【原】硅橡胶合成绝缘子的发展与应用（3）

4.复合绝缘子在冶金污秽区应用问题分析

4.1复合绝缘子污秽表面的憎水性状态

复合绝缘子在污秽地区运行过程中，其绝缘表面总会受到工业排放型和自然环境下存在的漂浮污秽物所污染。对于以硅橡胶为基材所组成的绝缘材质结构中，其表面硅氧烷分子自由状态的端头和没有交链的活动链段，将浸润包裹靠近表面污秽物。而绝缘材质结构中没有交链的硅氧烷低分子，微酸性补强剂诱导异裂出来的硅氧烷小分子，表面污秽物作用异裂断链而形成链端及硅氧烷端分子等，又以分子结构赋于高活动的布朗运动，逐渐迁移浸润包裹污秽物。随着产品运行时间的延长，复合绝缘子绝缘结构表面，将形成有不同形式硅氧烷分子浸润包裹污秽物的污层，污层表面也必然存在着硅氧烷分子。硅氧烷分子的结构体系中，结构性能稳定又不显极性的甲基都排列在分子链的外侧，并以碳硅键长进行自由状态高速度旋转，使整个硅氧烷分子中的极性和弱性键被屏蔽。这种憎水表面如果出现凝集水珠散落在表面上，对于运行中的复合绝缘子来说，则由于产品绝缘结构表面所处的位置形状不同，在其表面上所凝集一定形状质量的水珠，必然受到地球引力的作用，使水珠形状有所变化。
    4.1.1复合绝缘子伞裙上表面所凝集存在的水珠，本应是以液体内部极性水分子对表面层分子吸引的张力作用，使水珠以珠形状存在。但它在伞裙上表面的实际形状，则除了受到与其表面相互作用而出现范得华力的吸引外，而且还受到地球引力所产生的重力作用，使水珠更靠近其表面，由此，水珠底部与其表面接触面积必然扩大，球状水珠也逐渐变成半圆形。污层与水珠接触部分的可溶成分会逐渐溶于水中，水珠的分子也较容易浸润扩散进入污层，使得接触区域的表面电导率变大，从而在伞裙表面形成的以半圆形水珠为中心的高电导率的“小岛”。
    4.1.2复合绝缘子下表面所凝集的水珠，只受到与其表面所形成的范得华力所吸引，以液体内部极性水分子对表面层分子吸引张力所形成的水珠，则由于水珠本身重力作用，促使水珠向脱离其表面方向发展。由此，球状水珠底部与其表面接触面变小，水珠容易脱离其表面的概率必然增加。即使有水珠不脱离其表面，相应的接触面积就小，水珠底部浸润扩散进入污层所形成的“小岛”面积也不可能太大。
    4.1.3复合绝缘子护套表面所凝集存在的水珠，虽然也受到其表面范得华力的吸引，但水珠表面所出现张力与水珠本身重力的合力，确以一定角度促使水珠向脱离其表面方向运动。由此，水珠形状也较易形成球形，水珠底部也不易向其表面扩大接触面积。这种形状的水珠也容易以滚动方式脱离护套表面。虽然水珠脱离护套表面的机会不如伞裙下表面多，但远远大于伞裙上表面水珠脱离概率。这必然使水珠在护套表面上所形成的“小岛”的数量及其面积虽然高于伞裙下表面，但确远低于伞裙上表面。

4.2复合绝缘子表面防污性能特点

复合绝缘子在污秽环境下运行一段时间后，其绝缘结构表面都会形成由硅氧烷分子迁移浸润包裹污秽物的污层。当遇到大雾或凝露等自然环境条件下，沿整个产品绝缘结构表面开始所凝结水珠的形状，将按着产品的伞裙数量以伞裙下表面、护套表面和伞裙上表面的顺序相差1～2级的周期性变化。随着大雾或凝露的时间延长，在其绝缘结构表面所分布的水珠密度和形状必然有所改变。产品每个伞裙上表面的水珠形状则因本身重力的作用下，在污层表面易形成半圆形高电导率的“小岛”会扩大。有的可能几个水珠受表面倾角作用而连在一起形成局部水带，在污层表面也相应出现高电导率的“局部带状小岛”。在护套表面所存在的水珠，随着水珠的数量增多，其水珠本身重力与水珠表面张力所形成的合力，除了易集积形成大水珠以滚动方式脱离表面外，还对滞留污层水珠起着拉长形成高电导率的“长岛”。

