Способ повышения влагоразрядного напряжения высоковольтной изоляции
Владельцы патента RU 2496170:
Общество с ограниченной ответственностью "Инвест-Энерго" (RU)
Изобретение относится к высоковольтной технике и может быть использовано для усиления защиты от влагоразрядного напряжения и электрической прочности внешней изоляции, работающей в условиях загрязнения. В предложенном способе на очищенную и сухую поверхность изолятора наносят гидрофобное покрытие на основе кремнийорганического компаунда холодного отверждения, который смешивают с низкомолекулярной кремнийорганической жидкостью, и полученную смесь разбавляют органическим растворителем, например, сольвентом нефтяным. В компаунд перед смешиванием с низкомолекулярной кремнийорганической жидкостью также дополнительно вводят твердый наполнитель в виде сажи ацетиленовой, а в качестве отвердителя используют метилтриацетоксисилан. Предложенный компаунд на 100,0 мас.ч. каучука 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. Повышение надежности и увеличение срока службы гидрофобного электроизоляционного покрытия в вулканизированном состоянии является техническим результатом изобретения. 5 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.
Изобретение относится к высоковольтной технике и может быть использовано для усиления поверхностной влагоразрядного напряжения и электрической прочности внешней изоляции, работающей в условиях загрязнения.
Известен способ повышения влагоразрядных напряжений высоковольтной изоляции путем нанесения на ее поверхность гидрофобных покрытий (ГП) в виде кремнийорганических паст [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].
Недостатком известного способа из-за использования гидрофобных паст при его осуществлении является то, что в процессе эксплуатации гидрофобный пастообразный слой насыщается загрязняющими веществами и утрачивает гидрофобные свойства, следствием чего являются низкие значения выдерживаемых рабочих напряжений, а также необходимость периодической замены электроизоляционной конструкции.
Как аналог выбран способ повышения влагоразрядных напряжений высоковольтной изоляции путем предварительной очистки ее наружной поверхности от существующих загрязнений с последующим нанесением на эту поверхность ГП 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].
Недостатком способа аналога является недостаточная надежность и срок службы наносимого ГП, получаемого при его реализации, из-за неучета типа и состояния загрязнений на ее поверхности, следствием чего являются невозможность достижения при конкурентных толщинах максимально возможных значений выдерживаемых рабочих напряжений, а также необходимость периодической замены электроизоляционной конструкции.
Как наиболее близкий аналог (прототип) выбран способ повышения влагоразрядного напряжения высоковольтной изоляции, который заключается в нанесении на поверхность изоляции ГП на основе кремнийорганического компаунда (КОК) холодного отверждения с наполнителем диоксидом титана, при котором вышеупомянутый компаунд перед нанесения разбавляют органическим растворителем, причем перед разбавлением кремнийорганического компаунда органическим растворителем последний смешивают с низкомолекулярной кремнийорганической жидкостью и дополнительным наполнителем, а именно гидратом окиси алюминия. При этом как органический растворитель используют растворитель "Сольвент нефтяной", 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].
Недостатком способа наиболее близкого аналога является недостаточная надежность и срок службы наносимого ГП вследствие отсутствие оптимального соотношения компонентов ГП, а также из-за неучета типа и состояния загрязнений на гидрофобизируемой поверхности, следствием чего являются невозможность достижения при конкурентных толщинах максимально возможных значений выдерживаемых рабочих напряжений, а также необходимость периодической замены электроизоляционной конструкции.
Технической задачей изобретения является повышение надежности и увеличение срока службы завулканизированного гидрофобного покрытия путем эффективного выбора и установления оптимального соотношения компонентов наносимого гидрофобного покрытия, путем учета типа и состояния загрязнений на гидрофобизируемой поверхности электроизоляционной конструкции, а также путем опттимизации процедур реализации способа, что приведет также к повышению влагоразрядных напряжений высоковольтной изоляции в течение всего продолжительного срока ее эксплуатации.
