Силиконска гума во високонапонски изолатори: Својства класификација и применување

Од втората половина на 19 век, единствените изолативни материјали прифатливи за високонапонски преносни линии беа керамика и стакло. Почетокот на 1940-тите години донесе појавата на полимерни материјали, поради што керамиката и стаклото веќе не беа предпочитани избори, што ја поттикнува работата на земјите од Европа и Америка да почнат истражувања за полимерни изолатори. Последовно, проширен истражувачки труд беше усмирен на физичките својства, електричните карактеристики, долготрајната надежност и оптималните форми на електричните изолатори, а производствената ефикасност продолжува да се подобрува.

Меѓу високомолекуларните материјали кои можат да заменат керамиката и стаклото, силиконската гума покажала практична применета перформанса од 1960-тите години и излегува сред различните полимери. Силиконските гумени изолатори имаат неколку предности над керамичките изолатори: прво, тие се лесни, лесни за управување и подобро безбедни; второ, керамичките изолатори се склони на пукнување под удар, додека силиконските гумени изолатори можат ефективно да преживеат механички удари како што се колизии со столбови.

Иако и други полимерни материјали ги имаат наведените предности, само силиконската гума причинува минимална загадување на околината. Полимерните изолатори се водостојчиви, што го пречи на проточниот ток и површинскиот дуг кои се создаваат од водни капчиња. Поради тоа, хидрофобноста на силиконските гумени изолатори се враќа побрзо отколку код другите полимерни изолатори, што ги прави трпеливи материјали пригодни за длабоко користење во тешки околини. Оваа статија објаснува карактеристиките на силиконската гума користена за високонапонска електрична изолација и ги воведува недавните развојни тенденции.

1 Карактеристики на силиконската гума

1.1 Хемиски карактеристики на силоксанската врска

1.1.1 Хемиски стабилна врска

Основата на силиконската гума се состои од силоксански (Si-O) врски. Због значајната разлика во електронегативност меѓу Si (1.8) и O (3.5), формира се поляризувана структура, како што е прикажано на Слика 1 (пропуштен), што ја прикажува карактеристиката на йонска врска. Затоа, енергијата на врската Si-O е повисока од C-C (види Табела 1). Поради тоа: (1) због йонската природа на главната верига, поларитетот на метил C-H групите во страничните вериги е намален, што ги прави помалку подложни на напад од други молекули, што резултира со отлична хемиска стабилност; (2) бидејќи Si не често формира двојни или тројни врски, главната верига е помалку склоница на декомпозиција, а Si-C врските се последично многу стабилни, што дополнително ги подобрува стабилноста на основата на силиконската гума.

1.1.2 Полимер со висока флексибилност

Аголот на силоксанската (Si-O-Si) врска е голем (130°–160°), што му дава повеќе слобода од органско-полимерните (C-C врска агол ~110°). Поради тоа, должината на Si-O врската (1.64 Å) е подолга од C-C (1.5 Å). Тоа значи дека целата полимерна молекула е подвижна и подолго деформируема.

1.1.3 Хеликална структура

Због хеликалната структура на полиcилоксан, силоксанските врски на главната верига се влечат надвор со йонска привлека, додека спољната страна се состои од метил групи со слаби молекуларни интеракции, што резултира со слаби молекуларни сили.

1.2 Својства на силиконската гума

На база на хемиските карактеристики описани во делот 1.1, силиконската гума има следниве својства пригодни за високонапонска електрична изолација.

1.2.1 Топлинска и холодна отпорност

Због неговата висока врскана енергија и отлична хемиска стабилност, силиконската гума има подобра топлинска отпорност од органско-полимерните материјали. Поради слабите молекуларни сили, тоа има ниска температура на стаклен прелом и отлична отпорност на фроз. Затоа, неговата перформанса останува стабилна независно од географската област во која се користи.

1.2.2 Водостојчивост

Површината на полиsилоксан е состојана од метил групи, што му дава хидрофобни карактеристики и тако отлична водостојчивост.

1.2.3 Електрични карактеристики

Силиконската гума содржи помалку атоми на џевре од органско-полимерните материјали, што резултира со отлична отпорност на дуг и трекинг. Поради тоа, дури и кога се сожига, формира се изолативна кремнезем, што дополнително гарантира превосходна електрична изолационна перформанса.

1.2.4 Отпорност на временски услови

Како што е прикажано во Табела 1, енергијата на силоксанската врска е повисока од енергијата на ултравиолетовата светлина, што го прави отпорен на стареење индуцирано од УВ. Во акцелерирани тестови за отпорност на озон, органско-полимерните материјали се пукнуваат во секунди до часови, додека силиконската гума покажува само слабо намалување на јачината после четири недели стареење, без забележани пукнувања, што указува на отлична отпорност на озон (види Табела 2). Киселинниот дожд е мешана йонска раствор со pH околу 5.6. Испроведен е тест со 500 пати концентрирана вештачка киселинна дожд со растворот прикажан во Табела 3. Силиконската гума покажува отлична хемиска отпорност како што е прикажано во Табела 4. Иако изложувањето на мешани раствори како што е киселинниот дожд може да предизвика некои промени, очекуван е минимален влијание.

