Goma de silicio en aisladores de alta tensión: propiedades clasificaciones y aplicaciones

Aurreko mendeko hamarkadaren erdian, tensio handiko lineen insulazio material guztiak zulo eta kristalak izan ziren. 1940ko hamarkadatik hasi, polimero materialen agerpenarekin, zulo eta kristalak ez ziren hobetsitako aukera izan, Europako eta Amerikako herrialdeak polimero insuladorren ikerketa hasten zuten. Ondoren, insuladore elektriko fisikoen ezaugarriak, elektrikoak, luzeengo fiabletasuna eta formatu onena inguruan lan oso bat egiten zen, eta produzio efizientzia gero eta gehiago hobetu zen.

Zulo eta kristalak ordezkatzeko dagozkion molekuluko pisua handiko materialen artean, silikona gomaren praktika aplikazioa 1960tik aurkeztu da, eta beste polimeroen artean nabarmendu da. Silikona goma insuladoreek zulo insuladoreetatik hainbat avantazue dituzte: lehenik, errazagoak dira kargatzeko, errazagoak eta seguruagoak; bigarren, zulo insuladoreek kolision baten ondorioz trinkatzeko jo dezakete, silikona goma insuladoreek mekaniko kolisionen, adibidez, autoen kolisionen aurka eraso askoz ere ongi.

Beste polimero material batzuek ere aurretik aipaturiko avantazuei baditu, silikona goma bakarrik kontamina zionezkoa txikitzen du. Polimero insuladoreek urresistentziak dira, ur-txertaketaren eta gainazaleko arkuen ekintza saihesteko. Gainera, silikona goma insuladoreen hidrofobitatea beste polimero insuladoreetatik azkarrean berreskuratzen da, horrela, arrazoitzeko ingurumenetan erabilgarritasun luzeagatik egokiak dira. Artikulu honek altu-tensioneko insulazio elektrikoan erabiltzen diren silikona gomaren ezaugarrietarako ulergarria ematen du eta garapen berriak aurkeztu nahi ditu.

1. Silikona gomaren ezaugarriak

1.1 Siloksan bondaren ezaugarri kimikoak

1.1.1 Kimikoki estalduna den bonda

Silikona gomaren oinarria siloksan (Si-O) bondak osatzen dute. Si (1.8) eta O (3.5) arteko elektronegativitateen aldea handia delako, polarizatutako egitura sortzen da, irudia 1 (ez dago), ionikoa den bondaren ezaugarriak dituena. Hala, Si-O bondaren energia C-C baino handiagoa da (taula 1 ikusi). Gainera: (1) lana nagusia ionikoa denez, metil C-H taldeetako polaritatea gutxiago da, hala bestez, beste molekule batzuek erabakitzea erraza da, horrela kimikoki estalduna da; (2) Si ez denean erraz doble edo hiru bondak sortzen, lana nagusia deskonposatzea erraza da, Si-C bondak konsekuentziki oso estalduna da, silikona gomaren oinarrizko estabilitatea gehituz.

1.1.2 Polimero oso elastikoa

Siloksan (Si-O-Si) bondaren angelua handia da (130°–160°), organiko polimeroen (C-C bondaren angelua ~110°) baino askoz handiagoa. Gainera, Si-O bondaren luzera (1.64 Å) C-C (1.5 Å) baino luzeagoa da. Horrek esan nahi du polimero molekularen oso mugikorra dela eta deformatzeko erraza.

1.1.3 Heliko egitura

Polisiloksanoaren heliko egiturari esker, siloksan bondak lan nagusian ionikoki atrahitzen dira, baita kanpoaldeko metil taldeek intermolekularrak harritasun gehiegi dituzte, horrela intermolekularrak harritasun gutxiagokoak dira.

1.2 Silikona gomaren ezaugarriak

1.1 atalean deskribatutako ezaugarri kimikoetan oinarrituta, silikona goma tensio handiko insulazio elektrikoari egokiak dira.

1.2.1 Bero eta hotzaresistentzia

Energia bond handiarengatik eta kimikoki estalduna delako, silikona goma organiko polimeroetatik berotik defentsu handiagoa du. Gainera, intermolekularrak harritasun gutxiagokoak direnez, glas transizioaren tenperatura txikiagoa du eta hotzaresistentzia onena. Beraz, erabilera geografiko edozein eremutan prestazioak estaltasunean mantentzen dira.

1.2.2 Urresistentzia

Polisiloksanoaren gainazala metil taldeetatik osatzen da, horrek hidrofobikotasuna eta urresistentzia onena ematen dizkie.

1.2.3 Elektrikoak

Silikona goma organiko polimeroetatik karbon atom gutxiago ditu, horrek arkuen eta trackingaren resistentzia onena ematen dizkie. Gainera, sartzean, isolante silika sortzen du, horrela elektriko isolantearen prestazioa gehiago bermatzen da.

1.2.4 Egoeraresistentzia

Taula 1 ikusten bezala, siloksan bondaren energia UV (ultraigo) argiaren energiatik goiagoa da, horrek UV-aren indarrari erresistentzia ematen dizkie. Ozone-resistentzia test batetan, organiko polimeroak sekunduetan edo orduetan trinkatu ahal dira, silikona gomak aldiz lau astez geratu ostean soilik froga txiki bat du, trinkadurarik gabe, horrek ozone-resistentzia onena adierazten du (taula 2 ikusi). Aciduaren urruna 5.6 pH duten ioni soluzio bat da. Taula 3-ko zerrendan zerrendatutako soluzioaren 500x konzentratu artifiziala egindako testa silikona gomak kimikoki estalduna da (taula 4 ikusi). Aciduaren urrun bezalako soluzioen konbinazioak ardurarik txikiagokoak izango dira.

