RU2496167C1 - Organic-silicon electric-insulating water-proof composition for high-voltage insulators - Google Patents
Organic-silicon electric-insulating water-proof composition for high-voltage insulators Download PDFInfo
- Publication number
- RU2496167C1 RU2496167C1 RU2012106177/07A RU2012106177A RU2496167C1 RU 2496167 C1 RU2496167 C1 RU 2496167C1 RU 2012106177/07 A RU2012106177/07 A RU 2012106177/07A RU 2012106177 A RU2012106177 A RU 2012106177A RU 2496167 C1 RU2496167 C1 RU 2496167C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- composition
- weight
- rubber
- parts
- coating
- Prior art date
Links
Landscapes
- Paints Or Removers (AREA)
- Organic Insulating Materials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к кремнийорганическим гидрофобным композициям, предназначенным для электроизоляционных конструкций, например высоковольтных изоляторов, и может быть использовано для усиления влагоразрядного напряжения и повышения электрической прочности внешней изоляции, работающей в условиях загрязнения.The invention relates to organosilicon hydrophobic compositions intended for electrical insulating structures, for example high-voltage insulators, and can be used to enhance the moisture discharge voltage and increase the electrical strength of the external insulation operating in pollution conditions.
Известна электроизоляционная гидрофобная композиция в виде кремнийорганических паст, наносимая на поверхность электроизоляционных конструкций и используемая для повышения влагоразрядных напряжений высоковольтной изоляции [Ким Ен Дар, П.Е. Пономарев. Опыт эксплуатации кремнийорганического покрытия холодного отверждения на подстанциях энергосистем Украины//Электрические сети и системы. - 2006. - №3. - С.32-35].Known electrical insulating hydrophobic composition in the form of organosilicon pastes, applied to the surface of electrical insulating structures and used to increase the moisture discharge voltage of high voltage insulation [Kim Yong Dar, P.E. Ponomarev. The operating experience of the silicone coating of cold curing at substations of energy systems of Ukraine // Electric networks and systems. - 2006. - No. 3. - S. 32-35].
Недостатком известной композиции в виде гидрофобных паст является то, что в процессе эксплуатации гидрофобный пастообразный слой насыщается загрязняющими веществами и утрачивает свои гидрофобные свойства, следствием чего являются низкие значения выдерживаемых рабочих напряжений, а также необходимость периодической замены электроизоляционной конструкции.A disadvantage of the known composition in the form of hydrophobic pastes is that during operation the hydrophobic pasty layer is saturated with pollutants and loses its hydrophobic properties, which results in low values of withstand operating voltages, as well as the need for periodic replacement of the insulating structure.
Как аналог выбрана электроизоляционная гидрофобная композиция в виде кремнийорганических эластомеров, которые образуют на поверхности изолятора твердую защитную пленку [Ravi S.G. RTV Silicone Rubber Coatings for Ceramic Insulators: Present Knowledge and Future Requirements // 2001 World Insulator Congress, Shanghai, China, November 18-21 - Shanghai. - 2001. - P.361-368].An electrically insulating hydrophobic composition in the form of organosilicon elastomers that form a solid protective film on the surface of the insulator [Ravi S.G. RTV Silicone Rubber Coatings for Ceramic Insulators: Present Knowledge and Future Requirements // 2001 World Insulator Congress, Shanghai, China, November 18-21 - Shanghai. - 2001. - P.361-368].
Недостатком композиции аналога является недостаточно высокие эксплуатационные свойства и срок службы наносимого на ее основе гидрофобного покрытия, следствием чего являются низкие значения выдерживаемых рабочих напряжений, а также необходимость периодической замены электроизоляционной конструкции.The disadvantage of the analogue composition is the insufficiently high operational properties and the service life of the hydrophobic coating applied on its basis, which results in low values of the withstanding operating voltages, as well as the need for periodic replacement of the insulating structure.
Как наиболее близкий аналог (прототип) выбрана электроизоляционная гидрофобная композиция на основе кремнийорганического компаунда (КОК) холодного отверждения с твердым наполнителем в виде диоксида титана и гидратом окиси алюминия, и с жидким наполнителем в виде низкомолекулярной кремнийорганической жидкости, а также органического растворителя марки "Сольвент нефтяной". При этом весовое соотношение между компаундом и низкомолекулярной кремнийорганической жидкостью составляет 1:(0,015-0,02), а весовое соотношение между компаундом и гидратом окиси алюминия составляет 1:(0,07-0,1) [Способ повышения влагоразрядного напряжения высоковольтной изоляции. Патент UA №77628. МПК (2006) H01B 17/50 (2006.01) H01B 19/00, опубл. 15.12.2006, Бюл. №12].As the closest analogue (prototype), we selected an electrically insulating hydrophobic composition based on an organosilicon compound (COC) of cold curing with a solid filler in the form of titanium dioxide and aluminum oxide hydrate, and with a liquid filler in the form of a low molecular weight organosilicon liquid, as well as an organic solvent of the Solvent Petroleum brand " In this case, the weight ratio between the compound and the low molecular weight organosilicon liquid is 1: (0.015-0.02), and the weight ratio between the compound and the aluminum oxide hydrate is 1: (0.07-0.1) [Method for increasing the high-voltage insulation discharge voltage. UA Patent No. 77628. IPC (2006) H01B 17/50 (2006.01) H01B 19/00, publ. 12/15/2006, Bull. No. 12].
Недостатками композиции наиболее близкого аналога являются недостаточно высокие эксплуатационные (электроизоляционные) свойства и срок службы наносимого на ее основе гидрофобного покрытия (ГП) из-за отсутствия оптимального состава и соотношения компонентов композиции, следствием чего являются недостаточно высокие значения выдерживаемых рабочих напряжений, а также необходимость периодической замены электроизоляционной конструкции.The disadvantages of the composition of the closest analogue are insufficiently high operational (electrical insulation) properties and the service life of the hydrophobic coating (GP) applied on its basis due to the lack of an optimal composition and ratio of the components of the composition, which results in insufficiently high values of withstand working voltages, as well as the need for periodic replacement of electrical insulation construction.
Технической задачей изобретения является повышение надежности и увеличение срока службы завулканизированного покрытия электроизоляционной конструкции на основе гидрофобной электроизоляционной композиции путем установления оптимального состава и соотношения компонентов гидрофобной композиции, что приведет также к повышению влагоразрядных напряжений высоковольтной изоляции в течение всего продолжительного срока ее эксплуатации.An object of the invention is to increase the reliability and increase the service life of a vulcanized coating of an electrical insulation structure based on a hydrophobic electrical insulation composition by establishing the optimal composition and ratio of the components of the hydrophobic composition, which will also lead to an increase in the moisture discharge voltages of the high voltage insulation over the entire long term of its operation.
Поставленная техническая задача решается тем, что в кремнийорганической электроизоляционной гидрофобной композиции для высоковольтных изоляторов на основе одно- или двухупаковочного кремнийорганического компаунда холодного отверждения, жидкого или пастообразного в исходном состоянии, содержащего силиконовый низкомолекулярный каучук, твердый наполнитель в виде гидрата окиси алюминия, жидкий наполнитель в виде низкомолекулярной кремнийорганической жидкости, отвердитель или катализатор, а также органический растворитель в виде растворителя марки «сольвент нефтяной», новым является то, что в качестве силиконового низкомолекулярного каучука композиция содержит каучук марки СКТН, в качестве низкомолекулярной кремнийорганической жидкости композиция содержит кремнийорганическую жидкость марки 119-215, в качестве твердого наполнителя композиция дополнительно содержит сажу ацетиленовую, в качестве отвердителя композиция содержит метилтриацетоксисилан, при этом на 100,0 мас.ч. каучука композиция содержит низкомолекулярную кремнийорганическую жидкость в количестве (1,25-2,5) мас.ч., гидрат окиси алюминия в количестве (5-15,0) мас.ч., сажу ацетиленовую в количестве (0,5-2,5) мас.ч., а также отвердитель в количестве (2,5-6,5) мас.ч.The stated technical problem is solved in that in an organosilicon electrical insulating hydrophobic composition for high-voltage insulators based on one- or two-pack organosilicon cold-curing compounds, liquid or pasty in the initial state, containing silicone low molecular weight rubber, a solid filler in the form of aluminum oxide hydrate, a liquid filler in the form of low molecular weight organosilicon liquid, hardener or catalyst, as well as an organic solvent in the form of solvent solvent brand, the novelty is that the composition contains SKTN rubber as silicone low molecular weight rubber, the composition contains silicone fluid brand 119-215 as a low molecular weight organosilicon liquid, the composition additionally contains acetylene black as a solid filler, as a hardener the composition contains methyltriacetoxysilane, with 100.0 parts by weight of the rubber composition contains a low molecular weight organosilicon liquid in an amount of (1.25-2.5) parts by weight, alumina hydrate in an amount of (5-15.0) parts by weight, acetylene black in an amount of (0.5-2, 5) parts by weight, as well as hardener in the amount of (2.5-6.5) parts by weight
Весовое соотношение между компаундом и органическим растворителем в композиции на 100,0 мас.ч. каучука варьируется в зависимости от температуры окружающей среды и составляет (0,85-1,0) мас.ч. при температуре окружающей среды до 25°C, а также (1,05-1,4) мас.ч. при температуре окружающей среды свыше 25°C.The weight ratio between the compound and the organic solvent in the composition per 100.0 parts by weight rubber varies depending on the ambient temperature and is (0.85-1.0) wt.h. at ambient temperature up to 25 ° C, as well as (1.05-1.4) parts by weight at ambient temperature over 25 ° C.