Поставленная техническая задача решается тем, что в способе повышения влагоразрядного напряжения высоковольтной изоляции, который заключается в нанесении на наружную поверхность электроизоляционной конструкции гидрофобного покрытия на основе кремнийорганического компаунда холодного отверждения на основе силиконового низкомолекулярного каучука, наполнителя в виде гидрата окиси алюминия и отвердителя или катализатора, при котором вышеупомянутый компаунд перед нанесением на гидрофобизируемую поверхность смешивают с низкомолекулярной кремнийорганической жидкостью, после чего полученную смесь разбавляют органическим растворителем, в качестве которого используют, например, сольвент нефтяной, при этом перед нанесением гидрофобного покрытия производят очистку гидрофобизируемой поверхности высоковольтной изоляции от существующих на ней загрязнений, новым является то, что, в компаунд перед смешиванием с низкомолекулярной кремнийорганической жидкостью дополнительно вводят твердый наполнитель в виде сажи ацетиленовой, в качестве отвердителя используют метилтриацетоксисилан, в качестве силиконового низкомолекулярного каучука используют каучук марки СКТН, в качестве низкомолекулярной кремнийорганической жидкости используют кремнийорганическую жидкость марки 119-215, при этом используют компаунд, который на 100,0 мас.ч. каучука 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., причем перед нанесением гидрофобного покрытия определяют наличие увлажнения существующих на электроизоляционной конструкции загрязнений, после чего, при наличии такого увлажнения, производят подсушку гидрофобизируемой поверхности электроизоляционной конструкции вместе с существующими на ней загрязнениями, и затем осуществляют очистку сухой гидрофобизируемой поверхности только от нецементирующихся загрязнений.
Весовое соотношение между компаундом 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.
Нанесение гидрофобного покрытия производят при температуре окружающего воздуха не ниже минус 10°C и отсутствии атмосферных осадков, а также росы.
Очистку гидрофобизируемой поверхности электроизоляционной
конструкции от существующих нецементирующихся загрязнений производят вручную, или сжатым воздухом, или обмывом водой.
Норму расхода наносимого слоя кремнийорганического компаунда на гидрофобизируемую поверхность электроизоляционной конструкции определяют из соотношения:
m=ρ·S·h·(1+k),
где m - масса наносимого кремнийорганического компаунда, г,
ρ - плотность кремнийорганического компаунда, которая составляет, например, 1,28 г/см2,
S - площадь гидрофобизируемой поверхности электроизоляционной конструкции, см2,
h - толщина гидрофобного покрытия, см,
k - коэффициент потерь, который принимают равным 0,15-0,2.
Получают гидрофобное покрытие, которое в вулканизированном состоянии характеризуется сроком службы, составляющим не менее 10 лет, при эксплуатации в условиях перепада температур от минус 60°C до плюс 65°C и при рабочих напряжениях 6-750 кВ.
Вышеперечисленные признаки составляют сущность изобретения.
Наличие причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков изобретения и достигаемым техническим результатом заключается в следующем.
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.
Помимо этого, некоторые виды загрязнений, осаждающихся на поверхности изоляции, могут вступать в химические реакции с изоляционным материалом. В частности, для стекла наиболее опасными являются вещества, образующие при увлажнении щелочные растворы. Не меньшую опасность могут представлять и "мокрые" проводящие загрязнения. Так, например, в приморских районах повышенная засоленность атмосферы способствует снижению разрядных характеристик линейной и подстанционной изоляции.
Кроме того, растворы NaCl являются коррозионоопасными для арматуры, в частности, для чугуна и углеродистой стали. Поэтому коррозия арматуры происходит гораздо интенсивнее и срок службы изоляторов может составлять всего от 2 до 6 лет.
Следовательно, для повышения надежности высоковольтной изоляции в загрязненных районах является актуальной задача усиления наружной изоляции для обеспечения высоких разрядных напряжений в неблагоприятных условиях.
Предотвращение условий возникновения поверхностных разрядов путем усиления изоляции за счет полной или частичной замены изоляторов старых типов на новые требует больших капитальных затрат, и в большинстве случаев приводит к увеличению габаритных размеров, что не всегда приемлемо. Решением этой проблемы является применение кремнийорганических гидрофобных покрытий (ГП).
