PL212740B1

PL212740B1 - Sposób oceny zmian higroskopijnychwłasności warstwy zabrudzeń na powierzchni kauczuku silikonowego

Info

Publication number: PL212740B1
Application number: PL388519A
Authority: PL
Inventors: Krystian Chrzan
Original assignee: Politechnika Wroclawska
Priority date: 2009-07-10
Filing date: 2009-07-10
Publication date: 2012-11-30
Also published as: PL388519A1

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób oceny zmian higroskopijnych własności warstwy zabrudzeń na powierzchni kauczuku silikonowego, przeznaczony do badania wpływu zabrudzeń na własności materiałów stosowanych w izolatorach napowietrznych. Kauczuk silikonowy jest materiałem hydrofobowym o unikalnej właściwości. Dzięki dyfuzji krótkich łańcuchów polidimetyloksanu PDMS na powierzchnię kauczuku i do warstwy zabrudzeniowej, higroskopijne pyły po pewnym czasie przebywania na powierzchni kauczuku silikonowego ulegają hydrofobizacji. Dlatego badanie własności przewodzących warstwy zabrudzeniowej na powierzchni kauczuku ma bardzo duże znaczenie dla poznania procesów jego degradacji.

W publikacji D.A. Swift, C. Spellman, A. Haddad: Hydrophobicity Transfer from Silicone Rubber to Adhering Pollutants and its Effect on Insulator Performance. IEEE Trans. Dielectrics and Electrical Insulation 2006, Vol. 13, No. 4, s. 820-829, omówiona jest utrata oraz odzyskiwanie właściwości hydrofobowych czystej powierzchni kauczuku, która zależy od jego składu chemicznego i domieszek a zwłaszcza wypełniaczy. W publikacji F. Exl, J. Kindersberger, Investigation of the hydrophobicity transfer property of polymeric insulating materials through artificial pollution layers. Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena CEIDP, Vancouver 2007, pp. 294-299, omówione są zagadnienia związane z badaniem podobnych procesów na zabrudzonej powierzchni kauczuku, które jest bardziej skomplikowane z uwagi na konieczność stosowania powtarzalnej procedury zanieczyszczania, a także trudności pomiaru kąta zwilżania na warstwie pyłów.

Sposób oceny zmian higroskopijnych własności warstwy zabrudzeń na powierzchni kauczuku silikonowego znany z publikacji Karp Ł., Chrzan K. L., Greyling C.: Higroskopijne i hydrofobowe własności warstw zabrudzeniowych na izolatorach napowietrznych, Przegląd Elektrotechniczny 2008 nr 10 s. 86-89, polega na tym, że na czołowe powierzchnie cylindrycznej próbki z kauczuku silikonowego, nanosi się elektrody grafitowe, zaś na jej boczne ścianki nanosi się rozdrobnione zabrudzenie. Następnie tak przygotowane próbki z warstwą zabrudzeniową, suszy się, po czym poddaje się działaniu powietrza o wysokiej wilgotności i jednocześnie mierzy się konduktywność powierzchniową.

Znane sposoby oceny stopnia hydrofobowości warstwy zabrudzeń na powierzchni kauczuku silikonowego polegają na pomiarze statycznego kąta zwilżania lub dynamicznych kątów zwilżania. Oprócz własności hydrofobowych, istotne są również własności higroskopijne zanieczyszczeń. Warstwa zabrudzeń, która uległa hydrofobizacji na powierzchni kauczuku, może nadal być higroskopijna, tzn. absorbować wilgoć z powietrza atmosferycznego, co omówione jest w publikacji K. L. Chrzan: Hygroscopic properties of pollutants on silicone rubber surface. Int. Symposium on High Voltage Engineering. ISH, Ljubljana 2007 paper T4-111. Wskutek tego, w wilgotnym powietrzu konduktywność powierzchniowa wzrasta. Dalsze badania wykazały, że proces ten zależy od rodzaju kauczuku silikonowego, np. na kauczuku silikonowym wulkanizowanym na gorąco (HTV) higroskopijność pyłów w czasie zmniejsza się wolniej niż na kauczuku silikonowym wulkanizowanym w temperaturze pokojowej (RTV-2). Należy jednak podkreślić, że higroskopijność zabrudzeń na kauczuku silikonowym ulega zmniejszeniu, ale nie zostaje zredukowana do zera. Oznacza to, że w wilgotnym powietrzu, przy bardzo intensywnym zabrudzeniu, konduktywność powierzchniowa może wzrosnąć do wartości umożliwiających rozwój wyładowań elektrycznych i degradację powierzchni.