Завулканизированное покрытие на ее основе характеризуется следующими электроизоляционными свойствами: удельное объемное сопротивление ρν, не менее 3×1014 Ом×см, удельное поверхностное сопротивление ρs, не менее 1,0×1015 Ом, тангенс угла диэлектрических потерь tgδ, не более 0,008, а также возможностью эксплуатации при рабочих напряжениях 6-750 кВ.The vulcanized coating based on it is characterized by the following electrical insulating properties: specific volume resistance ρ ν , not less than 3 × 10 14 Ohm × cm, specific surface resistance ρ s , not less than 1.0 × 10 15 Ohm, dielectric loss tangent tgδ, not more than 0.008, as well as the possibility of operation at operating voltages of 6-750 kV.
Вышеперечисленные признаки составляют сущность изобретения.The above features constitute the essence of the invention.
Наличие причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков изобретения и достигаемым техническим результатом заключается в следующем.The presence of a causal relationship between the set of essential features of the invention and the achieved technical result is as follows.
При различных состояниях окружающей среды на наружной поверхности высоковольтной изоляции образуются слои загрязнений разной интенсивности. Осаждающиеся из воздуха частицы образуют с течением времени на поверхности изоляторов слой загрязнения. Этот слой при его увлажнении атмосферной влагой увеличивает свою электропроводность, что еще более снижает изолирующую способность изоляционных конструкций. В результате создаются условия для перекрытия изоляторов не только при перенапряжениях, но и при нормальном эксплуатационном режиме.Under various environmental conditions, pollution layers of different intensities form on the outer surface of the high voltage insulation. Particles deposited from the air form a layer of pollution over time on the surface of the insulators. This layer, when moistened with atmospheric moisture, increases its electrical conductivity, which further reduces the insulating ability of insulating structures. As a result, conditions are created for overlapping insulators not only during overvoltages, but also during normal operation.
Следовательно, для повышения надежности высоковольтной изоляции в загрязненных районах является актуальной задача усиления наружной изоляции для обеспечения высоких разрядных напряжений в неблагоприятных условиях. Решением этой проблемы является применение кремнийорганических ГП на основе КОК.Therefore, to improve the reliability of high-voltage insulation in contaminated areas, it is urgent to strengthen the external insulation to ensure high discharge voltages in adverse conditions. The solution to this problem is the use of organosilicon GP based on COC.
Было установлено, что кремнийорганические ГП наиболее целесообразно применять в районах, где загрязнения в атмосфере имеют преимущественно газообразные и туманообразные компоненты. В то же время основной технической проблемой является выбор оптимальных соотношений компонентов наносимой гидрофобной электроизоляционной композиции. Это, в свою очередь, должно обеспечить максимально высокие значения разрядных напряжений при работе таких электроизоляционных конструкций в условиях загрязнения различной степени и увлажнения.It was found that organosilicon SOEs are most suitable for use in areas where atmospheric pollution is predominantly gaseous and foggy. At the same time, the main technical problem is the choice of optimal ratios of the components of the applied hydrophobic electrical insulation composition. This, in turn, should ensure the highest possible values of discharge voltages during the operation of such electrical insulating structures in conditions of various degrees of pollution and wetting.
Особо следует остановиться на обосновании оптимизации состава гидрофобной электроизоляционной композиции.Particular attention should be paid to the rationale for optimizing the composition of a hydrophobic insulating composition.
Известно, что одноупаковочные композиции состоят, как правило, из полимера с силанольными группами и взятого в избытке по отношению к силанольным группам метилтриацетоксисилана, который хорошо растворим в полимере. Эта заранее приготовленная в отсутствие воды смесь достаточно стабильна в сухой среде, а процесс структурирования ее происходит только под влиянием влаги воздуха. То есть, одноупаковочные гидрофобные композиции могут быть использованы только на воздухе для получения относительно тонкослойных покрытий.It is known that one-pack compositions generally consist of a polymer with silanol groups and taken in excess with respect to the silanol groups of methyltriacetoxysilane, which is highly soluble in the polymer. This mixture prepared in advance in the absence of water is quite stable in a dry environment, and its structuring process occurs only under the influence of air moisture. That is, single-pack hydrophobic compositions can only be used in air to produce relatively thin coatings.
К недостаткам таких композиций относится невозможность применения их в замкнутом объеме, в системах с ограниченным доступом воздуха, для получения толстостенных изделий, а также выделение при отверждении карбоновой кислоты.The disadvantages of such compositions include the impossibility of using them in a confined space, in systems with limited air access, to obtain thick-walled products, as well as the release of a carboxylic acid during curing.
В процессе отверждения композиций образуется пленка сшитого полимера, затрудняющая диффузию влаги воздуха в полимерную массу, что отражается на характеристиках отвержденного материала. Разбавление одноупаковочных композиций растворителями позволяет регулировать вязкость смеси, замедлить полимеризацию в ее объеме и получать на поверхности изоляторов методом распыления однородные покрытия нужной толщины.In the process of curing the compositions, a cross-linked polymer film is formed, which impedes the diffusion of air moisture into the polymer mass, which affects the characteristics of the cured material. Dilution of single-packaging compositions with solvents makes it possible to control the viscosity of the mixture, slow down the polymerization in its volume and obtain uniform coatings of the required thickness on the surface of the insulators by spraying.
Так как гидрофобизация наружной изоляции в большинстве случаев осуществляется на действующих энергообъектах, то есть в полевых условиях, процесс приготовления гидрофобной композиции должен быть максимально простым и в то же время обеспечивать с достаточной точностью соотношение компонентов (т.е. оптимальность состава композиции определяется путем исследования оптимальности получаемых при этом эксплуатационных свойств отвержденной композиции).Since the hydrophobization of the outer insulation in most cases is carried out at existing energy facilities, that is, in the field, the process of preparing a hydrophobic composition should be as simple as possible and at the same time ensure the ratio of the components with sufficient accuracy (i.e., the optimal composition composition is determined by studying the optimality the resulting operational properties of the cured composition).
Проведенные исследования показали, что при введении в состав композиции какого-либо компонента (вещества) для улучшения одной из характеристик получаемого полимерного покрытия могут ухудшиться показатели другой его характеристики. В связи с этим оптимизация состава композиции представляет собой комплексную задачу, сложность которой напрямую зависит от числа компонентов, входящих в состав покрытия. Она заключается в определении параметра оптимизации и воздействующих на него факторов, выборе модели и плана эксперимента проведении испытаний, анализе полученных результатов и принятии решения. Параметр оптимизации должен быть универсальным и эффективным с точки зрения описания конечного результата, быть количественной величиной, которая имеет физический смысл. Эта величина должна достаточно легко измеряться или вычисляться.Studies have shown that when introducing into the composition of a composition of any component (substance) to improve one of the characteristics of the resulting polymer coating may deteriorate indicators of its other characteristics. In this regard, the optimization of the composition is a complex task, the complexity of which directly depends on the number of components that make up the coating. It consists in determining the optimization parameter and the factors affecting it, choosing the model and design of the experiment for conducting tests, analyzing the results and making decisions. The optimization parameter should be universal and effective in terms of describing the final result, be a quantitative quantity that has physical meaning. This value should be easy enough to measure or calculate.