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 дефицит эффективных способов приготовления и нанесения ГП, а также выбор оптимальных соотношений компонентов наносимой гидрофобной электроизоляционной композиции. Это, в свою очередь, не обеспечивает максимально высоких значений разрядных напряжений при работе таких электроизоляционных конструкций в условиях загрязнения различной степени и увлажнения.
Касаясь аспекта выявления увлажнения существующих загрязнений согласно разработанного способа, особо следует остановиться на физическом механизме перекрытия загрязненной изоляции вследствие наличия такого увлажнения.
Как известно, на поверхности загрязненной изоляции находится слой инородных наслоений. При этом под инородными наслоениями подразумеваются любые жидкие или твердые вещества, осевшие на поверхности изолятора сплошными слоями или с разрывами, либо даже в виде капельной структуры. Наличие такого увлажненного слоя инородных наслоений на поверхности изолятора приводит к чрезвычайно низким разрядным градиентам.
Очевидно, что для возникновения условий, при которых могут происходить разряды при столь низких градиентах, распределение напряжения на поверхности изолятора должно быть чрезвычайно неравномерным. Некоторая неоднородность распределения напряжения, вытекающая из самой формы незагрязненного изолятора, не может объяснить суть явления, так как разряды не появляются на изоляторе в сухом состоянии.
Если проблема разрядных характеристик изолятора в сухом состоянии заключена в определении распределения электромагнитного поля изолятора, то для загрязненных изоляторов задача сводится к анализу сложных теплоэлектрических процессов, имеющих место в увлажненном слое инородных наслоений. При этом самой важной причиной резкого снижения разрядных градиентов является образование сухих полос на увлажненной поверхности загрязненных изоляторов.
Было установлено, что механизм развития разряда вдоль загрязненной поверхности качественно отличается от разряда в воздухе. Процесс перекрытия загрязненных изоляторов складывается из следующих этапов.
В исходном состоянии (до начала эксплуатации) поверхность изолятора покрыта непроводящим инородным слоем, через который протекает чрезвычайно малый емкостной ток утечки (доли миллиампера). В результате увлажнения (роса, туман, слабый дождь, таяние снега) слой загрязнения увлажняется и становится проводящим, т.е. увлажнение слоя загрязнения приводит к резкому уменьшению его сопротивления. В результате ток утечки резко возрастает, достигая величины в десятки и даже сотни миллиампер.
При протекании тока утечки на поверхности изолятора рассеивается энергия, мощность которой даже при равномерном загрязнении распределена неравномерно. Протекание столь большого тока утечки приводит к нагреванию слоя загрязнения в результате выделяющегося джоулева тепла. Причем нагрев поверхности изолятора носит неравномерный характер и зависит от диаметра участков поверхности, а также величины локального сопротивления слоя загрязнения.
Выделяемая энергия приводит к повышению температуры увлажненного слоя и испарению влаги. Когда скорость испарения на наиболее нагретом участке становится выше скорости поступления влаги, поверхность высыхает, и его сопротивление резко увеличивается. Вследствие этого практически все напряжение оказывается приложенным к этому небольшому наиболее нагретому участку поверхности, в результате чего происходит его перекрытие с образованием частичной дуги.
Причем наибольшему нагреву подвергаются поверхности изолятора, прилегающие к стержню и шапке изолятора (для случая равномерно загрязненного изолятора). Этот вывод подтверждается и многочисленными экспериментами, как на моделях, так и на реальных конструкциях. В указанных местах появляются сухие кольцевые зоны с высоким сопротивлением. Рабочее напряжение изолятора теперь приложено к небольшой по ширине (несколько сантиметров) сухой зоне. Появление сухих зон приводит к резкому возрастанию общего сопротивления слоя загрязнения, а, следовательно, и к уменьшению тока утечки. Бывшее до этого относительно равномерным, распределение напряжения по поверхности изолятора резко искажается.
Величина рабочего напряжения оказывается, как правило, достаточной для перекрытия сухой зоны. На поверхности изолятора появляются так называемые частичные разряды. Возникает неустойчивый режим горения, не препятствующий произвольному удлинению дуги. При некотором значении тока частичная дуга не гаснет, а быстро растягивается и перекрывает весь изоляционный промежуток.
