاقة الرابطة العالية والاستقرار الكيميائي الممتاز، يمتلك مطاط السيليكون مقاومة حرارية أفضل من البوليمرات العضوية. بالإضافة إلى ذلك، بسبب القوى بين الجزيئات الضعيفة، يكون له درجة حرارة تحول زجاجية منخفضة ومقاومة برد ممتازة. لذلك، يظل أداؤه مستقرًا بغض النظر عن المنطقة الجغرافية التي يتم استخدامه فيها.

1.2.2 مقاومة الماء

يتكون سطح بولي سيلوكسان من مجموعات الميثيل، مما يمنحه خصائص هيدروفوبية ومن ثم مقاومة ممتازة للماء.

1.2.3 الخصائص الكهربائية

يحتوي مطاط السيليكون على عدد أقل من ذرات الكربون مقارنة بالبوليمرات العضوية، مما يؤدي إلى مقاومة شرارة ومتابعة ممتازة. بالإضافة إلى ذلك، حتى عند الاحتراق، يتكون مادة السيليكا العازلة، مما يضمن أداء عزل كهربائي متفوق.

1.2.4 مقاومة الطقس

كما هو موضح في الجدول 1، طاقة الرابطة السيلوكسان أعلى من طاقة الضوء فوق البنفسجي (UV)، مما يجعله مقاومًا للشيخوخة الناجمة عن الأشعة فوق البنفسجية. في اختبارات مقاومة الأوزون المعجلة، تتعرض البوليمرات العضوية للتشقق خلال ثوانٍ إلى ساعات، بينما يظهر مطاط السيليكون انخفاضًا طفيفًا في القوة بعد أربعة أسابيع من الشيخوخة دون حدوث تشققات، مما يشير إلى مقاومة ممتازة للأوزون (انظر الجدول 2). المطر الحمضي هو محلول أيوني مختلط ذو درجة pH تبلغ حوالي 5.6. تم إجراء اختبار المطر الحمضي الصناعي المركّز 500 مرة باستخدام المحلول المذكور في الجدول 3. يظهر مطاط السيليكون مقاومة كيميائية ممتازة كما هو موضح في الجدول 4. على الرغم من أن التعرض لمحلول مختلط مثل المطر الحمضي قد يسبب بعض التغييرات، إلا أن التأثير المتوقع سيكون ضئيلًا.

ملاحظة: في درجة حرارة الغرفة، مع تركيز أوزون 200 ppm وتوتر متوسط 50% على المطاط، لا تظهر السطح أي تشققات حتى بعد 28 يومًا من الشيخوخة.

وحدة: غرام لكل 2 لتر من الماء المقطر.

1.2.5 التشوه الدائم

يظهر مطاط السيليكون خصائص تشوه دائم أفضل (بما في ذلك التمدد الدائم والتشوه تحت الضغط) في درجات الحرارة العادية والعالية مقارنة بالبوليمرات العضوية.

2 تصنيف مطاط السيليكون

يمكن تصنيف مطاط السيليكون إلى نوع صلب وسائل بناءً على حالته قبل التصلب، وإلى نوع التصلب بالأكسيد العضوي والنوع التصليب بالإضافة والنوع التصليب بالتكتل بناءً على آلية التصلب. الفرق الرئيسي بين مطاط السيليكون الصلب والمائع يكمن في وزن الجزيء لمادة بولي سيلوكسان. يمكن تصلب مطاط السيليكون الصلب عبر التصلب بالأكسيد العضوي أو التصليب بالإضافة، وهو ما يُعرف عادةً باسم مطاط التصلب عالي الحرارة (HTV) أو مطاط التصلب الحراري (HCR) (انظر الجداول 5 و 6).

على الرغم من أن مطاط السيليكون السائل المتصيب بإضافة رد فعل يمكن أن يتصلب أيضًا في درجة حرارة الغرفة، فإنه يُشار إليه بمطاط السيليكون السائل (LSR) أو مطاط التصلب المنخفض الحرارة (LTV) أو مطاط التصلب ثنائي المكون في درجة حرارة الغرفة (RTV) بناءً على طريقة المعالجة ودرجة حرارة التصلب. في تصنيع العوازل البوليمرية، غالبًا ما يتم استخدام عمليات الحقن والتلبيد.