Главным из свойств полимерного покрытия на основе электроизоляционной композиции, предназначенного для восстановления или усиления влагоразрядных характеристик наружной изоляции, является его гидрофобность. Гидрофобные свойства завулканизированного покрытия непосредственно характеризуются величиной угла смачивания поверхности α. Однако измерение α характеризует гидрофобность на малом участке поверхности, поэтому определение усредненной гидрофобности всего объекта довольно трудоемкая задача. Вместе с тем, как показали исследования, гидрофобность непосредственно связана с изменением при увлажнении поверхности покрытия ряда его физических (электроизоляционных) характеристик.The main property of a polymer coating based on an electrical insulation composition designed to restore or enhance the moisture discharge characteristics of external insulation is its hydrophobicity. The hydrophobic properties of the vulcanized coating are directly characterized by the surface wetting angle α. However, the measurement of α characterizes hydrophobicity on a small surface area; therefore, the determination of the averaged hydrophobicity of the entire object is a rather laborious task. At the same time, studies have shown that hydrophobicity is directly associated with a change in the wetting surface of the coating of a number of its physical (electrical insulating) characteristics.
При увлажнении реальных изоляционных конструкций (изоляторов) с покрытием в зависимости от гидрофобности последнего (а в эксплуатации еще и от загрязненности) уменьшается поверхностное сопротивление ρs и возрастает ток утечки Iут. Кроме того, известно, что для выявления дефектов в изоляции (диэлектрических материалах) в ряде случаев используется измерение тангенса угла диэлектрических потерь tgδ.When wetting real insulating structures (insulators) with a coating, depending on the hydrophobicity of the latter (and in operation also on pollution), the surface resistance ρ s decreases and the leakage current I ut increases. In addition, it is known that, in some cases, to measure defects in insulation (dielectric materials), the measurement of the dielectric loss tangent tanδ is used.
Силоксановые покрытия холодного отверждения можно условно представить в виде слоя полимерного материала, внутри которого имеется множество воздушных включений, образовавшихся вследствие испарения растворителя. Объем этих включений во много раз меньше объема полимерного материала. При его увлажнении часть включений вблизи поверхности заполняется водой.Cold-cured siloxane coatings can be conventionally represented as a layer of polymer material, inside which there are many air inclusions formed due to evaporation of the solvent. The volume of these inclusions is many times less than the volume of the polymer material. When it is moistened, part of the inclusions near the surface is filled with water.
Поскольку распределение и ориентация пор и пустот в покрытии, наполненных влагой, могут в значительной степени колебаться под воздействием таких факторов, как режим нанесения покрытия, условия окружающей среды и т.п., то при одинаковом количестве поглощенной воды значения диэлектрической проницаемости ε образцов одного и того же материала могут значительно отличаться. Кроме того, изменения е исследуемых образцов при увлажнении менее значительны, чем tgδ, и для их определения требуется точное измерение толщины покрытия, что предъявляет особые требования к измерительным приборам и качеству испытуемых образцов.Since the distribution and orientation of pores and voids in a coating filled with moisture can fluctuate to a large extent under the influence of factors such as the coating mode, environmental conditions, etc., for the same amount of absorbed water, the dielectric constant ε of samples of one and the same material may vary significantly. In addition, the changes in the studied samples during wetting are less significant than tanδ, and their determination requires accurate measurement of the coating thickness, which makes special demands on measuring instruments and the quality of the tested samples.
Таким образом, для обеспечения эффективного проведения работ в полевых условиях композиция, предназначенная для получения гидрофобных покрытий холодного отверждения, должна быть в первую очередь устойчивой к возможному попаданию примесей и обладать жизнеспособностью, обеспечивающей проведение работ в широком диапазоне температур. Поэтому можно сделать вывод о том, что лучшей основой для нанесения кремнийорганического гидрофобного покрытия холодного отверждения, несмотря на существующие ограничения, будет все же одноупаковочная композиция (компаунд).Thus, in order to ensure effective work in the field, a composition intended for the production of hydrophobic coatings of cold curing must be primarily resistant to possible ingress of impurities and have viability to ensure work in a wide temperature range. Therefore, we can conclude that, in spite of the existing limitations, a single-pack composition (compound) will still be the best basis for applying a silicone hydrophobic coating of cold curing.
К широко известным в настоящее время компаундам данного типа относятся "Силгард"(США), КЛТ-30A (Россия), ЭКП-102 (Украина). Диэлектрические характеристики образцов покрытий (твердых полимерных пленок), полученных при отверждении этих компаундов, приведены в таблице 1.Currently widely known compounds of this type include Silgard (USA), KLT-30A (Russia), EKP-102 (Ukraine). The dielectric characteristics of coating samples (solid polymer films) obtained by curing these compounds are shown in table 1.
Так как оптимизируемым объектом является гидрофобное кремнийорганическое покрытие холодного отверждения, то основными факторами, влияющими на процесс его образования и определяющими его свойства, являются компоненты, входящие в состав композиции, и их количество.Since the optimized object is a hydrophobic organosilicon coating of cold curing, the main factors that influence its formation and determine its properties are the components that make up the composition and their amount.
Выбор искомых компонентов был обусловлен как их достоинствами, так и их недостатками с точки зрения как электроизоляционных свойств, так и технологичности получаемой композиции (см. таблицу 2).The choice of the desired components was due to both their advantages and their shortcomings in terms of both electrical insulating properties and the manufacturability of the resulting composition (see table 2).
Из вышеизложенной таблицы следует, что из перечисленных компонентов для дальнейшего рассмотрения в качестве оптимизирующих факторов целесообразно исследовать следующие:From the above table it follows that from the listed components for further consideration as optimizing factors it is advisable to investigate the following:
1. Гидрат окиси алюминия (основное предназначение - увеличение дугостойкости).1. Alumina hydrate (the main purpose is to increase the arc resistance).
2. Оксид железа (II) (увеличение дугостойкости и короноустойчивости).2. Iron oxide (II) (increase in arc resistance and corona resistance).
3. Низкомолекулярная кремнийорганическая жидкость 119-215 (увеличение скорости восстановления гидрофобности после воздействия короны, уменьшение водопоглощения).3. Low molecular weight organosilicon liquid 119-215 (increase in the rate of restoration of hydrophobicity after exposure to the corona, decrease in water absorption).
4. Сажа ацетиленовая (окрашивание покрытия, повышение короноустойчивости).4. Acetylene carbon black (coating staining, increasing corona resistance).
Основное предназначение гидрата окиси алюминия и оксида железа (II) в составе композиции одинаково.The main purpose of the hydrate of aluminum oxide and iron oxide (II) in the composition is the same.
На свойства покрытия (в первую очередь диэлектрические), несомненно, влияют условия окружающей среды во время нанесения покрытия (температура и относительная влажность), вязкость композиции и ее количество, наносимое на единицу площади (определяющее толщину покрытия).The properties of the coating (primarily dielectric), of course, are influenced by the environmental conditions during coating (temperature and relative humidity), the viscosity of the composition and its amount applied per unit area (determining the thickness of the coating).