Sposób według wynalazku, polega na tym, że przygotowuje się płaskie próbki, które wycina się ze szkła i z kauczuku silikonowego, na powierzchnię których rozsypuje się odważoną ilość rozdrobnionego zabrudzenia oraz dawkuje się roztwór soli o ustalonej konduktywności. Tak przygotowane próbki z warstwą zabrudzeniową, suszy się i na wysuszone warstwy nakłada się płaskie metalowe elektrody z licznymi otworami, a następnie próbki w higrostacie poddaje się działaniu powietrza o wysokiej wilgotności, aż do ustabilizowania się parametrów elektrycznych w naniesionej warstwie zabrudzeniowej, i mierzy się konduktywność powierzchniową warstw na szkle oraz konduktywność powierzchniową warstw na kauczuku silikonowym, po czym kondycjonuje się próbki z kauczuku silikonowego z warstwą zabrudzeniową w warunkach pokojowych. Następnie cyklicznie powtarza się pomiary konduktywności powierzchniowej warstw na kauczuku silikonowym w higrostacie oraz kondycjonowanie w warunkach pokojowych, a na podstawie zmierzonych wartości konduktywności powierzchniowej, wyznacza się charakterystykę zmian stosunków konduktywności powierzchniowej warstwy zabrudzeń na szkle do konduktywności powierzchniowej warstwy zabrudzeń na kauczukach silikonowych w zależności od czasu nałożenia warstwy zabrudzeniowej.

Korzystnie, na powierzchnię próbek dawkuje się roztwór soli NaCl.

PL 212 740 B1

Korzystnie, na powierzchnię próbek rozsypuje się odważoną ilość rozdrobnionego kaolinu.

Zaletą sposobu według wynalazku, jest określanie zmian zachodzących w warstwie zabrudzeniowej naniesionej na powierzchnię kauczuku silikonowego przez pomiary parametru elektrycznego jakim jest konduktywność powierzchniowa. Dotychczasowe metody polegały na pomiarze kąta zwilżania. To właśnie konduktywność powierzchniowa decyduje o wielkości prądu upływu i wyładowań powierzchniowych na zabrudzonych izolatorach, a tym samym o potencjalnej erozji materiału.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania jest odtworzony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia zabrudzoną płytkę dielektryczną, fig. 2 - higrostat z umieszczoną w nim badaną próbką, a fig. 3 - charakterystykę zmian stosunków konduktywnoś ci powierzchniowej warstwy zabrudzeń na szkle do konduktywności powierzchniowej warstwy zabrudzeń na kauczukach silikonowych wyznaczonych w zależności od czasu nałożenia warstwy zabrudzeniowej.

P r z y k ł a d 1

Sposób oceny zmian higroskopijnych własności warstwy zabrudzeń na powierzchni kauczuku silikonowego wulkanizującego na gorąco HTV polega na tym, że przygotowuje się płaskie próbki 1 o wymiarach 50 x 100 mm, które wycina si ę ze szkł a i z kauczuku silikonowego HTV. Nastę pnie na powierzchnię próbek 1 rozsypuje się odważoną ilość rozdrobnionego zabrudzenia w postaci kaolinu w ilości 2 mg/cm² oraz dawkuje się roztwór soli NaCl o konduktywności wynoszącej 2,5 mS/cm i o objętości 1 ml. Mieszaninę rozprowadza się równomiernie na całej powierzchni próbki i poddaje suszeniu, przez co wytwarza się warstwę zabrudzeniową 2. Tak przygotowane próbki 1 z warstwą zabrudzeniową 2, suszy się przez 2 godziny i na wysuszone warstwy 2 nakłada się płaskie metalowe elektrody 3 z licznymi otworami i umieszcza w higrostacie, w którym wilgotność, po około 60 minutach osiąga ustaloną wartość. Następnie w higrostacie próbki 1, poddaje się działaniu powietrza o wysokiej wilgotności, po czym mierzy się konduktywność powierzchniową warstw na szkle k_sg oraz konduktywność powierzchniową warstw na kauczuku silikonowym k_SS0. Próbki 1 z kauczuku silikonowego z warstwą zabrudzeniową 2, pięciokrotnie kondycjonuje się w warunkach pokojowych, następnie cyklicznie powtarza się pomiary konduktywności powierzchniowej warstw na kauczuku silikonowym, przy czym pomiary powtarza się po 3, 9, 18, 27 i 37 dniach kondycjonowania próbek 1. Wartość konduktywności powierzchniowej na płytce szklanej k_sg zmierzona po 24 godzinach kondycjonowania w higrostacie, w wilgotności względnej 100% wynosi 17,4 μS. Wartości konduktywności powierzchniowej zmierzone na płytce z kauczuku silikonowego HTV umieszczonej w higrostacie po 2 godzinach, po 3, 9, 18, 27 i 37 dniach od momentu zabrudzenia wynoszą odpowiednio k_SS0 = 17,3; k_SS3 = 15,7; kss9 = 15,4; kss18 = 12,2; kss27 = 10,7; kss37 = 10,7.