يمكن استخدام مطاط السيليكون الواحد المكون من نوع التكتل بالرطوبة (التصلب بالرطوبة) في مثبتات البناء، وكذلك في المنتجات الكهربائية والإلكترونية. في التطبيقات الكهربائية، يتم رش طلاء مطاط السيليكون RTV المخفف بالمذيبات على عوازل السيراميك كمواد حامية.

2.1 مطاط السيليكون مع هيدروكسيد الألمنيوم الثلاثي (ATH)

يمكن الحصول على مطاط السيليكون ذو مقاومة ممتازة للتبعثر والشرارة من خلال إضافة كمية عالية من هيدروكسيد الألمنيوم الثلاثي (ATH). يظهر مطاط السيليكون الممتلئ بـ 50 جزء بكتلة من ATH مقاومة مقبولة للتبعثر عالي الجهد (4.5 كيلو فولت)، بالإضافة إلى مقاومة شرارة ممتازة ومقاومة للطقس ومقاومة للضباب المالح ومقاومة للمطر الحمضي، مما يجعله مناسبًا كمادة عازلة في المناطق ذات الضباب المالح الشديد. ومع ذلك، بسبب الحمل العالي من ATH، يعاني هذا المادة من لزوجة عالية (بلاستيكيّة ضعيفة) وقوة ميكانيكية منخفضة.

2.2 مطاط السيليكون بدون هيدروكسيد الألمنيوم الثلاثي (ATH)

في المناطق الداخلية لأوروبا وغيرها من المناطق ذات الضباب المالح القليل ومستويات التلوث المنخفضة، يمكن استخدام مطاط السيليكون بدون ملء ATH. في هذه الحالات، يمكن تحسين الهيدروفوبية لتلبية متطلبات مقاومة التبعثر عالي الجهد من خلال اختيار مناسب لمطاط السيليكون الأساسي ومعالجة السيليكا المدخنة وإضافة مركبات تحسين مقاومة التبعثر. مقارنة بمطاط السيليكون الممتلئ بـ ATH، يكون هذا النوع أقل لزوجة وله خصائص ميكانيكية وكهربائية متفوقة.

2.3 للملحقات الكابل الخارجية

نظرًا لعرض الملحقات الكابل الخارجية للبيئات القاسية، يجب أن تتمتع بمقاومة جيدة للتبعثر. يمكن تحقيق مواد ذات تمدد دائم منخفض من خلال استخدام بوليمرات ذات كثافة ربط مثلى، وهي مناسبة لمنتجات الانكماش عند درجة حرارة الغرفة (الانكماش البارد).

2.4 للملحقات الكابل الداخلية

من غير المحتمل أن تتأثر الملحقات الكابل الداخلية بالضباب المالح، لذا غالباً ما لا تكون مقاومة التبعثر مطلوبة. ومع ذلك، عندما تستخدم في التطبيقات الانكماشية عند درجة حرارة الغرفة (الانكماش البارد)، لا تزال خصائص التشوه الدائم المنخفض ضرورية.

2.5 التطبيقات الطلائية

يمكن أن يحافظ رش طلاء مطاط السيليكون على المناطق الملوثة بشدة على الهيدروفوبية الجيدة على المدى الطويل. يمكن أيضًا تطبيق الطلاء على العوازل الموجودة بالفعل بناءً على مستويات التلوث، مما يمكّن من الاستمرار في الخدمة وتوفر التكاليف. تشير التقارير الأخيرة إلى أن طلاء عوازل مطاط السيليكون يمكن أن يعزز بشكل أكبر من الاحتفاظ بالهيدروفوبية. حالياً، يوجد نوعان رئيسيان: العوازل المطلية والعوازل من النوع المطاطي.

3 الخلاصة

قد قدم هذا المقال مواد مطاط السيليكون لعوازل البوليمر. تجرى البحوث والاختبارات المستمرة من قبل المؤسسات والشركات المختلفة. إذا تم إثبات الموثوقية العالية من خلال اختبارات المتانة والأداء الأخرى، فمن المتوقع أن يتم توسيع نطاق تطبيق عوازل مطاط السيليكون بشكل أكبر.