В соответствии с принятым решением на металлические образцы (по 5 круглых образцов диаметром 100 мм для измерения диэлектрических характеристик и водопоглощения, и по 5 прямоугольных образцов 70 мм×35 мм для определения дугостойкости) методом распыления были нанесены следующие гидрофобизирующие композиции (тут КОК сокращенно обозначен кремнийорганический компаунд, цифры (100) - его % содержание в КОК):In accordance with the decision made, the following water-repellent compositions were applied to metal samples (5 round samples with a diameter of 100 mm for measuring dielectric characteristics and water absorption, and 5 rectangular samples of 70 mm × 35 mm for determining arc resistance) (here, KOK is abbreviated as organosilicon compound, numbers (100) - its% content in COC):
состав №1: КОК (100)+FeO(26)+К(1)+С(0);composition No. 1: COC (100) + FeO (26) + K (1) + C (0);
состав №2: КОК (100)+Alг(5)+К(1,25)+С(1);composition No. 2: COC (100) + Al g (5) + K (1.25) + C (1);
состав №3: КОК (100)+FeO(14)+К(1)+С(4);composition No. 3: COC (100) + FeO (14) + K (1) + C (4);
состав №4: КОК (100)+Alг(13)+К(1,5)+С(2,5);composition No. 4: COC (100) + Al g (13) + K (1.5) + C (2.5);
состав №5: КОК (100)+FeO(26)+К(3,5)+С(3);composition No. 5: COC (100) + FeO (26) + K (3.5) + C (3);
состав №6: КОК (100)+Alг(7)+К(5)+С(4);composition No. 6: COC (100) + Al g (7) + K (5) + C (4);
состав №7: КОК (100)+FeO(14)+К(3,0)+С(1);composition No. 7: COC (100) + FeO (14) + K (3.0) + C (1);
состав №8: КОК (100)+Alг(20)+К(5)+С(5);composition No. 8: COC (100) + Al g (20) + K (5) + C (5);
состав №9: КОК (100)+Alг(11)+К(2,0)+С(0,5);composition No. 9: COC (100) + Al g (11) + K (2.0) + C (0.5);
состав №10: КОК (100)+Alг(10)+К(2,5)+С(3,5);composition No. 10: COC (100) + Al g (10) + K (2.5) + C (3.5);
состав №11: КОК (100)+Alг(18)+К(4)+С(5);composition No. 11: COC (100) + Al g (18) + K (4) + C (5);
состав №12 (контрольный): КОК (100)+С(1).composition No. 12 (control): COC (100) + C (1).
После определения толщины полученных покрытий на круглых образцах была проведена отбраковка: если средняя толщина была менее 150 мкм или значения доверительного интервала были более 10% средней величины, то образец исключался из испытаний. Усредненные характеристики гидрофобных покрытий составов №1-8 приведены в таблице 3.After determining the thickness of the obtained coatings on round samples, rejection was carried out: if the average thickness was less than 150 μm or the confidence interval was more than 10% of the average value, then the sample was excluded from the tests. The average characteristics of hydrophobic coatings of compositions No. 1-8 are shown in table 3.
В ходе испытаний для каждого образца производились: внешний осмотр и определение диэлектрических характеристик (ρν, tgδ, ε) с периодичностью 1 раз в сутки в начальный период испытаний (до 4 суток) и 1 раз в 2-3 суток в последующий период. По результатам визуальных наблюдений за состоянием поверхности образцов было отмечено следующее:During the tests for each sample, the following was performed: external examination and determination of dielectric characteristics (ρ ν , tanδ, ε) with a frequency of 1 time per day in the initial test period (up to 4 days) and 1 time in 2-3 days in the subsequent period. Based on the results of visual observations of the surface state of the samples, the following was noted:
1) через 2 суток от начала испытаний - появление видимых изменений поверхности покрытия в области воздействия коронного разряда;1) after 2 days from the start of testing - the appearance of visible changes in the surface of the coating in the area of corona discharge;
2) через 8 суток - появление потемнения поверхности (около 50% площади) на расстоянии до 4 мм от края высоковольтных электродов и появление следов воздействия коронного разряда (слабого радужного оттенка при наблюдениях под острым углом) на расстоянии до 7 мм от края электродов;2) after 8 days - the appearance of a darkening of the surface (about 50% of the area) at a distance of up to 4 mm from the edge of high-voltage electrodes and the appearance of traces of corona discharge (weak iridescent color when observed at an acute angle) at a distance of up to 7 mm from the edge of the electrodes;
3) за период через 11-17 суток - усиление потемнения поверхности (100% площади) на расстоянии до 5 мм от края высоковольтных электродов и распространение следов воздействия (слабого радужного оттенка) на расстояние до 8 мм от края электродов;3) for a period of 11-17 days - increased darkening of the surface (100% of the area) at a distance of up to 5 mm from the edge of high-voltage electrodes and the spread of traces of exposure (weak iridescent shade) to a distance of 8 mm from the edge of the electrodes;
4) через 29 суток - усиление потемнения поверхности и расширение границ этой области на расстояние до 6 мм от края электродов;4) after 29 days - increased darkening of the surface and the expansion of the boundaries of this region to a distance of 6 mm from the edge of the electrodes;
5) за весь последующий период от 31 до 60 суток (окончание испытаний) - размеры областей с видимым изменением состояния поверхности почти не изменялись: область потемневшей поверхности имела форму кольца с диаметрами 26 мм и 12 мм, а следы от воздействия коронного разряда отмечались на расстоянии до 9 мм от края электродов.5) for the entire subsequent period from 31 to 60 days (the end of the test) - the dimensions of the areas with a visible change in the state of the surface remained almost unchanged: the area of the darkened surface had the shape of a ring with diameters of 26 mm and 12 mm, and traces from the effect of corona discharge were noted at a distance up to 9 mm from the edge of the electrodes.
На протяжении всего периода испытаний ρν, tgδ и ε испытуемых образцов изменялись незначительно. Все полученные значения находились в пределах возможных отклонений из-за неравномерности толщины образцов и колебаний температуры окружающей среды во время измерений. Изменения состояния поверхности в области воздействия коронного разряда свидетельствуют о процессах деструкции полимерного материала.Throughout the entire test period, ρ ν , tanδ, and ε of the test samples changed slightly. All obtained values were within the range of possible deviations due to the non-uniformity of the thickness of the samples and fluctuations in the ambient temperature during measurements. Changes in the surface state in the area of the corona discharge testify to the processes of destruction of the polymer material.
Было установлено, что через 10 и более суток после начала испытаний эти процессы начинают стабилизироваться, а скорость разрушения покрытий с содержанием сажи 3,5-5% (составы №10 и №11) меньше, чем у покрытий, содержащих 0,5% и 1% (составы №9 и №12).It was found that 10 or more days after the start of testing, these processes begin to stabilize, and the rate of destruction of coatings with a carbon black content of 3.5-5% (compositions No. 10 and No. 11) is lower than that of coatings containing 0.5% and 1% (compositions No. 9 and No. 12).
Исходя из полученных результатов можно сделать следующие выводы:Based on the results obtained, the following conclusions can be drawn:
1) образцы кремнийорганических композиций с увеличенным до 3,5-5% содержанием сажи (составы №10 и №11) обладают большей устойчивостью к воздействию коронного разряда большой продолжительности; при этом оптимальное содержание сажи составляет 0,5-2,5%;1) samples of organosilicon compositions with soot content increased to 3.5-5% (compositions No. 10 and No. 11) are more resistant to the effects of a corona discharge of long duration; the optimal carbon black content is 0.5-2.5%;
2) увеличение содержания сажи не снизило водоотталкивающих свойств, определяемых по увеличению массы после увлажнения в дистиллированной воде;2) the increase in soot content did not reduce the water-repellent properties, determined by the increase in mass after wetting in distilled water;
3) образцы, содержащие 1,25-2,5% низкомолекулярной кремнийорганической жидкости 119-215, по своим гидрофобным свойствам (влагопоглощению) лишь незначительно уступают образцам, содержащим 3,5-4% низкомолекулярной кремнийорганической жидкости 119-215.3) samples containing 1.25-2.5% of low molecular weight organosilicon liquid 119-215 in their hydrophobic properties (moisture absorption) are only slightly inferior to samples containing 3.5-4% low molecular weight organosilicon liquid 119-215.
4) В целях повышения трекингоэрозионной стойкости покрытия в качестве антипирина в его состав вводят и гидрат окиси алюминия A1г. Он обладает большей растворимостью в "Сольвенте нефтяном", чем диоксид титана, что значительно облегчает приготовление гидрофобизирующей композиции в "полевых условиях" (непосредственно на территории объекта гидрофобизации).4) In order to increase the tracking erosion resistance of the coating, alumina hydrate A 1 g is also introduced into its composition as an antipyrine. It has a greater solubility in Solvent Neft than titanium dioxide, which greatly facilitates the preparation of a hydrophobizing composition under “field conditions” (directly on the territory of the hydrophobization facility).