而在伞裙下表面所凝集的水珠，则随着水珠体积的加大而伴随着重力的增加，更加速水珠形成球形而脱离表面，而在污层表面还粘附着的水珠，则长时间浸润污层，对已存在高电导率的“小岛”有可能变成“大岛”。如果伞裙上表面的水珠形状降到5级时，相应护套和伞裙上表面的水珠状态也随之为4级和3级。在这种表面憎水状态下，复合绝缘子的工作电压将以产品伞裙数量确定的单元电阻区串联来承担，则因单元电阻区的伞裙下表面水珠的“大岛”间，护套表面水珠的“长岛”间以及伞裙上表面的“局部带形岛”间污层的高电阻率，其产品表面泄漏电流是很小的。若逐步施加比工作电压更高的试验电压时，沿着产品表面各种状态水珠间电场强度必然逐渐加强，随之而来表面各种形状水珠沿着电场方向延长，当试验电压升到一定程度时，其水珠如液体击穿过程中的桥接效应一样，以排列组成“小桥”的方式而导致产品表面闪络，由此闪络电压比较高。

曾对复合绝缘子绝缘结构表面新涂0.35mg/cm2的盐密情况下，在雾室内使其所有绝缘结构表面水珠状态都呈现5级时，其产品闪络电压还应为正常工作电压的2.4倍。如果复合绝缘子的伞裙上表面假设有90％面积被水膜所覆盖6级时，护套和伞裙下表面的水珠状态也随之相应地降为5级和4级。这时复合绝缘子运行工作电压，将由护套和伞裙下表面各种状态下水珠间所组成单元电阻串联来承担。在这种情况下，占近60％产品爬电距离的护套和伞裙下表面，其各种状态下水珠电场强度虽然有所加大，但对产品设计有相当大裕度的爬电距离来说，产品护套和伞裙下表面各种状态下水珠间出现电弧的机会是很小的。就是出现电弧，则沿产品表面形成总弧长，也难以达到70％以上爬电距离闪络临界值的必要条件。况且具有一定形状电解液水珠，在交流电场作用的极性交替变化滞后现象，也相应影响闪络电弧恢复的充分条件。复合绝缘子护套和伞裙下表面水珠状态假设往坏的方向进一步发展，这将缩短了表面各种状态水珠间有效承压距离。同时由于伞裙上表面水膜带着已溶污秽物的流失，也降低上表面污层的电导率。当护套和伞裙下表面上各种状态水珠间如果出现电弧时，在伞裙上表面出现泄漏电流所形成剩余高电阻的污层，必然会分担部分工作电压，从而抑制电弧进一步发展为闪络的临界值。曾在表面上新涂的0.35mg/cm2盐密的复合绝缘子，在雾室里使其所有绝缘结构表面水珠状态都为6级时，其表面闪络电压还为正常工作电压的2倍以上。至于复合绝缘子绝缘结构表面有90％面积被水膜覆盖的6级，以及全部面积都形成连续水膜的7级。对于硅橡胶绝缘材质来说，只有在水里长时间浸泡和新涂污秽物马上进行污秽试验情况下才呈现出来。而在自然环境下长期运行的复合绝缘子，其表面都同时成为6级或7级是不可能显现的。运行中的复合绝缘子，其表面盐密不大于0.4mg/cm2，灰密不大于2mg/cm2的污秽情况下，沿整个产品绝缘结构表面有明显爬电痕迹的污闪的概率是很低的。这可以说明，复合绝缘子以硅橡胶为基材制成合理的伞套绝缘结构，其产品表面在自然环境下长期运行有良好防污闪性能。