قدم نصيحة وشجع الكاتب
مُنصح به
المُحوِّل ذو اللب ثلاثي الأبعاد: مستقبل توزيع الطاقة
المُحوِّل ذو اللب ثلاثي الأبعاد: مستقبل توزيع الطاقة
المتطلبات التقنية والاتجاهات التنموية لمحولات التوزيع خسائر منخفضة، خاصة الخسائر عند عدم الحمل؛ مع التركيز على الأداء الموفر للطاقة. ضوضاء منخفضة، خاصة أثناء التشغيل بدون حمل، لتلبية معايير حماية البيئة. تصميم مغلق تمامًا لمنع الزيت المحول من الاتصال بالهواء الخارجي، مما يسمح بالتشغيل دون صيانة. أجهزة الحماية المتكاملة داخل الخزان، تحقيق التصغير؛ تقليل حجم المحول لتسهيل التركيب في الموقع. قادرة على تزويد الطاقة عبر شبكة حلقات متعددة مع دوائر خرج ضغط منخفض متعددة. لا توجد أجزاء حية مكشوفة، لضمان
Echo
10/20/2025
تقليل وقت التوقف مع مفاتيح الدائرة الرقمية ذات الجهد المتوسط
تقليل وقت التوقف مع مفاتيح الدائرة الرقمية ذات الجهد المتوسط
قلل من وقت التوقف مع معدات التوزيع الكهربائي ذات الجهد المتوسط المحوسبة والمفاتيح الكهربائية"وقت التوقف" — إنه كلمة لا يرغب أي مدير مرافق في سماعها، خاصة عندما يكون غير متوقع. الآن، بفضل المفاتيح الكهربائية (MV) ومعدات التوزيع الكهربائي ذات الجهد المتوسط من الجيل القادم، يمكنك الاستفادة من الحلول الرقمية لتعظيم وقت التشغيل وموثوقية النظام.تم تجهيز معدات التوزيع الكهربائي الحديثة والمفاتيح الكهربائية ذات الجهد المتوسط بمستشعرات رقمية مدمجة تتيح مراقبة المعدات على مستوى المنتج، مما يوفر رؤى فورية
Echo
10/18/2025
مقالة واحدة لفهم مراحل فصل الأتصال في قاطع الدائرة الفراغي
مقالة واحدة لفهم مراحل فصل الأتصال في قاطع الدائرة الفراغي
مراحل فصل أطراف قاطع الدائرة الفراغي: بدء القوس الكهربائي، إخماد القوس، والاهتزازالمرحلة الأولى: الفتح الأولي (مرحلة بدء القوس الكهربائي، 0-3 مم)تؤكد النظرية الحديثة أن مرحلة الفصل الأولي للأطراف (0-3 مم) هي حاسمة لأداء قاطع الدائرة الفراغي في القطع. في بداية فصل الأطراف، ينتقل تيار القوس الكهربائي دائمًا من وضع محدود إلى وضع منتشر - وكلما كان هذا الانتقال أسرع، كان أداء القطع أفضل.يمكن لثلاثة تدابير تسريع الانتقال من القوس المحدود إلى القوس المنتشر: تقليل كتلة المكونات المتحركة: أثناء تطوير قوا
Echo
10/16/2025
مزايا وتطبيقات مفاتيح الدائرة ذات الجهد المنخفض بتقنية الفراغ
مزايا وتطبيقات مفاتيح الدائرة ذات الجهد المنخفض بتقنية الفراغ
المقاطع الكهربائية ذات الضغط المنخفض تحت الفراغ: المزايا والتطبيقات والتحديات التقنيةبسبب تصنيفها بجهد منخفض، فإن المقاطع الكهربائية ذات الضغط المنخفض تحت الفراغ تتميز بفجوة اتصال أصغر مقارنة بأنواع الجهد المتوسط. تحت هذه الفجوات الصغيرة، تعتبر تقنية المجال المغناطيسي العرضي (TMF) أفضل من المجال المغناطيسي المحوري (AMF) لقطع التيار القصير العالي. عند قطع تيارات كبيرة، يميل القوس الكهربائي تحت الفراغ إلى التركيز في وضع قوس ضيق، حيث يمكن أن تصل المناطق المحلية للتآكل إلى نقطة الغليان للمادة المستخ
Echo
10/16/2025
إرسال الاستفسار
تنزيل
الحصول على تطبيق IEE Business
استخدم تطبيق IEE-Business للعثور على المعدات والحصول على حلول والتواصل مع الخبراء والمشاركة في التعاون الصناعي في أي وقت ومن أي مكان - دعمًا كاملاً لتطوير مشاريعك الكهربائية والأعمال