Na podstawie zmierzonych wartości konduktywności powierzchniowej warstw na szkle k_sg oraz konduktywności powierzchniowej warstw na kauczuku silikonowym k_SS0, k_SS3, k_SS9, k_SS18, k_SS27, k_SS37, wyznacza się charakterystykę zmian stosunków konduktywności powierzchniowej warstwy zabrudzeń na szkle ks_G do konduktywności powierzchniowej warstwy zabrudzeń na kauczukach silikonowych k_SS0, k_SS3, k_SS6, k_SS12, k_SS24, k_SS36, w zależności od czasu nałożenia warstwy zabrudzeniowej. Metalowe elektrody 3 wykonane są ze stali nierdzewnej z otworami umożliwiającymi wnikanie wilgoci do warstwy zabrudzeń znajdującej się pod elektrodami. Podczas pomiaru elektrody 3 z dołączonymi przewodami 8, dociska się obciążnikami 4 o powierzchni mniejszej od powierzchni elektrod 3, co zapewnia dobry kontakt elektryczny pomiędzy elektrodami 3 i warstwą zabrudzeń 2. Badaną próbkę 1 umieszcza się nad kuwetą 5 z wodą 6, na statywie 7 i przykrywa higrostatem 9. Higrostat 9 jest naczyniem bez dna, które może być wykonane ze szkła i jest zaopatrzone w jeden lub dwa przepusty przez które wyprowadza się przewody 8 do zewnętrznego źródła napięcia i układu pomiarowego.

P r z y k ł a d 2

Sposób oceny zmian higroskopijnych własności warstwy zabrudzeń na powierzchni kauczuku silikonowego RTV-2 przebiega jak w przykładzie pierwszym z tą różnicą, że na płaskie płytki ze szkła i z kauczuku silikonowego wulkanizującego w temperaturze pokojowej RTV-2 o wymiarach 5 x 10 cm i o grubości 0,3 cm rozsypano kaolin w ilości 2 mg/cm², co odpowiada 100 mg kaolinu na jedną próbkę. Następnie na powierzchnie próbek naniesiono roztwór soli NaCl o konduktywności 2,5 mS/cm i objętości 1 ml. Wartość konduktywności powierzchniowej na płytce szklanej k_sg zmierzona po 24 godzinach kondycjonowania w higrostacie, w wilgotności względnej 100% wynosi 17,4 μS. Wartości konduktywności powierzchniowej zmierzone na płytce z kauczuku silikonowego RTV-2 umieszczonej w higrostacie po 2 godzinach, po 4, 8, 15 i 24 dniach od momentu zabrudzenia wynoszą odpowiednio kss0 = 16,3; kss4 = 15; kss8 = 11,6; kss15 = 6,6 kss24 = 6,6.

PL 212 740 B1

Szybkość zmniejszania się higroskopijności warstwy zabrudzeniowej na kauczuku HTV i na kauczuku RTV-2, czyli wartości stosunków k_sg/k_ss konduktywności powierzchniowej na szkle k_sg do konduktywności powierzchniowej na kauczuku silikonowym K_SSi przedstawia charakterystyka z fig. 3, z której widać, że parametr k_sg/k_ss zmniejsza się wolniej dla kauczuku HTV niż dla kauczuku RTV-2. Oznacza to, że kauczuk RTV-2 bardziej ogranicza własności higroskopijne zabrudzeń niż kauczuk HTV.

Claims

1. Sposób oceny zmian higroskopijnych własności warstwy zabrudzeń na powierzchni kauczuku silikonowego, w którym na powierzchnię próbki nanosi się rozdrobnione zabrudzenie oraz mierzy się konduktywność powierzchniową, znamienny tym, że przygotowuje się płaskie próbki (1), które wycina się ze szkła i z kauczuku silikonowego, na powierzchnię których rozsypuje się odważoną ilość rozdrobnionego zabrudzenia oraz dawkuje się roztwór soli o ustalonej konduktywności, tak przygotowane próbki (1) z warstwą zabrudzeniową (2), suszy się i na wysuszone warstwy (2) nakłada się płaskie metalowe elektrody (3) z licznymi otworami, a następnie w higrostacie, próbki poddaje się działaniu powietrza o wysokiej wilgotności, aż do ustabilizowania się parametrów elektrycznych w naniesionej warstwie zabrudzeniowej (2), i mierzy się konduktywność powierzchniową warstw na szkle (ksg) oraz konduktywność powierzchniową warstw na kauczuku silikonowym (k_ss) po czym kondycjonuje się próbki (1) z kauczuku silikonowego z warstwą zabrudzeniową (2) w warunkach pokojowych, następnie cyklicznie powtarza się pomiary konduktywności powierzchniowej warstw na kauczuku silikonowym (K_SSi) w higrostacie oraz kondycjonowanie w warunkach pokojowych, a na podstawie zmierzonych wartości konduktywności powierzchniowej (k_sg, K_SSi), wyznacza się charakterystykę zmian stosunków konduktywności powierzchniowej warstwy zabrudzeń na szkle (k_sg) do konduktywności powierzchniowej warstwy zabrudzeń na kauczukach silikonowych (K_SSi) w zależności od czasu nałożenia warstwy zabrudzeniowej.

2. sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że na powierzchnię próbek (1) dawkuje się roztwór soli NaCl.

3. sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że na powierzchnię próbek (1) rozsypuje się odważoną ilość rozdrobnionego kaolinu.