CN103344527A - 硅橡胶复合绝缘子老化程度的检测方法 - Google Patents

硅橡胶复合绝缘子老化程度的检测方法 Download PDF

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徐晓刚
彭向阳
麦晓明
毛先胤
方鹏飞
王建国
王聪
刘杨
王康
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Abstract

本发明公开了一种硅橡胶复合绝缘子老化程度的检测方法，通过采用多种检测液体测定硅胶复合绝缘子的接触角并计算表面自由能及其酸碱分量，然后根据表面自由能的数值大小来判断硅橡胶复合绝缘子的老化程度，12mJ/m2>表面自由能>26mJ/m2为I级老化，26mJ/m2>表面自由能>28mJ/m2为II级老化，表面自由能≥28mJ/m2为III级老化。上述检测方法操作简单，可以多方面反映硅橡胶绝缘子表面的变化过程，能用于复合绝缘子的老化评估。

Description

硅橡胶复合绝缘子老化程度的检测方法
技术领域
本发明涉及电力设备领域，特别是涉及一种硅橡胶复合绝缘子老化程度的检测方法。
背景技术
表面润湿现象复杂且受许多不同参数的影响，一些重要的参数，包括：绝缘子材料表面粗糙度，表面的不均匀性、化学成分以及污秽的粘附。一些绝缘子常用材料由于受到周围条件的影响，其湿润性会随时间而变化。
表面自由能是某一凝聚相产生单位面积的自由表面时所需要的能量，它是分子间力的一种直接体现。当复合绝缘子表面结构发生改变、表面吸附外来原子或表面存在着各种缺陷时，其表面自由能会发生明显的变化。对于固体而言，在固体物理理论中，表面原子比物质内部的原子具有更多的能量，因此，根据能量最低原理，原子会自发的趋于物质内部而不是表面。
表面自由能的另一种定义是，材料表面相对于材料内部所多出的能量。把一个固体材料分解成小块需要破坏它内部的化学键，所以需要消耗能量。如果这个分解的过程是可逆的，那么把材料分解成小块所需要的能量就与小块材料表面所增加的能量相等，即表面自由能增加。但事实上，只有在真空中刚刚形成的表面才符合上述能量守恒。因为新形成的表面是非常不稳定的，它们通过表面原子重组和相互间的反应，或者对周围其他分子或原子的吸附，从而使表面能量降低。
固体聚合物的表面自由能是计算聚合物表面与其他物质间相互作用的重要参数，与粘附、吸附、表面润湿等性能密切相关。固体材料表面自由能分量分为伦敦分量和极性分量两个部分。其中极性分量存在的条件是作用的分子双方必须有一方为极性分子，而硅橡胶分子结构中的Si-CH3结构包裹于分子外部，该结构为非极性的结构，其分子间中极性分量很小，这就决定了绝缘子表面自由能低，而表面自由能低也决定了绝缘子呈疏水性。
目前，检测复合绝缘子表面自由能的方法是直接采用水测定绝缘子表面的接触角，这种测试方法存在以下缺陷：（1）、检测液体为水时，只能反映出绝缘子表面非极性的变化过程，并不能反映出绝缘子表面的极性变化。（2）、只是测定水的接触角值，并不能对绝缘子的老化情况进行说明。
发明内容
基于此，有必要提供一种能够说明复合绝缘子老化程度的硅橡胶复合绝缘子老化程度的检测方法。
一种硅橡胶复合绝缘子老化程度的检测方法，包括以下步骤：
(1)、对硅橡胶复合绝缘子高压侧伞裙进行取样，得到测试试样；
(2)、采用检测液体分别测定所述测试试样的接触角，得到所述测试试样的接触角值；
(3)、根据步骤(2)中的所述测试试样的接触角值计算所述测试试样的表面自由能和表面自由能的酸碱分量；
(4)、根据所述测试试样的表面自由能和表面自由能的酸碱分量的数值大小判断所述硅橡胶复合绝缘子的老化程度；
所述检测液体为极性溶剂或/和非极性溶剂。
在其中一个实施例中，所述极性溶剂为去离子水、甲酰胺、乙二醇或丙三醇。
在其中一个实施例中，所述非极性溶剂为二碘甲烷。
在其中一个实施例中，所述检测液体选自去离子水、甲酰胺、乙二醇、丙三醇和二碘甲烷中的至少三种。
在其中一个实施例中，所述检测液体水、甲酰胺和二碘甲烷。
