CN113188987A - 碱性腐蚀环境硅橡胶老化过程人工模拟装置及实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碱性腐蚀环境硅橡胶老化过程人工模拟装置及方法，它包括：电压发生器，向复合硅橡胶材料样品施加不同电压；超声波发生器，对不同pH值的碱溶液发出超声波以将其雾化，模拟运行线路碱性腐蚀环境；耐碱试验箱，用于放置复合硅橡胶材料样品；腐蚀液配制装置，用于配制不同pH值的碱性腐蚀液体；复合硅橡胶材料样品，用于进行模拟碱性腐蚀环境下老化过程；耐碱电极，用于在复合硅橡胶材料样品两端施加均匀电场，模拟运行线路绝缘子串两端的电场；解决了现有技术对于碱性环境腐蚀机理等研究还很不明确，然而复合绝缘子在单一碱性腐蚀环境中样品获取较为困难，给研究工作造成了很大阻碍等技术问题。
Description
技术领域
本发明属于橡胶材料老化技术领域，尤其涉及一种碱性腐蚀环境硅橡胶老化过程人工模拟装置及方法。
技术背景
近年来，复合绝缘子、RTV增爬裙、复合绝缘套管等因其良好的电气性能和机械性能在交直流输电网中得到广泛的应用。复合绝缘材料应用过程中老化问题对电网安全运行是个严峻的挑战，特别是在高腐蚀、强紫外等恶劣环境下，其老化问题更为突出。随着环境污染的日益加重，输电线路上的复合绝缘子长期遭受日益严重的工业城市中碱性化学物质污染的腐蚀，在这些因素的影响下，复合绝缘子表面伞裙的整体性能出现了一定程度的下降，严重威胁电网安全可靠运行，因此需要对碱性腐蚀环境复合绝缘材料腐蚀机制进行研究。
国内外学者对复合硅橡胶材料的腐蚀研究尚处于起步阶段，对于碱性环境腐蚀机理等研究还很不明确，然而复合绝缘子在单一碱性腐蚀环境中样品获取较为困难，给研究工作造成了很大阻碍
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种碱性腐蚀环境硅橡胶老化过程人工模拟装置及方法，以解决现有技术对于碱性环境腐蚀机理等研究还很不明确，然而复合绝缘子在单一碱性腐蚀环境中样品获取较为困难，给研究工作造成了很大阻碍等技术问题。
本发明技术方案：
一种碱性腐蚀环境硅橡胶老化过程人工模拟装置，它包括：
电压发生器，根据需要向复合硅橡胶材料样品施加不同电压，模拟运行线路绝缘子的电压梯度；
超声波发生器，用于对不同pH值的碱溶液发出超声波以将其雾化，成为弥漫在耐碱试验箱中的微小水滴，模拟运行线路碱性腐蚀环境；
耐碱试验箱，用于放置复合硅橡胶材料样品；
腐蚀液配制装置，用于配制不同pH值的碱性腐蚀液体；
复合硅橡胶材料样品，用于进行模拟碱性腐蚀环境下老化过程；
耐碱电极，用于在复合硅橡胶材料样品两端施加均匀电场，模拟运行线路绝缘子串两端的电场。
所述电压发生器包括调压器、变压器、电容和接地棒。
超声波发生器安装在耐碱试验箱上；超声波发生器包括水箱和喷嘴；所述水箱用于储存有碱性腐蚀液，喷嘴用于将腐蚀液水雾喷出；喷嘴伸入耐碱试验箱内。
所述耐碱试验箱为具有可开合装置的封闭腔体，放置和取出复合硅橡胶材料样品时打开，进行碱性腐蚀环境老化时关闭；所述耐碱试验箱的侧壁具有可深入管子的圆孔供超声波发生器喷嘴管伸入；所述耐碱试验箱应不与碱性腐蚀液反应；所述耐碱试验箱设置有温度调节装置。