Наличие химически связанной воды дает возможность части молекул гидрата окиси алюминия принимать участие в реакциях полимеризации однокомпонентных КОК холодного отверждения. В результате увеличивается скорость полимеризации, и некоторая часть атомов алюминия включается в структуру полимерных цепей, что увеличивает их стойкость к термической деструкции. В свою очередь, увеличение количества гидрата окиси алюминия повышает щелочностойкость покрытия. Но при этом снижается удельное объемное сопротивление и увеличивается тангенс угла диэлектрических потерь, измеренные на образце после 24 часов увлажнения в дистиллированной воде.The presence of chemically bound water makes it possible for some of the alumina hydrate molecules to take part in the polymerization reactions of one-component cold curing COCs. As a result, the polymerization rate increases, and some of the aluminum atoms are included in the structure of the polymer chains, which increases their resistance to thermal degradation. In turn, an increase in the amount of alumina hydrate increases the alkalinity of the coating. But at the same time, the specific volume resistance decreases and the dielectric loss tangent increases, measured on the sample after 24 hours of moistening in distilled water.
5) Увеличение доли низкомолекулярной кремнийорганической жидкости 119-215 (более 2,5%, т.е. до 3-5% и более от массы КОК), как показали проведенные эксперименты, замедляет процессы полимеризации. В результате этого поверхность покрытия может длительное время оставаться липкой и частицы загрязненных частиц, выпавшие за это время, насыщают поверхностный слой, ухудшая его диэлектрические характеристики.5) An increase in the proportion of low molecular weight organosilicon liquid 119-215 (more than 2.5%, i.e. up to 3-5% or more by weight of COC), as shown by the experiments, slows down the polymerization processes. As a result, the coating surface may remain sticky for a long time, and particles of contaminated particles that have fallen during this time saturate the surface layer, impairing its dielectric characteristics.
КОК обеспечивает образование механически прочного покрытия, а низкомолекулярная кремнийорганическая жидкость 119-215 заполняет свободные пространства, образующиеся при затвердевании, препятствуя проникновению молекул воды и ионов солей в результате их диффузии из окружающей среды. Это уменьшает влагопроницаемость и влагопоглощение покрытия, увеличивает его устойчивость к поверхностным токам утечки и частичных разрядов.COC provides the formation of a mechanically strong coating, and a low molecular weight organosilicon liquid 119-215 fills the free spaces formed during solidification, preventing the penetration of water molecules and salt ions as a result of their diffusion from the environment. This reduces the moisture permeability and moisture absorption of the coating, increases its resistance to surface leakage currents and partial discharges.
После комплексного анализа всех данных об изменении характеристик испытуемых образцов (α, ρv, tg δ, ε), совместно с имеющейся информацией о механизмах окисления кремнийорганических полимеров, был сделан вывод о том, что предполагаемый механизм физико-химического «разрушения» гидрофобного покрытия исследуемого типа включает следующие этапы:After a comprehensive analysis of all the data on the change in the characteristics of the test samples (α, ρ v , tan δ, ε), together with the available information on the oxidation mechanisms of organosilicon polymers, it was concluded that the proposed mechanism of the physicochemical “destruction” of the hydrophobic coating of the investigated Type includes the following steps:
Этап №1. Окисление метальных групп активными атомами кислорода:Stage number 1. Oxidation of methyl groups by active oxygen atoms:
≡Si-СН3+2O•⇒≡Si-ОН+H2CO↑≡ Si-CH 3 + 2O • ⇒ Si-OH + H 2 CO ↑
Химическое взаимодействие проходит с незначительным увеличением массы. Группы - OH, образовавшиеся на поверхности покрытия, легко образуют водородные связи с молекулами воды и по мере увеличения числа этих групп поверхность приобретает гидрофильные свойства (резкое падение гидрофобных свойств после кратковременного воздействия коронного разряда).Chemical interaction takes place with a slight increase in mass. OH groups formed on the coating surface easily form hydrogen bonds with water molecules, and as the number of these groups increases, the surface acquires hydrophilic properties (a sharp drop in hydrophobic properties after short-term exposure to a corona discharge).
Этап №2. Увеличение «структуризации» поверхности - образование новых Si-О связей ("сшивок"):Stage number 2. Increase in surface “structuring” - the formation of new Si-O bonds (“crosslinking”):
≡Si-OH+HO-Si≡⇒≡Si-O-Si≡+H2O≡Si-OH + HO-Si≡⇒≡Si-O-Si≡ + H 2 O
≡Si-ОН+Н3С-Si≡⇒≡Si-О-Si≡+CH4↑≡ Si-OH + H 3 C-Si≡⇒≡ Si-O-Si≡ + CH 4 ↑
≡Si-ОН+H3C-Si≡+O2⇒≡Si-О-Si≡+CO2↑+H2↑≡ Si-OH + H 3 C-Si≡ + O 2 ⇒≡ Si-O-Si≡ + CO 2 ↑ + H 2 ↑
Такое химическое взаимодействие проходит с уменьшением массы. В результате: уплотняется поверхностный слой, затрудняется диффузия кислорода в покрытие. Уменьшение числа групп -ОН на поверхности покрытия способствует восстановлению гидрофобных свойств.This chemical interaction takes place with a decrease in mass. As a result: the surface layer is compacted, diffusion of oxygen into the coating becomes difficult. A decrease in the number of —OH groups on the surface of the coating helps to restore hydrophobic properties.
Этап №3. Деструкция по концам силоксановых цепей с образованием низкомолекулярных силоксанов:Stage number 3. Destruction at the ends of siloxane chains with the formation of low molecular weight siloxanes:
HO-Si(CH3)2-О-Si(CH3)2-О-Si(CH3)2-O-Si≡⇒HO-Si (CH 3 ) 2 -O-Si (CH 3 ) 2 -O-Si (CH 3 ) 2 -O-Si≡⇒
⇒[Si(CH3)2-O]3+HO-Si≡⇒ [Si (CH 3 ) 2 -O] 3 + HO-Si≡
Химические реакции данного типа идут без изменения массы. В результате «выхода» на поверхность покрытия низкомолекулярных силоксанов идет восстановление гидрофобных свойств (увеличение угла смачивания поверхности в зоне воздействия коронного разряда, а также появление радужного оттенка на поверхности покрытия).Chemical reactions of this type proceed without change in mass. As a result of the “exit” of low molecular weight siloxanes to the coating surface, hydrophobic properties are restored (an increase in the contact angle of the surface in the corona discharge zone, as well as the appearance of a rainbow tint on the coating surface).
Этап №4. Окислительная деструкция:Stage number 4. Oxidative degradation:
…- Si(CH3)2-…+O3⇒H2CO↑+СН4↑+SiO2↓... - Si (CH 3 ) 2 - ... + O 3 ⇒H 2 CO ↑ + CH 4 ↑ + SiO 2 ↓
Химическое превращение проходит с незначительным увеличением массы. В результате таких процессов происходит накопление диоксида кремния на поверхности покрытия (уменьшение блеска и гладкости поверхности, а также появление темного налета).Chemical conversion takes place with a slight increase in mass. As a result of such processes, silicon dioxide accumulates on the surface of the coating (decrease in gloss and surface smoothness, as well as the appearance of a dark coating).
Следует отметить, что химическая реакция этапа №1 является «инициатором» реакций этапов №2 и №3. При продолжительном воздействии коронного разряда эти реакции (с уменьшением и увеличением массы) протекают одновременно, вследствие чего механизм разрушения кремнийорганического покрытия имеет очень сложный характер.It should be noted that the chemical reaction of stage No. 1 is the "initiator" of the reactions of stages No. 2 and No. 3. With prolonged exposure to a corona discharge, these reactions (with a decrease and increase in mass) occur simultaneously, as a result of which the mechanism of destruction of the organosilicon coating is very complex.
Поскольку по результатам внешнего осмотра на образцах не обнаружено геометрического «роста» области воздействия коронного разряда, можно сделать следующие предположения:Since, according to the results of the external examination, no geometric “growth” of the corona discharge action area was detected on the samples, the following assumptions can be made:
- все испытанные покрытия (составов №9 - 12) обладают короноустойчивостью, достаточной для их успешного применения в течение не менее 5 лет на изоляции действующих высоковольтных линий и подстанций;- all tested coatings (compositions No. 9 - 12) have corona resistance sufficient for their successful application for at least 5 years on the insulation of existing high-voltage lines and substations;
- временная потеря гидрофобности на отдельных участках поверхности вследствие воздействия короны не вызовет существенного снижения влагоразрядных характеристик гидрофобизированного изолятора в целом.- a temporary loss of hydrophobicity in certain parts of the surface due to the influence of the corona will not cause a significant decrease in the moisture discharge characteristics of the hydrophobized insulator as a whole.
