用于户外高压 绝缘子的复合 材料

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早在20世纪60年代以来, 复合类绝缘子便一直应用于高压线路和变电站, 这或许对一些读者来说颇感意外。复合绝缘子带来了传统陶瓷技术所无法实现的实实在在的好处, 衡量其获得成功的最佳标尺是复合绝缘子目前占据着相当大的绝缘子市场份额并且仍在继续增长。多年来尝试了几种不同的复合护套, 其结果相差甚远。例如, 起初聚四氟乙烯 (或铁氟龙) 看起来很有前景, 意大利在约1965年采用这种材料制造绝缘子, 但几年后由于不合适而放弃。其它一些号称性能优于陶瓷或玻璃的复合材料包括乙丙橡胶 (EPR)、三元乙丙橡胶 (EPDM) 和硅橡胶 (SR) 以及多种这些复合材料的“混合物”。

图1:测试装置

尽管我们通常以其所用的主体聚合物来命名每类这样的复合材料, 要注意的是, 每种绝缘子材料都采用自己独特的配方是很重要的。为了达到成本、生产和性能的最优化, 某些特定的成分诸如填料、着色剂和其它添加剂被添加到聚合物主体材料中。实际上, 当前尚未完全解决的一个问题是建立最佳的方式来获得每种材料的可靠“特征”。这被认为是向所有用户保证的最佳途径, 即发运给用户的绝缘子与提供了型式试验报告和运行经验的绝缘子完全相同。

从电气性能、耐化学腐蚀性、耐候性以及机械强度的角度来考虑, 具有各自优点的乙丙橡胶、三元乙丙橡胶和硅橡胶 (各具特有的配方) 排在最适合的复合材料之列。例如, 硅橡胶是一种憎水性迁移材料 (HTM), 这意味着它不仅呈现其固有的憎水性, 如果发生诸如严重潮湿环境下憎水性暂时丧失, 还具备短时间内恢复表面憎水性的能力。正是因为硅橡胶的这一主要优势, 使其胜过其他聚合物而实际上成为大多数高压交流和高压直流应用的事实“标准”, 尤其是在要求具备优异耐污性能的情况下。高压线路和变电站的运行试验表明总体应用情况良好, 从而也增强了其强劲的受市场欢迎的程度。

图2:绝缘子经过直流电压2000小时老化试
验后的老化情况。

与此同时, 一些经验表明, 在极端严酷的环境下, 硅橡胶绝缘子可能并非总能满足用户的期望, 例如表面沉积了许多可溶性和不溶性物质并频繁被雾气湿润的绝缘子, 强调这一点很重要。在这种条件下, 憎水性恢复的速度不够快, 实际上导致其憎水特性丧失。严酷 (也许太严酷) 的实验室老化试验证实了这种状况, 试验中将不同绝缘设计和绝缘材料的绝缘子置于不同应力条件下运行1000h, 包括盐雾、雨、清洁雾、干燥环境和紫外光 (参见图1)。早在1994年全体会议上提交的国际大电网会议 (CIGRE) 报告33-104“污染条件下复合绝缘子的性能研究”中, 可以找到不同复合绝缘子交流和直流实验室老化试验结果的对比。图2显示了直流下绝缘子老化的示例, 为了表征绝缘子老化后的绝缘性能, 在盐度 (Sa) 为80kg/m3条件下用“快速闪络”的方法确定耐污性能。图3显示了, 就直流下所要求的统一爬电比距, 对绝缘子进行的比较, 事实上, 在模拟的这种极端条件下, 发现EPR和EPDM绝缘子的性能实际上优于硅橡胶绝缘子的性能。这或许是因为在这类环境下, 复合材料的抗电痕和蚀损性能比憎水性迁移性能更重要。

图3:绝缘子在盐雾条件下 (Sa=80kg/m3) 老化后的标准爬电比距对比图。
盘形悬式瓷绝缘子的标准爬电比距供参考。

最终, 有些情况下决定采用复合绝缘子并非因其优异的耐污性而是基于其他因素, 诸如安全。事实上, 相对清洁环境中的交流变电站越来越采用复合护套便属于这种情况, 此处, 电力设计的决定性因素中, 对操作冲击性能的考量多于耐污性能。虽然这种情况下硅橡胶绝缘子也有可能是最佳解决方案, 但不应该放弃先验性地在技术上和经济上将“硅橡胶标准方法”与其他备选聚合物材料 (并非一定是上述提到的材料) 进行比较, 太多“标准化”会限制创新。

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