Silikongummi i høyspenningsskilt: Egenskaper klassifiseringer og anvendelser

Siden det andre halvår av 1800-tallet, var de eneste isoleringsmaterialene som var egnet for høyspenningskrafttransmisjonslinjer, keramikk og glas. Fra 1940-årene, med oppkomsten av polymermaterialer, var keramikk og glas ikke lenger de foretrukne valgene, noe som førte til at land i Europa og Amerika begynte å forsk på polymerisolatorer. Deretter ble det gjennomført omfattende studier av fysisk egenskaper, elektriske kjennetegn, langvarig pålitelighet og optimale former for elektriske isolatorer, og produksjonseffektiviteten fortsatte å øke.

Blant høyvektige materialer som kan erstatte keramikk og glas, har silikongummi vist praktisk anvendelsesytelse siden 1960-årene og har stått ut blant ulike polymerer. Silikongummiisolatorer har flere fordeler sammenlignet med keramikkisolatorer: for det første er de lette, enkle å håndtere og sikrere; for det andre er keramikkisolatorer utsatt for sprøyting ved påkjenning, mens silikongummiisolatorer kan effektivt motstå mekaniske sjokk som bilkollisjoner med strømpester.

Selv om andre polymermaterialer også har de nevnte fordeler, fører bare silikongummi til minimal miljøforurensning. Polymerisolatorer er vannbestandige, noe som forhindrer lekkasjestrøm og overflatebueing som følge av vannråder. I tillegg gjenoppretter silikongummiisolatorers hydrofobitet raskere enn andre polymerisolatorer, noe som gjør dem til et holdbart materiale egnet for langvarig bruk i tøffe miljøer. Denne artikkelen forklarer egenskapene til silikongummi brukt i høyspenningselektrisk isolasjon og introduserer nylige utviklingstrender.

1 Egenskaper ved silikongummi

1.1 Kjemiske egenskaper ved siloxankoblingen

1.1.1 Kjemisk stabil kobling

Rygggraten av silikongummi består av siloxan (Si-O) koblinger. På grunn av den betydelige forskjellen i elektronegativitet mellom Si (1.8) og O (3.5), dannes en polarisert struktur, som vist i figur 1 (utelatt), som viser ionkoblingskjennetegn. Dette resulterer i at Si-O-koblingens bindingsenergi er høyere enn C-C (se tabell 1). Videre: (1) på grunn av den ioniske naturen til hovedkjeden, reduseres polariteten av metyl C-H-grupper i sidekjeder, noe som gjør dem mindre utsatt for angrep fra andre molekyler, og dermed gir fremragende kjemisk stabilitet; (2) siden Si ikke lett dannes dobbelt eller trippelkoblinger, er hovedkjeden mindre utsatt for nedbryting, og Si-C-koblinger er dermed veldig stabile, noe som ytterligere øker stabiliteten til silikongummiryggen.

1.1.2 Høy fleksibilitet polymere

Koblingsvinkelen til siloxan (Si-O-Si) er stor (130°–160°), noe som gir den høyere frihet enn organiske polymerer (C-C koblingsvinkel ~110°). I tillegg er Si-O bindelengden (1.64 Å) lengre enn C-C (1.5 Å). Dette betyr at det totale polymermolekylet er mer mobil og lettere deformert.

1.1.3 Helisk struktur

På grunn av den heliske strukturen til polysiloxan, trekkes siloxankoblingene på hovedkjeden innover av ionisk attraksjon, mens ytre siden består av metylgrupper med svake intermolekylære interaksjoner, noe som resulterer i svake intermolekylære krefter.

1.2 Egenskaper ved silikongummi

Basert på de kjemiske egenskapene beskrevet i seksjon 1.1, har silikongummi følgende egenskaper som er egnet for høyspenningselektrisk isolasjon.

1.2.1 Varmeevne og kuldeevne

På grunn av sin høye bindingsenergi og fremragende kjemisk stabilitet, har silikongummi bedre varmeevne enn organiske polymerer. I tillegg, på grunn av de svake intermolekylære kreftene, har det en lav glassovergangstemperatur og fremragende kuldeevne. Derfor forblir dens yteevne stabil uavhengig av geografisk region.

1.2.2 Vandbestandighet

Overflaten av polysiloxan består av metylgrupper, noe som gir den hydrofobe egenskaper og dermed fremragende vandbestandighet.

1.2.3 Elektriske egenskaper

Silikongummi inneholder færre karbonatomer enn organiske polymerer, noe som resulterer i fremragende bueresistens og sporresistens. I tillegg, selv når det brennes, dannes det isolerende kisil, noe som ytterligere sikrer fremragende elektrisk isolasjonsegenskaper.