Белешка: При собна температура, со концентрација на озон од 200 ppm и 50% продолната деформација на гумата, површината не покажува пукнувања дури и после 28 дена стареење.

Единица: грами на 2 литри дестилатска вода.

1.2.5 Перманентна деформација

Силиконската гума покажува подобри карактеристики на перманентна деформација (вклучувајќи перманентна продолнување и компресија) како на собна, така и на повишена температура, споредно со органско-полимерните материјали.

2 Класификација на силиконската гума

Силиконската гума може да се класифицира на тверда и течна типа според нејзиното состојба пред вулканизација, и на тип со оксид пероксид, додавање и кондензација тип според механизмот на вулканизација. Главната разлика помеѓу твердата и течната силиконска гума се наоѓа во молекуларната маса на полиsилоксан. Твердата силиконска гума може да се вулканизира преку оксид пероксид или додавање, и често се нарекува високотемпературна вулканизирана гума (HTV) или термички курената гума (HCR) (види Табела 5 и 6).

Иако течната силиконска гума вулканизирана преку реакција на додавање исто така може да се вулканизира при собна температура, таа се дизигнуира како течна силиконска гума (LSR), нискотемпературна вулканизирана гума (LTV) или дво-компонентна вулканизирана гума при собна температура (RTV), според методот на процесирање и температурата на вулканизација. Во производството на полимерни изолатори, често се користат процеси на инџекција и ливање.

Еднокомпонентна кондензационска (хумидна) силиконска гума може да се користи во градежни герметици, како и во електрични и електронски производи. Во електричните применувања, разредени на собна температура (RTV) силиконски гумени покриви се често спрејираат на керамички изолатори како заштитни материјали.

2.1 Силиконска гума со трихидроксид алуминиум (ATH)

Силиконска гума со добра отпорност на трекинг и дуг може да се добие со внесување на висок концентрат на трихидроксид алуминиум (ATH). Силиконска гума пополнета со 50 делови по маса на ATH покажува прифатлива отпорност на трекинг на висок напон (4.5 кВ), заедно со отлична отпорност на дуг, време, солен магла и киселинен дожд, што го прави пригоден како изолативен материјал во области со тешка солена магла. Меѓутоа, поради високата концентрација на ATH, овој материјал страда од висока вискозитет (слаба пластичност) и ниска механичка јачина.

2.2 Силиконска гума без трихидроксид алуминиум (ATH)

Во континентални области на Европа и слични региони со минимална солена магла и ниски нивоа на загадување, може да се користи силиконска гума без ATH пополнител. Во такви случаи, соодветен избор на базна силиконска гума, површинско третирање на аерогела и додавање на компоненти кои го подобруваат трекингот, може да се подобри хидрофобноста за да задоволи барањата за отпорност на трекинг на висок напон. Споредно со силиконската гума пополнета со ATH, овој тип има помала вискозитет и подобри механички и електрични карактеристики.

2.3 За надворешни кабелски аксесоари

Бидејќи надворешните кабелски аксесоари се изложени на тешки услови, тие мора да имаат добра отпорност на трекинг. Материјали со ниска перманентна продолгување може да се достигнат со користење на полимери со оптимизирана густина на крстосни врски, пригодни за продукти со хладна сокращување (хладна сокращување).

2.4 За надворешни кабелски аксесоари

Надворешните кабелски аксесоари ретко се засегнати од солена магла, така што отпорноста на трекинг често не е потребна. Меѓутоа, кога се користат во применувања со хладна сокращување, все уште е потребна ниска перманентна деформација.

2.5 Применување на покриви

Спрејирање на силиконски гумени покриви во тешко загадени области може да се задржи добро хидрофобност во долг рок. Покривите исто така може да се применат на веќе инсталирани изолатори според нивото на загадување, што овозможува продолжено користење и сведување на трошоци. Недавни извеснија покажуваат дека покривите на силиконски гумени изолатори можат да подобрат задржувањето на хидрофобност. Тренутно, постојат две главни категории: покриви на изолатори и гумени изолатори.

3 Заклучок

Оваа статија ги воведува силиконските гумени материјали за полимерни изолатори. Различни институции и производители вршат непрекинати истражувања и тестови. Ако може да се докаже висока надежност преку тестови на долготрајност и други перформанси, очекувано е да се расширата примените на силиконските гумени изолатори.