腐蚀液配制装置包括去离子水、氢氧化钠、塑料试剂瓶、烧杯、量筒、玻璃棒、电导率仪、笔式PH计、移液器和温湿度计，所述去离子水的电导率小于20μS/cm，所述温度计精度不低于1℃，所述笔式PH计精度不低于0.02pH，配制的碱性腐蚀液的电导率不低于20μS/cm。
一种碱性腐蚀环境硅橡胶老化过程人工模拟装置，所述耐碱电极之间的电场应尽可能均匀，以模拟实际输电线路中绝缘子串两端的电场；所述耐碱电极应与复合绝缘子样品紧密贴合避免空气间隙放电对试验结果的影响。
一种碱性腐蚀环境硅橡胶老化过程人工模拟装置的实现方法，它包括：
S1.使用腐蚀液配制装置配制足量具有不同pH值的碱性腐蚀液体；
S2.将复合硅橡胶材料样品放置于耐碱试验箱中，超声波发生器外置，喷嘴管深入耐碱试验箱内，将碱性腐蚀液注入超声波发生器的水箱中；
S3.控制超声波发生器将碱性腐蚀液雾化，待耐碱试验箱中充满雾后，控制电压发生器向复合硅橡胶材料样品施加电压，使硅橡胶复合材料样品表面通过电流并产生放电；
S4.经过预定时间后，关闭电压发生器，将带电系统安全接地，关闭超声波发生器，取出复合硅橡胶材料样品，观察样品表面是否发生明显老化痕迹，若有，则碱性腐蚀环境老化过程结束，若无，则回到步骤S3，继续进行碱性环境腐蚀过程。
氢氧化钠质量与去离子水体积计算为：
由c＝n/V，n＝m/M，c为氢氧根离子的浓度，n为氢氧化钠的物质的量，V为待配置的具有一定pH值的氢氧化钠溶液的体积，m为所需的氢氧化钠的质量，M为氢氧化钠的摩尔质量，M＝40g/mol。
电压发生器向硅橡胶复合材料样品施加的电压大小由下式确定：
式中，U为施加在硅橡胶复合材料样品上的电压值(kV)，L为硅橡胶复合材料样品表面的爬电距离(cm或mm)，λ为规定的在一定污秽条件下要满足的爬电比距值(cm/kV或mm/kV)。
本发明有益效果：
通过本发明的装置能够反映带电运行复合绝缘子在碱性腐蚀环境中的老化过程，获取碱蚀后样品，从而帮助技术及科研人员对碱性环境腐蚀机理进行深入研究，为电网的安全稳定运行提供技术支撑；解决了现有技术对于碱性环境腐蚀机理等研究还很不明确，然而复合绝缘子在单一碱性腐蚀环境中样品获取较为困难，给研究工作造成了很大阻碍等技术问题。
附图说明：
图1为本发明的方法流程图；
图2为本发明实施例中的复合硅橡胶材料样品示意图；
图3为本发明装置布置图。
具体实施方式：
本发明提供的碱性腐蚀环境中复合硅橡胶材料带电老化系统，包括：
电压发生器，根据需要向复合硅橡胶材料样品施加不同电压，模拟运行线路绝缘子的电压梯度；
超声波发生器，用于对不同pH值的碱溶液发出超声波以将其雾化，成为弥漫在耐碱试验箱中的微小水滴，模拟运行线路碱性腐蚀环境；
耐碱试验箱，用于放置复合硅橡胶材料样品及伸入超声波发生器喷嘴管；
腐蚀液配制装置，用于配制不同pH值的碱性腐蚀液体；
复合硅橡胶材料样品，用于对其进行模拟碱性腐蚀环境下老化过程；
耐碱电极，用于在复合硅橡胶材料样品两端施加均匀电场，模拟运行线路绝缘子串两端的电场。
进一步，所述复合硅橡胶材料样品应由复合绝缘子生产厂家直接提供；或者
所述硅橡胶复合材料样品应根据复合绝缘子生产厂家提供的配方进行制作，以保证其各项理化特性与应用于输电线路绝缘配置的复合绝缘子一致。本实施例中，复合硅橡胶材料样品是由复合绝缘子生产厂家提供的长方体形硅橡胶切片，其长为150mm，宽为120mm，厚为6mm，其配方与实际运行的复合绝缘子一致。