Эффективность данного технического решения подтверждается результатами сравнительных испытаний на образцах и на реальных изоляторах. Образцы испытывались в камере тумана в условиях непрерывного протекания поверхностных токов утечки, характерных для эксплуатации (4-5 мА), а изоляторы - в камере соленого тумана при воздействии рабочего напряжения и поверхностных частичных разрядов.The effectiveness of this technical solution is confirmed by the results of comparative tests on samples and on real insulators. Samples were tested in a fog chamber under conditions of continuous flow of surface leakage currents typical of operation (4-5 mA), and insulators were tested in a salt fog chamber under the influence of operating voltage and surface partial discharges.
Как следует из результатов испытаний образцов и изоляторов, гидрофобное покрытие " КОК+низкомолекулярная кремнийорганическая жидкость" имеет заметно лучшие эксплуатационные характеристики, чем известное покрытие. Оптимальное весовое соотношение между КОК и низкомолекулярной кремнийорганической жидкостью составляет 1:(0,0125-0,025).As follows from the test results of samples and insulators, the hydrophobic coating "KOK + low molecular weight organosilicon liquid" has noticeably better performance characteristics than the known coating. The optimal weight ratio between COC and low molecular weight organosilicon liquid is 1: (0.0125-0.025).
Предлагаемый состав может наноситься на поверхность изоляции распылением (механизированный способ), погружением обработанного изделия в состав или щеткой. Для оказания необходимой вязкости состава при нанесении механизированным способом с помощью устройства типа краскопульта предлагается использовать растворитель "Сольвент нефтяной". После нанесения на поверхность растворитель испаряется, не оказывая влияния на электрические характеристики покрытия.The proposed composition can be applied to the insulation surface by spraying (mechanized method), immersion of the treated product in the composition or brush. To provide the necessary viscosity of the composition when applied mechanized using a device such as a spray gun, it is proposed to use the solvent "Solvent oil". After application to the surface, the solvent evaporates without affecting the electrical characteristics of the coating.
Оптимальное весовое соотношение между КОК и гидратом окиси алюминия, обеспечивающее максимальное увеличение щелочестойкости, при сохранении диэлектрических характеристик покрытия соответствующим нормам, принятых для кремнийорганических резин (ТУ У 3.72-00216473-028-2001), составляет 1:(0,05-0,15) от массы компаунда.The optimal weight ratio between COC and alumina hydrate, providing the maximum increase in alkali resistance, while maintaining the dielectric characteristics of the coating according to the standards adopted for organosilicon rubbers (TU U 3.72-00216473-028-2001), is 1: (0.05-0.15 ) by the mass of the compound.
В разработанном способе отверждение КОК осуществляется с помощью катализатора (отвердителя) метилтриацетоксисилана или К-ЮС при комнатной температуре в присутствии влаги воздуха. Это обусловлено тем, что катализатор К-10C (метилтриацетоксисилан) имеет кислую реакцию, т.к. при соприкосновении с влагой воздуха он быстро гидролизуется с образованием уксусной кислоты. Она же в больших количествах выделяется при отверждении каучука СКТН в результате присоединения атомов водорода гидроксильных групп каучука к кислотным остаткам катализатора.In the developed method, the curing of COCs is carried out using a catalyst (hardener) of methyltriacetoxysilane or K-SC at room temperature in the presence of air moisture. This is because the K-10C (methyltriacetoxysilane) catalyst has an acidic reaction, because in contact with air moisture, it quickly hydrolyzes with the formation of acetic acid. It is released in large quantities during the curing of rubber SKTN as a result of the addition of hydrogen atoms of the hydroxyl groups of rubber to the acid residues of the catalyst.
Вулканизация протекает только в присутствии влаги воздуха. При этом прежде происходит гидролиз ацетатных групп и затем конденсация молекул с помощью сшивающих агентов, содержащих три функциональные группы, в результате чего возрастает молекулярная масса. Выделяющаяся уксусная кислота, имеющая характерный запах, улетучивается из системы.Vulcanization occurs only in the presence of moisture in the air. In this case, the hydrolysis of the acetate groups first occurs and then the molecules are condensed with the help of crosslinking agents containing three functional groups, as a result of which the molecular weight increases. The evolving acetic acid, which has a characteristic odor, disappears from the system.
Агрессивная концентрированная уксусная кислота, как показали испытания, вызывает коррозионное повреждение углеродистой стали. Выделение кислоты также сопровождается усадкой гидрофобизатора. Усадка гидрофобизатора и коррозия стали являются главными причинами недостаточной адгезионной прочности соединения поверхности конструктивних элементов изолятора с гидрофобизатором, что проявляется в отслаивании гидрофобизатора от поверхности изолятора и проникновении влаги к поверхности изолятора и границе раздела «изолятор-покрытие».Aggressive concentrated acetic acid, as shown by tests, causes corrosion damage to carbon steel. The release of acid is also accompanied by shrinkage of the water repellent. Shrinkage of the water repellent and corrosion of steel are the main reasons for the insufficient adhesion strength of the surface of the structural elements of the insulator to the water repellent, which is manifested in the peeling of the water repellent from the surface of the insulator and the penetration of moisture to the surface of the insulator and the insulator-coating interface.
Попытка применения других катализаторов отверждения каучука СКТН, не образующих уксусную кислоту, не дала положительных результатов. Так, применение хорошо известного катализатора К-18 (тетраэтоксисилан) существенно усложнило технологию гидрофобизации, увеличило время отверждения и не улучшило качества изоляторов.An attempt to use other SKTN rubber curing catalysts not forming acetic acid did not yield positive results. Thus, the use of the well-known K-18 catalyst (tetraethoxysilane) significantly complicated the hydrophobization technology, increased the curing time, and did not improve the quality of the insulators.
Усложнение технологии заключалось в том, что гидрофобизаторы с катализатором К-18 являются двухкомпонентными и требуют смешения перед наложением. Реакция вулканизации протекает очень медленно, поэтому она требует ускорения соответствующими катализаторами кислого или щелочного характера. Такими являются соли металлов или металлоорганических соединений: Sn, Pb, Ti, Zn. В основном применяется октоат олова Sn(OOCC7H15)2.The complication of the technology was that the water repellents with the K-18 catalyst are two-component and require mixing before application. The vulcanization reaction is very slow, therefore, it requires acceleration by appropriate catalysts of an acidic or alkaline nature. Such are salts of metals or organometallic compounds: Sn, Pb, Ti, Zn. Tin octoate Sn (OOCC 7 H 15 ) 2 is mainly used.
Реакция отверждения с катализатором К-18 также сопровождается выделением побочного продукта (в данном случае спирта) и, как следствие, усадкой герметика (гидрофобизатора). Кроме этого применение гидрофобизатора с катализатором К-18 требует предварительно грунтовки поверхности металлов.The curing reaction with the K-18 catalyst is also accompanied by the release of a by-product (in this case, alcohol) and, as a consequence, the shrinkage of the sealant (water repellent). In addition, the use of a water repellent catalyst K-18 requires a preliminary primer of the metal surface.
Приведенный выше анализ механизмов отверждения гидрофобизаторов показал, что герметизация изоляторов должна осуществляться веществами, отверждение которых происходит без усадки и без выделения побочных продуктов, т.е. при помощи К-10C (метилтриацетоксисилана).The above analysis of the curing mechanisms of water repellents showed that the sealing of insulators should be carried out with substances that cure without shrinkage and without the release of by-products, i.e. using K-10C (methyltriacetoxysilane).
Приготовление и нанесение разработанной гидрофобной композиции реализуют следующим образом.The preparation and application of the developed hydrophobic composition is implemented as follows.