Oharra: Tenperatura amaitasunean, ozonoaren konzentrazioa 200 ppm-koa eta gomaren tensioa 50% bada, 28 egunetan geratu ostean gainazala trinkadurarik gabe dago.

Unitatea: g 2 L deionizatutako urra.

1.2.5 Deformazio permanentea

Silikona goma deformazio permanenteari (hedapen permanentea eta kompresio-seta barne) organiko polimeroetatik baino hobeto egokitzen da, tenperatura amaitasunean eta altuenean.

2 Silikona gomaren sailkapena

Silikona goma vulkanizazioaren aurretik egoeraren arabera solido eta likido bi motatara banatzen da, eta vulkanizazioaren mekanismoaren arabera peroxido-kuradura, gehigarri-kuradura eta kondensazio-kuradura bi motatara banatzen da. Solido eta likido silikona gomaren arteko bereizlea polisiloksanoaren molekuluko pisua da. Solido silikona gomak peroxido-kuradura edo gehigarri-kuradura bidez vulkanizatu daitezke, eta hight-temperature vulcanizing rubber (HTV) edo heat-cured rubber (HCR) (taula 5 eta 6 ikusi) deritzon.

Gehigarri-reaksioaren bidez kuradutako likido silikona gomak ere tenperatura amaitasunean vulkanizatu daiteke, baina prozesuaren metodoaren eta tenperatura kuraduraren arabera likido silikona goma (LSR), low-temperature vulcanizing rubber (LTV) edo two-part room-temperature vulcanizing rubber (RTV) deritzon. Polimero insuladoreen fabrikazioan, injezio moldatu eta kolpeak erabili beharrezko prozesuak dira.

Bereizle-moisture cure silikona gomak eraikuntzarako estankorretan, elektriko eta elektroniko produktuetan erabili ahal dira. Elektriko aplikazioetan, solvent-diluted room-temperature vulcanizing (RTV) silikona goma gainazalak keramiko insuladoreen gainan protektiborako mahaigortzen dira.

2.1 Alumini trihidroxide (ATH) duen silikona goma

Alumini trihidroxide (ATH) kopuru handia sartzean, silikona gomak tracking eta arkuen resistentzia onena lortzen du. 50 bertsio masako ATH betegarriarekin silikona goma 4.5 kV (altu-tensioneko) trackingaren aurka defendagarria da, baita arkuen, eguraldiaren, itsasontziaren eta aciduaren urrunaren aurka defendagarria, horrela itsasontzi handiko eremutan insulazio material gisa erabilgarria da. Baina, ATH betegarri handia delako, material hau biskoitasun handia (plastikotasun txikiagoa) eta mekanikoki indar txikiagoa du.

2.2 Alumini trihidroxide (ATH) gabe silikona goma

Europako eta antolakor eremuetan, itsasontzi gutxi eta kontaminazioa txikia denean, ATH betegarri gabeko silikona goma erabil daiteke. Kasu horietan, oinarrizko silikona gomaren aukera egokia, humo silica gainazalaren tratamendua eta trackingaren resistentzia gehitzen duten additiboen sarrera hidrofobikotasuna gehitzen du, horrela altu-tensioneko trackingaren resistentziaren eskatutakoa betetzen da. ATH betegarriko silikona gomarekin alderatuta, mota hau viskoitasu txikiagoa eta mekanikoki eta elektrikoki prestazio hobetoak ditu.

2.3 Kanpo cable fitxa baterako

Kanpo cable fitxa batera, egoera zailak dituztela, trackingaren resistentzia onena izan behar dute. Hedapen permanentea txikiagoa izan daiteke optimizatutako kruzaritza densitateko polimeroen bidez, tenperatura amaitasunean kokatzeko (cold-shrink) produktuetarako egokiak dira.

2.4 Barne cable fitxa baterako

Barne cable fitxa batera, itsasontzira eraginik ez dutelako, trackingaren resistentzia beharrik ez dute. Baina, tenperatura amaitasunean kokatzeko (cold-shrink) aplikazioetan, deformazio permanentea txikiagoa izan behar da.

2.5 Gainazal-aplikazioak

Gainazal-aplikazioak silikona gomak kontaminazio handiko eremutan hidrofobikotasuna luzean mantentzen dute. Gainazalak jadanik instalatutako insuladoreetan ere aplikatu daitezke kontaminazioaren arabera, horrela erabilera jarraitu eta kostuak murriztu ahal dira. Bertan behera, informazioak adierazten dute silikona goma insuladoreen gainazalak hidrofobikotasuna gehiago mantentzen dutela. Orain arte, bi mota nagusi daude: gainazal-insuladoreak eta goma-insuladoreak.

3 Iraultza

Artikulu honek polimero insuladoreetarako silikona gomaren materiala aurkeztu du. Ezagutza eta proba anitz instituzio eta fabrikantza ugari hainbat egiten dituzte. Fiabletasun handia proba luze eta beste prestazio proba batzuekin frogatzen badu, silikona goma insuladoreen aplikazioa zabaltzen joango da.