进一步，所述电压发生器应包括调压器、变压器、电阻、电容、硅堆、接地棒等必需器件，以保证电压发生器能对复合硅橡胶材料样品施加一定大小的交流电压或直流电压，并在结束碱蚀后系统能安全接地。本实施例中，电压发生器施加于硅橡胶复合材料样品上的电压为交流电压，各电路元件与复合硅橡胶材料样品及超声波发生器、耐碱试验箱等的布置连接关系如图3所示，其中T为变压器、R0为保护电阻、E代表耐碱试验箱，F为超声波发生器，复合硅橡胶材料样品末端与变压器低电位点相连并接地。
进一步，所述超声波发生器应包括水箱、喷嘴等必需器件，以保证超声波发生器将腐蚀液雾化并喷出。
进一步，所述超声波发生器采用外置式，所述水箱用于储存具有一定pH值的碱性腐蚀液，喷嘴用于将腐蚀液水雾喷出。
进一步，所述耐碱试验箱应为具有可开合装置的封闭腔体，放置和取出复合硅橡胶材料样品等时刻打开，进行碱性腐蚀环境老化时可封闭。所述耐碱试验箱应为侧壁具有可深入管子的圆孔，可供超声波发生器喷嘴管伸入。所述耐碱试验箱应不与碱性腐蚀液反应。本实施例中，耐碱试验箱由亚克力板搭建而成。
进一步，所述耐碱试验箱还应具有可调节腔体内环境温度的功能，以模拟复合绝缘子实际运行工况，温度调节范围不窄于-10℃～30℃。本实施例中，耐碱试验箱的温度调节范围为-36℃～40℃。
进一步，所述腐蚀液配制装置包括去离子水、氢氧化钠、塑料试剂瓶、烧杯、量筒、玻璃棒、电导率仪、笔式PH计、移液器、温湿度计等必需器件，所述去离子水的电导率小于20μS/cm，所述温度计精度不低于1℃，所述笔式PH计精度不低于0.02pH，所述待配制碱性腐蚀液的电导率不低于20μS/cm。本实施例中，去离子水电导率为9.25μS/cm，温度计精度为0.1℃，笔式PH计精度为0.02pH。
进一步，所述耐碱电极，应不与碱性腐蚀液反应，减小反应产物对试验结果的影响；所述耐碱电极，在潮湿环境应不易被锈蚀，避免锈蚀对试验结果的影响；所述耐碱电极之间的电场应尽可能均匀，以模拟实际输电线路中绝缘子串两端的电场；所述耐碱电极应与复合绝缘子样品紧密贴合，避免空气间隙放电对试验结果的影响。本实施例中，电极采用不锈钢电极，电极长度各为120mm，宽度各为12.5mm，四周倒角半径为3mm，厚度为0.3mm。
相应地，如图1所示，本发明提供了碱性腐蚀环境中复合硅橡胶材料带电老化过程及方法，包括如下步骤：
S1.使用腐蚀液配制装置配制足量具有不同pH值的碱性腐蚀液体；
S2.将复合硅橡胶材料样品放置于耐碱试验箱中，超声波发生器外置，其喷嘴管深入耐碱试验箱内，将碱性腐蚀液注入超声波发生器的水箱中；
S3.控制超声波发生器将碱性腐蚀液雾化，待耐碱试验箱中充满雾后，控制电压发生器向复合硅橡胶材料样品施加一定大小的电压，使硅橡胶复合材料样品表面通过电流并产生放电；
S4.经过预定时间后，关闭电压发生器，将带电系统安全接地，关闭超声波发生器，取出复合硅橡胶材料样品，观察其表面是否发生明显老化痕迹，若有，则碱性腐蚀环境老化过程结束，若无，则回到步骤S3，继续对其进行碱性环境腐蚀过程。本实施例中，经过8小时的腐蚀，复合硅橡胶材料样品表面出现明显放电痕迹，故模拟腐蚀过程结束，取出复合硅橡胶材料样品，可做进一步研究。
进一步，所述步骤S1配制碱溶液具体包括：
S11.依据所要配置的氢氧化钠溶液的浓度与体积，由计算公式n＝m/M，c＝n/V，ρ＝m/V计算出所需氢氧化钠的质量；
S12.用电子天平称量所需的氢氧化钠；