Искомую гидрофобную композицию готовят на основе силиконового низкомолекулярного каучука, наполнителя, отвердителя и растворителя. Причем в качестве силиконового низкомолекулярного каучука используют каучук марки СКТН, в качестве наполнителя используют как твердый наполнитель в виде гидрата окиси алюминия и сажи ацетиленовой, так и жидкий наполнитель в виде низкомолекулярной кремнийорганической жидкости 119-215, а в качестве отвердителя используют метилтриацетоксисилан, а в качестве растворителя - органический растворитель марки сольвент нефтяной.The desired hydrophobic composition is prepared on the basis of silicone low molecular weight rubber, filler, hardener and solvent. Moreover, SKTN rubber is used as silicone low molecular weight rubber, both a solid filler in the form of alumina hydrate and acetylene carbon black and a liquid filler in the form of low molecular weight organosilicon fluid 119-215 are used as filler, and methyltriacetoxysilane is used as a hardener, and as a hardener solvent - an organic solvent of the solvent oil brand.
Приготовление раствора гидрофобного покрытия нужной консистенции осуществляют следующим образом. В КОК перед смешением с низкомолекулярной кремнийорганической жидкостью 119-215 дополнительно вводят твердый наполнитель в виде сажи ацетиленовой. После этого в емкость для смешивания наливают растворитель, после чего добавляют наполнители в виде гидрата окиси алюминия, и полученный раствор перемешивают до образования однородной смеси.Preparation of a hydrophobic coating solution of the desired consistency is as follows. Before mixing with a low molecular weight organosilicon liquid 119-215, a solid filler is additionally introduced into COC in the form of acetylene carbon black. After that, a solvent is poured into the mixing vessel, after which fillers in the form of alumina hydrate are added, and the resulting solution is mixed until a homogeneous mixture is formed.
Причем весовое соотношение между КОК и растворителем выбирают в зависимости от температуры окружающей среды, при этом искомое весовое соотношение на 100,0 мас.ч. каучука составляет (0,85-1,0) мас.ч. при температуре окружающей среды до 25°C и (1,05-1,4) мас.ч. при температуре окружающей среды свыше 25°C. В то же время нанесение гидрофобного покрытия производят при температуре окружающего воздуха не ниже минус 10°C и отсутствии атмосферных осадков, а также росы.Moreover, the weight ratio between the COC and the solvent is selected depending on the ambient temperature, while the desired weight ratio is 100.0 parts by weight. rubber is (0.85-1.0) parts by weight at ambient temperature up to 25 ° C and (1.05-1.4) parts by weight at ambient temperature over 25 ° C. At the same time, the hydrophobic coating is applied at an ambient temperature of at least minus 10 ° C and in the absence of precipitation, as well as dew.
В приготовленную однородную смесь добавляют КОК, разбавленный кремнийорганической жидкостью и содержащий твердый наполнитель в виде сажи ацетиленовой, после чего полученную жидкую композицию тщательно перемешивают до образования искомой однородной смеси.In the prepared homogeneous mixture, COC diluted with organosilicon liquid and containing a solid filler in the form of acetylene carbon black is added, after which the resulting liquid composition is thoroughly mixed until the desired homogeneous mixture is formed.
При этом гидрофобное покрытие содержит на 100,0 мас.ч. каучука гидрат окиси алюминия в количестве 5,0-15,0 мас.ч., сажу ацетиленовую в количестве 0,5-2,5 мас.ч., низкомолекулярную кремнийорганическую жидкость 119-215 в количестве 1,25-2,5 мас.ч., метилтриацетоксисилан в количестве 2,5-6,5 мас.ч.At the same time, the hydrophobic coating contains 100.0 parts by weight of rubber, aluminum oxide hydrate in an amount of 5.0-15.0 parts by weight, acetylene black in an amount of 0.5-2.5 parts by weight, low molecular weight organosilicon liquid 119-215 in an amount of 1.25-2.5 parts by weight hours, methyltriacetoxysilane in an amount of 2.5-6.5 parts by weight
После этого производят очистку гидрофобизируемой поверхности от существующих загрязнений и наносят слой (или несколько слоев) приготовленной гидрофобной композиции. Примерно через 30 мин после нанесения гидрофобное покрытие вулканизируется и гидрофобизированная электроизоляционная конструкция может эксплуатироваться.After that, the hydrophobizable surface is cleaned of existing contaminants and a layer (or several layers) of the prepared hydrophobic composition is applied. About 30 minutes after application, the hydrophobic coating is vulcanized and the hydrophobized electrical insulating structure can be operated.
Таким образом, преимуществом разработанной композиции по сравнению с аналогами и прототипом является повышение надежности и увеличение срока службы наносимого завулканизированного гидрофобного покрытия, оптимизация его состава, что приводит также к повышению влагоразрядных напряжений высоковольтной изоляции в течение всего продолжительного срока ее эксплуатации.Thus, the advantage of the developed composition in comparison with analogues and prototype is to increase the reliability and increase the service life of the applied vulcanized hydrophobic coating, to optimize its composition, which also leads to an increase in the moisture discharge voltages of the high voltage insulation over the entire long term of its operation.
Так, например, результаты проведенных испытаний электроизоляционных конструкций, полученных при помощи заявляемого технического решения, на допустимое рабочее напряжение и напряженность электрического поля подтверждают снижение вероятности перекрытия гирлянд изоляторов в результате загрязнения по меньшей мере на 15-20%.So, for example, the results of tests of electrical insulation structures obtained using the proposed technical solution for the permissible operating voltage and electric field strength confirm the reduction in the probability of overlapping insulator strings as a result of pollution by at least 15-20%.
Все испытанные гидрофобизированные изоляторы выдержали испытания на трекингэрозионную стойкость (при длительности испытаний не менее 500 час) и могут эксплуатироваться в районах с высоким уровнем загрязнености атмосферы до 4-й СЗА включительно, величине относительной влажности атмосферы в пределах 20-100%, величине максимально допустимого рабочего напряжения, подаваемого на электроизоляционную конструкцию, в пределах 6-750 кВ.All tested water-repellent insulators passed the tests for tracking erosion resistance (with a test duration of at least 500 hours) and can be operated in areas with a high level of atmospheric pollution up to and including 4th SZA, the value of the relative humidity of the atmosphere within 20-100%, the maximum permissible working voltage supplied to the insulating structure, in the range of 6-750 kV.
Кроме того, амплитуды основных токов утечки через гидрофобизированные изоляторы были в 1,5-2 раза меньше, чем через изоляторы без покрытия. В реальных условиях эксплуатации эта величина будет еще больше, так как поверхность кремнийорганических полимерных покрытий загрязняется значительно меньше.In addition, the amplitudes of the main leakage currents through hydrophobized insulators were 1.5–2 times smaller than through uncoated insulators. Under real operating conditions, this value will be even greater, since the surface of organosilicon polymer coatings is much less polluted.
Помимо этого, получаемое гидрофобное покрытие указанного состава в вулканизированном состоянии имеет улучшенные эксплуатационные свойства по сравнению с известными покрытиями (см. таблицу 4).In addition, the resulting hydrophobic coating of the specified composition in a vulcanized state has improved performance properties compared with known coatings (see table 4).
Оптимизация состава и соотношения компонентов композиции, в свою очередь, позволяет уменьшить потери расходных материалов при гидрофобизации поверхности электроизоляционных конструкций.Optimization of the composition and ratio of the components of the composition, in turn, allows to reduce the loss of consumables during hydrophobization of the surface of electrical insulating structures.
Эффективность применения разработанной композиции при ее использовании в технологии нанесения гидрофобного покрытия механизированным способом подтверждается более чем 15-ти летним положительным опытом ее применения на подстанциях, расположенных в зонах с интенсивными промышленными загрязнениями.The effectiveness of the application of the developed composition when it is used in the technology of applying a hydrophobic coating by a mechanized method is confirmed by more than 15 years of positive experience in its use in substations located in areas with intense industrial pollution.
В то же время наиболее оптимальный состав гидрофобного покрытия, а также улучшенные условия очистки и «самоочистки» получаемой гидрофобизируемой поверхности высоковольтной изоляции позволяют при проведении профилактических мероприятий исключить работы по снятию «старого» слоя покрытия перед нанесением «нового» и обеспечивают эффективную эксплуатацию покрытия без проведения дополнительных профилактических мероприятий в течение не менее 10 лет.At the same time, the most optimal composition of the hydrophobic coating, as well as improved cleaning and “self-cleaning” conditions of the obtained hydrophobizable high-voltage insulation surface, allow preventive measures to be taken to remove the “old” coating layer before applying the “new” coating and ensure efficient operation of the coating without additional preventive measures for at least 10 years.