Дальнейший ход событий зависит от многих факторов, не всегда поддающихся точному учету. Возникшие частичные разряды могут гореть устойчиво, без удлинения, не вызывая перекрытия изолятора, и подсушив увлажненный слой загрязнения, они исчезают. Но в ряде случаев частичные разряды, удлиняясь, развиваются в мощную дугу, перекрывающую гирлянду изоляторов.
Таким образом, основная задача изучения физического механизма разряда сводится к определению условий, в которых возникшие частичные разряды становятся неустойчивыми и удлиняются, замыкая накоротко изоляторы в гирлянде. Следствием вышеизложенного является реализация аспектов детерминирования увлажнения загрязнений в разработанном техническом решении, а именно: перед очисткой гидрофобизируемой поверхности электроизоляционной конструкции производят разделение существующих на ней загрязнений на нецементирующиеся и цементирующиеся, а также определяют наличие их увлажнения.
После этого, при наличии увлажнения существующих загрязнений, производят подсушку гидрофобизируемой поверхности, причем очистку гидрофобизируемой поверхности производят только от нецементирующиеся загрязнения, что также ускоряет процесс гидрофобизации.
Далее наносят на гидрофобизируемую поверхность один или несколько слоев ГП. Следствием вышеуказанного является повышение надежности и увеличение срока службы получаемого вулканизированного ГП, а также электроизоляционной конструкции в целом.
Это способствует обеспечению высоких значений разрядных напряжений при работе электроизоляционной конструкции в условиях загрязнения различной степени (для районов от 2-й до 4-й СЗА) и увлажнения (от 20% до 100% относительной влажности) при выдерживаемых разрядных напряжениях класса от 6 кВ до 750 кВ и сроке службы не менее 10 лет при эксплуатации в условиях перепада температур от минус 60°C до плюс 65°C.
Также следует остановиться на рассмотрении аспектов чистки и обмыва наружной изоляции электроизоляционных конструкций, являющихся одним из существенных признаков разработанного технического решения. Одним из методов, направленным на повышение эксплуатационной надежности электроизоляционных конструкций, является периодическое проведение профилактических мероприятий, проводимых на изоляции действующих энергообъектов, связанных либо с полным или частичным удалением загрязнений с ее поверхности, либо с нанесением на нее различных защитных покрытий.
Это направление наиболее рационально при тяжелых условиях эксплуатации вместо значительного усиления изоляции, требующего увеличения ее габаритов и стоимости. Широкий выбор имеющихся в настоящее время профилактических методов и средств позволяет гибко реагировать на изменение условий эксплуатации.
Чистка изоляции (полное или частичное удаление загрязнений) может производиться вручную, сжатым воздухом и обмывом водой. Самым распространенным методом очистки до настоящего времени остается ручная протирка изоляции ветошью, тряпками и т.п. Для облегчения удаления загрязнений (в зависимости от его типа) ветошь или тряпки смачиваются 10% раствором соляной кислоты, растворителями типа бензин или керосина, водой с присадкой моющих средств и паст, изопропиловым спиртом, четыреххлористым углеродом и др.
При сильной цементации слоя загрязнения для очистки иногда дополнительно приходится применять металлические щетки, стальную стружку либо растворы и пасты, содержащие агрессивные компоненты. Однако применение таких средств приводит к постепенному разрушению глазури и выходу изоляторов из строя. Иногда очистка изоляторов от сильноцементирующихся загрязнений оказывается столь сложной, что в эксплуатации их предпочитают не чистить, а периодически заменять на новые. Кроме того, ручная чистка требует отключения напряжения на время проведения работ и значительных трудозатрат.
Весьма эффективным средством показала себя очистка изоляции сжатым воздухом с применением абразивных материалов, например, очистка сжатым воздухом с добавлением молотого доломита и карбоната кальция. В то же время при полном снятии цементирующихся загрязнений абразивом частично или полностью повреждается глазурь, что является существенным недостатком этого метода.
Метод обмыва водой является эффективным способом очистки изоляции от загрязнений, имеющих слабую адгезию с поверхностью изолятора или растворимых в воде. По сравнению с ручной очисткой он обладает большей производительностью и позволяет в ряде случаев проводить работы на неотключенном оборудовании. При обмывке изоляторов могут быть использованы струи воды с различной структурой: сплошной, прерывистой или распыленной.