S13.将称量好的氢氧化钠倒入烧杯中，加入适量蒸馏水溶解，搅拌，加水稀释至临近定容刻度时改用吸管或滴管加水；
S14.测量配好溶液的pH,并保存在塑料试剂瓶中，贴好标签，并注明溶液信息。
所述配制步骤S11中氢氧化钠质量与去离子水体积计算为：
由c＝n/V，n＝m/M，c为氢氧根离子的浓度，n为氢氧化钠的物质的量，V为待配置的具有一定pH值的氢氧化钠溶液的体积，m为所需的氢氧化钠的质量，M为氢氧化钠的摩尔质量，M＝40g/mol。本实施例中，配置0.1mol/L氢氧化钠溶液1L，所需氢氧化钠的物质的量为0.1mol，所需氢氧化钠的质量为4g。
进一步，所述步骤S3中电压发生器向硅橡胶复合材料样品施加的电压大小由下式确定：
式中，U为施加在硅橡胶复合材料样品上的电压值(kV)，L为硅橡胶复合材料样品表面的爬电距离(cm或mm)，λ为规定的在一定污秽条件下要满足的爬电比距值(cm/kV或mm/kV)，所述爬电比距值可查GB/T26218.3,2011和DL/T 810-2012而知。本实施例中，如图2所示，图中单位为mm。HV代表连接高压端，GND代表接地硅橡胶复合材料样品两端夹有耐碱电极，电极宽度各为12.5mm，因此硅橡胶复合材料样品的爬电距离L为125mm，规定的中等污秽条件下的爬电比距值λ为34.7mm/kV，计算可得U＝3.6kV。
Claims (9)
1.一种碱性腐蚀环境硅橡胶老化过程人工模拟装置，它包括：
电压发生器，根据需要向复合硅橡胶材料样品施加不同电压，模拟运行线路绝缘子的电压梯度；
超声波发生器，用于对不同pH值的碱溶液发出超声波以将其雾化，成为弥漫在耐碱试验箱中的微小水滴，模拟运行线路碱性腐蚀环境；
耐碱试验箱，用于放置复合硅橡胶材料样品；
腐蚀液配制装置，用于配制不同pH值的碱性腐蚀液体；
复合硅橡胶材料样品，用于进行模拟碱性腐蚀环境下老化过程；
耐碱电极，用于在复合硅橡胶材料样品两端施加均匀电场，模拟运行线路绝缘子串两端的电场。
2.根据权利要求1所述的一种碱性腐蚀环境硅橡胶老化过程人工模拟装置，其特征在于：所述电压发生器包括调压器、变压器、电容和接地棒。
3.根据权利要求1所述的一种碱性腐蚀环境硅橡胶老化过程人工模拟装置，其特征在于：超声波发生器安装在耐碱试验箱上；超声波发生器包括水箱和喷嘴；所述水箱用于储存有碱性腐蚀液，喷嘴用于将腐蚀液水雾喷出；喷嘴伸入耐碱试验箱内。
4.根据权利要求1所述的一种碱性腐蚀环境硅橡胶老化过程人工模拟装置，其特征在于：所述耐碱试验箱为具有可开合装置的封闭腔体，放置和取出复合硅橡胶材料样品时打开，进行碱性腐蚀环境老化时关闭；所述耐碱试验箱的侧壁具有可深入管子的圆孔供超声波发生器喷嘴管伸入；所述耐碱试验箱应不与碱性腐蚀液反应；所述耐碱试验箱设置有温度调节装置。
5.根据权利要求1所述的一种碱性腐蚀环境硅橡胶老化过程人工模拟装置，其特征在于：腐蚀液配制装置包括去离子水、氢氧化钠、塑料试剂瓶、烧杯、量筒、玻璃棒、电导率仪、笔式PH计、移液器和温湿度计，所述去离子水的电导率小于20μS/cm，所述温度计精度不低于1℃，所述笔式PH计精度不低于0.02pH，配制的碱性腐蚀液的电导率不低于20μS/cm。
6.根据权利要求1所述的一种碱性腐蚀环境硅橡胶老化过程人工模拟装置，其特征在于：所述耐碱电极之间的电场应尽可能均匀，以模拟实际输电线路中绝缘子串两端的电场；所述耐碱电极应与复合绝缘子样品紧密贴合避免空气间隙放电对试验结果的影响。