1.2.4 Veærvbestandighet

Som vist i tabell 1, er bindingsenergien til siloxan høyere enn energien til ultralyset (UV), noe som gjør det motstandsdyktig mot UV-indusert aldring. I akselererte ozonmotstandstester knuses organiske polymerer innen sekunder til timer, mens silikongummi viser kun en liten reduksjon i styrke etter fire uker med aldring, uten at det observeres noen knusing, noe som indikerer fremragende ozonmotstand (se tabell 2). Surregn er en blandet ionisk løsning med en pH på omtrent 5.6. En 500 ganger konentrert syntetisk surregnprøve ble gjennomført med løsningen oppført i tabell 3. Silikongummi viser fremragende kjemisk motstand som vist i tabell 4. Selv om eksponering for blandede løsninger som surregn kan forårsake noen endringer, er det forventet at innvirkningen vil være minimal.

Merk: Ved romtemperatur, med en ozonkonsentrasjon på 200 ppm og 50 % tensile spenning på gummiet, viser overflaten ingen knusing selv etter 28 dager med aldring.

Enhet: g per 2 L destillert vann.

1.2.5 Permanente deformasjoner

Silikongummi viser bedre permanente deformasjonskarakteristika (inkludert permanent strekking og kompresjonssett) både ved romtemperatur og høy temperatur sammenlignet med organiske polymerer.

2 Klassifisering av silikongummi

Silikongummi kan klassifiseres i fast og flytende typer basert på dens tilstand før vulkanisering, og i peroksidhårdning, addisjonshårdning og kondensasjonshårdning typer basert på vulkaniseringsmekanismen. Hovedforskjellen mellom fast og flytende silikongummi ligger i molekylvekten av polysiloxan. Fast silikongummi kan vulkaniseres via enten peroksidhårdning eller addisjonshårdning, og kalles ofte høytemperatur vulkaniserende gummi (HTV) eller varmekurert gummi (HCR) (se tabeller 5 og 6).

Selv om flytende silikongummi hardet ved addisjon reaksjon også kan vulkaniseres ved romtemperatur, er det merket som flytende silikongummi (LSR), lavtemperatur vulkaniserende gummi (LTV) eller tokomponent romtemperatur vulkaniserende gummi (RTV), avhengig av behandlingsmetode og hårdningstemperatur. I produksjonen av polymerisolatorer er injeksjonsgjengjøring og gøring vanlige prosesser.

Énkomponents kondensasjonstype (feuchtigkeitsfestiges) silikongummi kan brukes i byggesilikoner, samt i elektriske og elektroniske produkter. I elektriske anvendelser spryes løsemiddeldunnet romtemperatur vulkaniserende (RTV) silikongummi belag på keramikkisolatorer som beskyttelsesmaterialer.

2.1 Silikongummi med aluminiumtriidroksid (ATH)

Silikongummi med god sporresistens og bueresistens kan oppnås ved å inkludere en høy mengde aluminiumtriidroksid (ATH). Silikongummi fylt med 50 deler ved masse av ATH viser akseptabel resistens mot høyspennings (4.5 kV) spor, sammen med fremragende bueresistens, veærvbestandighet, saltfugtbestandighet og surregnbestandighet, noe som gjør det egnet som isoleringsmateriale i områder med sterkt saltfugt. Imidlertid, på grunn av den høye ATH-mengden, lider dette materialet av høy viskositet (dårlig plastisitet) og lav mekanisk styrke.

2.2 Silikongummi uten aluminiumtriidroksid (ATH)

I inlandsområder i Europa og lignende regioner med minimalt saltfugt og lav forurensningsnivå, kan silikongummi uten ATH-fyllstoff brukes. I slike tilfeller kan passende valg av basis silikongummi, overflatesbehandling av kollesterdamm og tilsetning av legemer som forbedrer sporresistens, forbedre hydrofobitet for å møte kravene til høyspenningsporresistens. Sammenlignet med ATH-fylt silikongummi, har denne typen lavere viskositet og superiør mekanisk og elektrisk egenskaper.

2.3 For utendørs kabeltilbehør

Ettersom utendørs kabeltilbehør er utsatt for tøffe miljøer, må de ha god sporresistens. Materialer med lav permanent utrekning kan oppnås ved å bruke polymerer med optimal tværsbindingstetthet, egnet for romtemperatur skjøv (kalde-skjøv) produkter.

2.4 For innendørs kabeltilbehør

Innendørs kabeltilbehør blir sannsynligvis ikke påvirket av saltfugt, så sporresistens er ofte ikke nødvendig. Imidlertid, når det brukes i romtemperatur skjøv (kalde-skjøv) anvendelser, er lav permanent deformasjonkarakteristika fremdeles nødvendig.

2.5 Belagsanvendelser

Spraying av silikongummi-belag på sterkt forurenset områder kan opprettholde god hydrofobitet over lengre tid. Belag kan også påføres allerede installerte isolatorer basert på forurensningsnivå, noe som muliggjør fortsettelsen av tjenesten og kostnadsbesparelse. Nylige rapporter indikerer at belaging av silikongummiisolatorer kan ytterligere forbedre bevaringen av hydrofobitet. For øyeblikket finnes det to hovedtyper: belagte isolatorer og gummityper isolatorer.

3 Konklusjon

Denne artikkelen har introdusert silikongummi-materialer for polymerisolatorer. Ongoing research and testing are being conducted by various institutions and manufacturers. If high reliability can be demonstrated through durability and other performance tests, the application of silicone rubber insulators is expected to expand further.