Непрерывная струя имеет большую кинетическую энергию и позволяет ускорить процесс очистки, а при наличии распыления повышаются диэлектрические свойства струи, однако при этом процесс обмывки затрудняется. Для обмыва изоляции водой могут использоваться струи как высокого (1,5-2,5 МПа и даже 7 МПа), так и низкого (0,5-1 МПа) давления. Обмыв струями высокого давления требует меньшего расхода воды, но предъявляет более серьезные требования к обмывочному оборудованию.
Наиболее часто метод обмыва применяют для удаления с наружной изоляции солевых загрязнений вблизи морских побережий и на солончаковых почвах, а также для удаления с изоляторов пыли, копоти, сажи, вблизи промышленных предприятий, в том числе химических.
Однако его широкому внедрению препятствует опасность перекрытия изоляторов. При обмыве под напряжением струйки воды могут шунтировать воздушные промежутки между ребрами, что приводило к перекрытию обмываемых объектов. При проведении обмыва под напряжением должны быть обеспечены условия, исключающие перекрытие по струе воды и поражение оператора током.
Кроме того, недостатками метода обмыва водой являются невозможность его применения для снятия (сильно)цементирующихся загрязнений, использование специального оборудования, значительный расход воды, а в холодное время года -необходимость либо подогревать воду, либо добавлять к ней непроводящий антифриз.
В настоящее время для снятия загрязнений (в том числе цементирующихся) разработана технология механизированной чистки-мойки подстанционной изоляции на основе аэрозольного газодинамического метода очистки. Ее сущность заключается в направлении струи моющего раствора (содержащего абразивные частицы) под давлением на очищаемую поверхность. Это позволяет сочетать достоинства обмыва изоляторов и механического воздействия абразивных частиц на слой загрязнения. Однако при этом методе также возможно повреждение ранее нанесенного ГП вследствие воздействия абразивных частиц.
Поэтому предлагаемый способ, согласно которому перед очисткой гидрофобизируемой поверхности электроизоляционной конструкции производят разделение существующих на ней загрязнений на нецементирующиеся и цементирующиеся, а также определяют наличие их увлажнения, после чего, при наличии увлажнения существующих загрязнений, производят подсушку гидрофобизируемой поверхности, при этом очистку сухой (подсушенной) гидрофобизируемой поверхности производят только от нецементирующихся загрязнений, является эффективным и не способствует повреждению ранее нанесенного ГП.
Согласно предлагаемому техническому решению, улучшенные условия очистки и «самоочистки» позволяют при проведении профилактических мероприятий исключить работы по снятию «старого» слоя ГП перед нанесением «нового» и обеспечивают эффективную эксплуатацию покрытия без проведения дополнительных профилактических мероприятий по его очистке и удалению.
Особо следует остановиться на обосновании оптимизации состава композиции. 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. 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.
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.
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 тоже время обеспечивать с достаточной точностью соотношение компонентов (т.е. оптимальность состава).
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 (лабораторных испытаний), проведения испытаний, анализа полученных результатов и принятия решения.
В первую очередь определим параметр оптимизации. Он 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.
Главным из свойств полимерного покрытия, предназначенного для восстановления или усиления влагоразрядных характеристик наружной изоляции является, его гидрофобность. Гидрофобные свойства непосредственно характеризуются величиной угла смачивания поверхности а. Однако единичное измерение а 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.
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 тангенс угла диэлектрических потерь tgδ.
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.
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 ε 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.
Кроме того, ограничивающим параметром будет являться соответствие диэлектрических характеристик и дугостойкости покрытия после 24 часов увлажнения в дистиллированной воде следующим требованиям: удельное поверхностное сопротивление ρν - не менее 5·1013 Ом×см; tgδ - не более 0,03; ε - не более 3,5; средняя дугостойкость - не менее 180 с.
Так как оптимизируемым объектом является кремнийорганическое ГП холодного отверждения, то основными факторами, влияющими на процесс его образования и определяющими его свойства, являются компоненты, входящие в состав композиции, и их количество. Выбор искомых компонентов был обусловлен как их достоинствами, так и их недостатками с точки зрения как электроизоляционных свойств, так и технологичности получаемой композиции (см. табл.1).