在其中一个实施例中，所述步骤(2)的具体操作为：在所述测试试样的表面选取均匀分布的5个取样点，对每个取样点测量5次，然后取平均值，在测量时，取2微升所述检测液体在距离所述测试试样表面1-3mm处垂直滴下，在0.5min-1min内完成测量。
上述硅橡胶复合绝缘子老化程度的检测方法，通过选用不同的检测液体对硅橡胶复合绝缘子的接触角进行测量，进而计算出硅橡胶复合绝缘子的表面自由能，然后根据计算的结果判断复合绝缘子的老化程度。上述检测方法具有以下优点：
1、操作简单，只需要测定静态接触角就能判断复合绝缘子老化后表面的结构变化；当测试样品的表面自由能≥26mJ/m2时，硅橡胶复合绝缘子表面结构中的-Si-O-主链开始断裂，形成无机的SiOx层，说明硅橡胶复合绝缘子的老化程度较高；当测试样品的表面自由能处于12-26mJ/m2时，硅橡胶复合绝缘子表面结构中-CH3开始脱落，并伴随着C-H的断裂，说明硅橡胶复合绝缘子开始老化。
2、将本身为宏观量的表面自由能分解为微观作用力的分量，可以多方面反映绝缘子表面的变化过程，包括极性和非极性的，这对于绝缘子的设计是有价值的。从分子结构上来看，硅橡胶分子结构中的Si-CH3结构包裹于外面，该结构类似于CH4，其中，C为满价的，也就是其化合价跟它所处的主族数是相等的；而分子主链中的H3C-Si-O中的Si同样也是满价的，这是一种典型的非极性结构，所以当硅橡胶分子相互作用时，其分子间极性作用力较小，分子间的范德华力相对较大。而当硅橡胶分子受破坏时，其表面的极性是加强的。极性越强，硅橡胶复合绝缘子的老化等级也越大。
3、能准确分析绝缘子表面吸附、粘合、涂层等性能，能用于复合绝缘子的老化评估。界面相互作用自由能是由表面自由能参数分量来计算的，表面自由能的分量越大，界面相互作用自由能越小。通过计算绝缘子硅橡胶表面自由能的参数分量来计算硅橡胶表面与水分子相互作用自由能，计算结果表明，绝缘子的界面结合能为负值，结果越小，其吸附、粘合等性能越弱。
附图说明
图1为实施例1中去离子水在硅橡胶复合绝缘子表面的接触图；
图2为实施例1中甲酰胺在硅橡胶复合绝缘子表面的接触图；
图3为实施例1中乙二醇在硅橡胶复合绝缘子表面的接触图；
图4为实施例1中丙三醇在硅橡胶复合绝缘子表面的接触图；
图5为实施例1中二碘甲烷在硅橡胶复合绝缘子表面的接触图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的阐述。
以下实施例中所用到的GBX接触角仪为法国GBX公司ILMS表面综合性能测试仪。
实施例1硅橡胶复合绝缘子老化程度的检测方法
一种硅橡胶复合绝缘子老化程度的检测方法，包括以下步骤：
(1)、随机选取未使用的硅橡胶复合绝缘子9份，在紫外辐照为UV-A，中心波长为340nm的紫外辐射下分别照射0h、48h、96h、144h、192h、240h、480h、720h、880h；
(2)、分别从步骤(1)中的各份硅橡胶复合绝缘子的高压侧伞裙割下一小块作为测试试样，将其上表面的一块不小于4cm×4cm的薄片切出，要求厚度均匀不影响投影的拍摄效果；
(3)、将测试试样放置在GBX接触角仪的测试区，选择自由能测试模式，对试样进行聚焦调节，对测试试样进行聚焦调节，观测到针头为矩形状，液滴中出现葫芦状亮斑为止；
(4)、先用去离子水对样品进行接触角测试，在测试样品表面选取5个点，要求这5个点能够均与地分布在整个测试试样的表面，这样能准确地反映出绝缘子表面的信息；在测量时，用微量进样器(2微升)将检测液体在距离固体表面约3mm处垂直、小心滴下，测量时间为0.5-1min，取5次测量其平均值；
(5)、再依次选取乙二醇、丙三醇、甲酰胺、二碘甲烷四种检测液体重复步骤(4)，得到测试试样的接触角值；其中，不同检测液体在不同紫外辐射时间的硅橡胶复合绝缘子表面的接触角值见表1所示；去离子水、甲酰胺、乙二醇、丙三醇、二碘甲烷在硅橡胶复合绝缘子表面的接触情况如图1-图5所示；
(6)、根据LW-AB法原理，在计算固体表面自由能的分量值时，只需要知道一种非极性的液体和两种极性液体组成在固体表面的接触角值便可计算表面自由能的酸碱分量。因此，选取检测液体为水、甲酰胺和二碘甲烷测得的接触角值，运用LW-AB法计算绝缘子的表面自由能及其酸碱分量，其中，去离子水、乙二醇、丙三醇、甲酰胺、二碘甲烷的表面能参数及其酸碱分量见表2所示，
