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应用斜面法研究复合护套材料

March 16, 2017 • Columns, Reporting from CIGRE

CIGRE工作组(WG)D1.27(Jens Seifert博士主持)负责研究用于绝缘子、避雷器、套管、互感器等外套的复合材料。由于这类设备的需求在日益增长,这个课题现在越来越重要了。这一课题还包括通过其独特的“指纹”更好地识别这些材料的分析方法。具体地说,非常关注于探究这种护套在现场运行一段时间后可能出现的变化,其中的一个问题是,是否需要再做一次直流电压下的斜面试验,以便更好地评价抗漏电起痕和电蚀损性能。评价旧绝缘子护套的相关特性非常有助于判定电力线路的残余寿命,也有助于更好地制定对所有组件进行广泛检查和维护的制度,如绝缘子、杆塔、导线、阻尼器、导线金具等。鉴于此,WG B2.21去年12月发布了技术手册481(复合绝缘子从现场拆除后的实验室评定指南)并作为评价绝缘子的导则。
例如,检查了现场运行10年后的硅橡胶护套绝缘子,发现了一定程度的“硅化”(即形成了硅土的表面层)。在此例中,这些绝缘子的运行环境为中度污秽,有强烈的阳光和每年有一个雨季。问题是,这种变化只是表面的,还是可能会对性能产生负面影响?于是,仔细研究了这些绝缘子,并没有发现憎水性或机械强度的降低。
随后研究了硅化的表面对抗漏电起痕和电蚀损性能的影响。摘取了一部分运行期间产生污秽和硅土层的绝缘子护套作为试验样本。斜面法施加恒定电压4.5kV,作用时间6小时。试验结果(图一)显示很小的侵蚀,试验获得通过。
然后从完全相同的新绝缘子护套上切下全新的材料样本,进行同样的测试,试验通过。然而,新样本显示电蚀损有轻微增加的趋势。在此基础上得出结论,在研究的含有氢氧化铝填料的高温硫化硅橡胶材料的情况下,护套表面的“硅化”没有降低其抗漏电起痕和电蚀损性能。
目前,更多的研究正在进行中,以确定这种“硅化”过程是否确实可能会提供某种防止其继续发展的“保护层”,换句话说,第一层是否抑制“硅化“进一步发展?如果有的话,加速紫外线测试结果可以证实这一点。
斜面法的主要目的是评估复合护套材料抗漏电起痕和电蚀损性能。如果这种材料具有固有的憎水性,使用润湿剂将该属性破坏,然后从试验的开始阶段模拟材料的“近期老化阶段”。
尽管早在1977年就出版了斜面法的第一个标准,但是试验结果可以有很大不同,视某些试验参数而定。这些试验参数是:
Pages-from-CHINA09ss-4-3 护套材料 应用斜面法研究复合护套材料 Pages from CHINA09ss 4 3

图一: 从绝缘子护套切割下的斜面法试样。

√.泄漏电流和弧根温度
√.放电迁移率(受电极表面粗糙度或形状的影响)
√.电压源的阻抗和“刚性”
√.损伤路径的物理结构
在直流电压的情况下,其他测试参数也会影响试验结果,包括:
√.在直流电压的情况下,其他测试参数也会影响试验结果,包括:
√.电极材料的化学成分
√.电压的波纹形状
面对这种试验参数的不确定性,将产生一个显而易见的问题,即交流情况下,材料的抗漏电起痕和电蚀损性能排行表是否能提供适当的信息,以及是否能完全适用于直流的情况。
德国齐陶大学进行的第三方独立试验给出了答案(图二)。研究了三种材料家族:材料A,结构材料,通常主要用于配电;材料B,不添加提高抗电蚀损填充料的可注射硅橡胶;材料C,含有氢氧化铝填料的高温硫化硅橡胶。对于复合材料A,在直流下,几乎所有的试验均以失败告终,电导率超过60 mA的极限值。
材料B和C一些样本的试验失败,但模式不同于材料A。材料B和C的失败模式是电蚀损,而且产生电蚀损所需要的试验时间每次都比材料A要长得多。
这些结果看来可以证明,在模拟材料“近期老化阶段”的情况下,通常不可能用AC的试验结果评定DC的性能。工作组将采用循环理念进行更多的试验,验证上述结论是否正确。
尽管如此,我们仍然可以得出下面的结论:
1.在相同的试验条件下,直流电压下的电蚀损或故障率更高;
2.正极性直流电压造成的破坏更严重;
3.辅助材料可能会发生反应,导致损伤累积。这意味着某些复合材料不适合用于直流护套材料。
  Dr. Frank Schmuck

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