7.如权利要求1所述的一种碱性腐蚀环境硅橡胶老化过程人工模拟装置的实现方法，它包括：
S1.使用腐蚀液配制装置配制足量具有不同pH值的碱性腐蚀液体；
S2.将复合硅橡胶材料样品放置于耐碱试验箱中，超声波发生器外置，喷嘴管深入耐碱试验箱内，将碱性腐蚀液注入超声波发生器的水箱中；
S3.控制超声波发生器将碱性腐蚀液雾化，待耐碱试验箱中充满雾后，控制电压发生器向复合硅橡胶材料样品施加电压，使硅橡胶复合材料样品表面通过电流并产生放电；
S4.经过预定时间后，关闭电压发生器，将带电系统安全接地，关闭超声波发生器，取出复合硅橡胶材料样品，观察样品表面是否发生明显老化痕迹，若有，则碱性腐蚀环境老化过程结束，若无，则回到步骤S3，继续进行碱性环境腐蚀过程。
8.根据权利要求7所述的一种碱性腐蚀环境硅橡胶老化过程人工模拟装置的实现方法，其特征在于：氢氧化钠质量与去离子水体积计算为：
由c＝n/V，n＝m/M，c为氢氧根离子的浓度，n为氢氧化钠的物质的量，V为待配置的具有一定pH值的氢氧化钠溶液的体积，m为所需的氢氧化钠的质量，M为氢氧化钠的摩尔质量，M＝40g/mol。
9.根据权利要求7所述的一种碱性腐蚀环境硅橡胶老化过程人工模拟装置的实现方法，其特征在于：电压发生器向硅橡胶复合材料样品施加的电压大小由下式确定：
式中，U为施加在硅橡胶复合材料样品上的电压值(kV)，L为硅橡胶复合材料样品表面的爬电距离(cm或mm)，λ为规定的在一定污秽条件下要满足的爬电比距值(cm/kV或mm/kV)。
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|---|---|---|---|---|
| CN101429340A (zh) * | 2008-11-19 | 2009-05-13 | 合肥工业大学 | 一种硅橡胶聚烯烃合金材料 |
| CN104109382A (zh) * | 2014-06-19 | 2014-10-22 | 广东电网公司电力科学研究院 | 老化自诊断复合绝缘子硅橡胶及其制备方法 |
| CN106769819A (zh) * | 2016-12-06 | 2017-05-31 | 哈尔滨理工大学 | 一种硅橡胶绝缘子的污秽老化试验方法 |
| CN111650111A (zh) * | 2020-06-15 | 2020-09-11 | 重庆大学 | 盐雾环境中复合硅橡胶材料带电加速粉化方法及系统 |
| CN111892825A (zh) * | 2020-08-20 | 2020-11-06 | 山东交通学院 | 持久高自愈、反向高弹塑智能感知沥青再生剂及制备方法 |
-
2021
- 2021-05-08 CN CN202110502100.4A patent/CN113188987A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 张妮: "人工加速老化对硅橡胶微结构及憎水恢复性影响研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 * |
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