Полученные результаты проведенных исследований могут также использоваться при изготовлении наружной полимерной изоляции другого высоковольтного электротехнического оборудования: ограничителей перенапряжений, опорных и проходных изоляторов, трансформаторов тока и напряжения.The obtained results of the research can also be used in the manufacture of external polymer insulation of other high-voltage electrical equipment: surge arresters, support and bushing insulators, current and voltage transformers.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012106177/07A RU2496167C1 (en) | 2012-02-21 | 2012-02-21 | Organic-silicon electric-insulating water-proof composition for high-voltage insulators |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012106177/07A RU2496167C1 (en) | 2012-02-21 | 2012-02-21 | Organic-silicon electric-insulating water-proof composition for high-voltage insulators |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012106177A RU2012106177A (en) | 2013-08-27 |
| RU2496167C1 true RU2496167C1 (en) | 2013-10-20 |
Family
ID=49163490
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012106177/07A RU2496167C1 (en) | 2012-02-21 | 2012-02-21 | Organic-silicon electric-insulating water-proof composition for high-voltage insulators |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2496167C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2672447C1 (en) * | 2017-09-25 | 2018-11-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Владимирский Государственный Университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) | Composition for organ-silicon electrical insulation material |
| RU2697807C1 (en) * | 2019-06-03 | 2019-08-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Thermoplastic elastomeric coating composition |
| RU2759366C1 (en) * | 2018-05-30 | 2021-11-12 | ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН | Electrical steel sheet having insulating coating, method for obtaining this sheet, transformer core and transformer in which electrical steel sheet is used, and method for reducing dielectric losses in transformer |
| RU2820612C1 (en) * | 2023-07-01 | 2024-06-06 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭКО КОМПАУНД ГРУПП" | Composition for making cable sheaths |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU1835560C (en) * | 1991-05-08 | 1993-08-23 | Специальное конструкторско-технологическое бюро по изоляторам и арматуре Всесоюзного производственного объединения "Союзэлектросетьизоляция" | Method of increase of moisture resistance of electric isolators |
| US5282998A (en) * | 1991-06-08 | 1994-02-01 | Huls Aktiengesellschaft | Mixtures of linear and cyclic siloxanes or siloxane oligomers and a process for their preparation |
| US20040180188A1 (en) * | 2001-03-23 | 2004-09-16 | Fujitsu Limited | Silicon-based composition, low dielectric constant film, semiconductor device, and method for producing low dielectric constant film |
| UA77628C2 (en) * | 2004-01-13 | 2006-12-15 | State Entpr Scient Res I Of Hi | Method for increasing electric strength of high-voltage insulation in humid environment |
| RU2291506C1 (en) * | 2006-03-10 | 2007-01-10 | Закрытое Акционерное Общество "Арматурно-Изоляторный Завод" | Pin insulator |
| RU75250U1 (en) * | 2008-03-26 | 2008-07-27 | Закрытое акционерное общество "Феникс-88" | SUPPORT POLYMERIC INSULATOR |
| RU2332740C1 (en) * | 2006-12-13 | 2008-08-27 | Закрытое Акционерное Общество "Арматурно-Изоляторный Завод" | Pin-type organosilicone insulator with end terminal |
| RU2356117C2 (en) * | 2007-06-20 | 2009-05-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Low-viscosity siloxane composition |
-
2012
- 2012-02-21 RU RU2012106177/07A patent/RU2496167C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU1835560C (en) * | 1991-05-08 | 1993-08-23 | Специальное конструкторско-технологическое бюро по изоляторам и арматуре Всесоюзного производственного объединения "Союзэлектросетьизоляция" | Method of increase of moisture resistance of electric isolators |
| US5282998A (en) * | 1991-06-08 | 1994-02-01 | Huls Aktiengesellschaft | Mixtures of linear and cyclic siloxanes or siloxane oligomers and a process for their preparation |
| US20040180188A1 (en) * | 2001-03-23 | 2004-09-16 | Fujitsu Limited | Silicon-based composition, low dielectric constant film, semiconductor device, and method for producing low dielectric constant film |
| UA77628C2 (en) * | 2004-01-13 | 2006-12-15 | State Entpr Scient Res I Of Hi | Method for increasing electric strength of high-voltage insulation in humid environment |
| RU2291506C1 (en) * | 2006-03-10 | 2007-01-10 | Закрытое Акционерное Общество "Арматурно-Изоляторный Завод" | Pin insulator |
| RU2332740C1 (en) * | 2006-12-13 | 2008-08-27 | Закрытое Акционерное Общество "Арматурно-Изоляторный Завод" | Pin-type organosilicone insulator with end terminal |
| RU2356117C2 (en) * | 2007-06-20 | 2009-05-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Low-viscosity siloxane composition |
| RU75250U1 (en) * | 2008-03-26 | 2008-07-27 | Закрытое акционерное общество "Феникс-88" | SUPPORT POLYMERIC INSULATOR |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2672447C1 (en) * | 2017-09-25 | 2018-11-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Владимирский Государственный Университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) | Composition for organ-silicon electrical insulation material |
| RU2759366C1 (en) * | 2018-05-30 | 2021-11-12 | ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН | Electrical steel sheet having insulating coating, method for obtaining this sheet, transformer core and transformer in which electrical steel sheet is used, and method for reducing dielectric losses in transformer |
| RU2697807C1 (en) * | 2019-06-03 | 2019-08-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Thermoplastic elastomeric coating composition |
| RU2820612C1 (en) * | 2023-07-01 | 2024-06-06 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭКО КОМПАУНД ГРУПП" | Composition for making cable sheaths |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2012106177A (en) | 2013-08-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Gustavsson et al. | Aging of silicone rubber under ac or dc voltages in a coastal environment | |
| Reynders et al. | Review of aging and recovery of silicone rubber insulation for outdoor use | |
| Mavrikakis et al. | Evaluation of field-ageing effects on insulating materials of composite suspension insulators | |
| Ansorge et al. | Impact of different fillers and filler treatments on the erosion suppression mechanism of silicone rubber for use as outdoor insulation material | |
| Reddy | Corona degradation of the polymer insulator samples under different fog conditions | |
| RU2496167C1 (en) | Organic-silicon electric-insulating water-proof composition for high-voltage insulators | |
| JPH0512805B2 (en) | ||
| Zhijin et al. | Characterization of silicone rubber degradation under salt-fog environment with AC test voltage | |
| Deng et al. | Electrical performance of RTV silicone rubber coating of different thicknesses on porcelain | |
| Deng et al. | Low-molecular weight silicone fluid in RTV silicone rubber coatings | |
| CN108864934A (en) | A kind of RTV anti-pollution flashover coating | |
| Ullah et al. | Impact of accelerated ultraviolet weathering on polymeric composite insulators under high voltage DC stress | |
| CN110219005B (en) | Copper-based material corrosion inhibition liquid, preparation method thereof and corrosion inhibition method | |
| Lan et al. | Characteristics of corona aged Nano-composite RTV and HTV silicone rubber | |
| Ribeiro et al. | Superhydrophobic nanocomposite coatings based on different polysiloxane matrices designed for electrical insulators | |
| Huang et al. | Effect of Acidic-fog on performances of HTV silicone rubber with AC energized | |
| Haddad et al. | Visualization of multi-factor changes in HTV silicone rubber in response to environmental exposures | |
| Banerjee et al. | AC corona degradation of silicone rubber nanocomposites at low air pressure | |
| RU2486295C1 (en) | Method to produce protective superhydrophobic coatings on steel | |
| RU2499313C2 (en) | Hydrophobic organosilicic compound for electric insulating structures | |
| Verma et al. | Understanding surface degradation on polymeric insulators using rotating wheel and dip test under DC stress | |
| Prasad et al. | Impact of mist and acidic fog on polymer insulator samples exposed to corona discharges | |
| An et al. | Resistance to corona discharge of HTV silicone rubber surface layers fluorinated at different temperatures | |
| UA77628C2 (en) | Method for increasing electric strength of high-voltage insulation in humid environment | |
| RU2496170C1 (en) | Method for increase of moisture-discharge voltage of high-voltage insulation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140222 |