不同紫外辐照时间的硅橡胶复合绝缘子的表面自由能及其酸碱分量见表3所示。
表1不同检测液体在不同紫外辐射时间的硅橡胶复合绝缘子表面的接触角值
(/°)
Figure BDA00003347052400051
表2检测液体的表面能参数
Figure BDA00003347052400052
其中，γL为表面自由能，γL LW为表面自由能酸碱分量，γL +为酸分量，γL -为碱分量。
表3不同紫外辐照时间的硅橡胶复合绝缘子的表面自由能及其酸碱分量
（mJ/m2）
紫外辐射时间 γs γs LW γs +  γs -
0h 11.8 16.11 1.16 4.51
48h 16.5 17.26 9.63 8.54
96h 20.7 17.26 0.28 0.12
144h 25.8 19.12 27.63 26.87
192h 25.8 20.36 23.64 24.55
240h 26.4 21.09 19.72 22.13
480h 27.5 23.34 18.99 24.23
720h 28.4 23.34 6.42 4.27
880h 28.5 23.34 7.67 12.99
其中，γs为表面自由能，γs LW为表面自由能酸碱分量，γs +为酸分量，γs -为碱分量。
由表3可知，硅橡胶复合绝缘子表面有Si-CH3结构包裹于外部，其分子间极性分量很小，这也就决定了未经老化的绝缘子表面自由能较低，所以，从结果来看，硅橡胶复合绝缘子的表面自由能的数值越大，其老化程度越强。
硅橡胶复合绝缘子老化程度的鉴别方法如下：
运用去离子水、甲酰胺、二碘甲烷三种检测液体为组合液体，采用Zisman法测试硅橡胶复合绝缘子的表面自由能，评分值分别为表面自由能≥28mJ/m2，26mJ/m2>表面自由能>28mJ/m2，12mJ/m2>表面自由能>26mJ/m2。
复合绝缘子的老化等级分为三级，分别为I、II、III级，12mJ/m2>表面自由能>26mJ/m2为I级，26mJ/m2>表面自由能>28mJ/m2为II级，表面自由能≥28mJ/m2为III级。
硅橡胶复合绝缘子的老化程度以及结构变化如表4所示。
表4硅橡胶复合绝缘子老化程度以及结构变化表
Figure BDA00003347052400061
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种硅橡胶复合绝缘子老化程度的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、对硅橡胶复合绝缘子高压侧伞裙进行取样，得到测试试样；
(2)、采用检测液体分别测定所述测试试样的接触角，得到所述测试试样的接触角值；
(3)、根据步骤(2)中的所述测试试样的接触角值计算所述测试试样的表面自由能和表面自由能的酸碱分量；
(4)、根据所述测试试样的表面自由能和表面自由能的酸碱分量的数值大小判断所述硅橡胶复合绝缘子的老化程度；
所述检测液体为极性溶剂或/和非极性溶剂。
2.根据权利要求1所述的硅橡胶复合绝缘子老化程度的检测方法，其特征在于，所述极性溶剂为去离子水、甲酰胺、乙二醇或丙三醇。
3.根据权利要求1所述的硅橡胶复合绝缘子老化程度的检测方法，其特征在于，所述非极性溶剂为二碘甲烷。
4.根据权利要求1所述的硅橡胶复合绝缘子老化程度的检测方法，其特征在于，所述检测液体选自去离子水、甲酰胺、乙二醇、丙三醇和二碘甲烷中的至少三种。
5.根据权利要求4所述的硅橡胶复合绝缘子老化程度的检测方法，其特征在于，所述检测液体为水、甲酰胺和二碘甲烷。
6.根据权利要求1-5任一项所述的硅橡胶复合绝缘子老化程度的检测方法，其特征在于，所述步骤(2)的具体操作为：在所述测试试样的表面选取均匀分布的5个取样点，对每个取样点测量5次，然后取平均值，在测量时，取2微升所述检测液体在距离所述测试试样表面1-3mm处垂直滴下，在0.5min-1min内完成测量。
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