Из вышеизложенной таблицы следует, что из перечисленных компонентов для дальнейшего рассмотрения в качестве оптимизирующих факторов целесообразно исследовать следующие:
1. Гидрат окиси алюминия (основное предназначение - увеличение дугостойкости).
2. Оксид железа (II) (увеличение дугостойкости и короноустойчивости).
3. Низкомолекулярная кремнийорганическая жидкость 119-215 (увеличение скорости восстановления гидрофобности после воздействия короны, уменьшение водопоглощения).
| Таблица 1. | ||
| Достоинства и недостатки веществ, вводимых в состав гидрофобной композиции | ||
| наполнитель | достоинства | недостатки |
| Сажа (C) | Получение окрашенного покрытия, возможность образования дополнительных связей (повышение механической прочности и короноустойчивости) | Снижается дугостойкость и ρν, увеличиваются tgδ и ε. |
| Двуокись титана (TiO2) | Увеличивается дугостойкость | Усложняется процесс приготовления композиции. При равных диэлектрических характеристиках, по увеличению дугостойкости значительно уступает гидрату окиси алюминия. |
| Оксид железа (II) (FeO) | Увеличивается дугостойкость. Получение окрашенного покрытия, возможность образования дополнительных связей (повышение механической прочности и короноустойчивости) | Снижается увеличиваются ρν tgδ и ε. При равных диэлектрических характеристиках, по увеличению дугостойкости уступает гидрату окиси алюминия. |
| Оксид алюминия (AL2O3) | Увеличивается дугостойкость. | Снижается ρν, увеличиваются tgδ и ε. |
| Гидрат окиси алюминия Al г (Al2O3×3H2O) | Увеличивается дугостойкость. В сравнении с оксидом алюминия при равной дугостойкости покрытие имеет лучшие диэлектрические характеристики. | Снижается ρν, увеличиваются tgδ и ε. |
| Низкомолекулярная кремнийорганическая жидкость 119-215 (K) | Увеличивается скорость восстановления гидрофобности после воздействия коронного разряда. Уменьшается водопоглощение. Улучшаются диэлектрические характеристики. | Снижается дугостойкость. При содержании 10% и более от компаунда существенно замедляется полимеризация покрытия. |
| Кремнийорганическая жидкость ПМС-100 | Уменьшается водопоглощение. Улучшаются диэлектрические характеристики. Возможна частичная замена применяемых при нанесении легко-воспламеняемых жидкостей (растворителей) | Снижается дугостойкость (особенно при содержании более 5% от массы компаунда). Уступает жидкости 119-215 по скорости восстановления гидрофобности после воздействия коронного разряда. |
4. Сажа ацетиленовая (окрашивание покрытия, повышение короноустойчивости).
Основное предназначение гидрата окиси алюминия и оксида железа (II) в составе композиции одинаково.
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).
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):
состав №1: КОК (100)+FeO(26)+K(1)+C(0);
состав №2: КОК (100)+Alг(5)+K(1,25)+C(1);
состав №3: КОК (100)+FeO(14)+K(1)+C(4);
состав №4: КОК (100)+Alг(13)+K(1,5)+C(2,5);
состав №5: КОК (100)+FeO(26)+K(3,5)+C(3);
состав №6: КОК (100)+Alг(7)+K(5)+C(4);
состав №7: КОК (100)+FeO(14)+K(3,0)+C(1);
состав №8: КОК (100)+Alг(20)+K(5)+C(5);
состав №9: КОК (100)+Alг(11)+K(2,0)+C(0,5);
состав №10: КОК (100)+Alг(10)+K(2,5)+C(3,5);
состав №11: КОК (100)+Alг(18)+K(4)+C(5);
состав №12 (контрольный): КОК (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 2.
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:
1) через 2-е суток от начала испытаний - появление видимых изменений поверхности покрытия в области воздействия коронного разряда;
| Таблица 2 | ||||||||
| Усредненные характеристики ГП составов №1-№8 | ||||||||
| состав | характеристики в исходном состоянии | после 24 ч увлажнения в дистиллированной воде | приращение Δtgδ | дугостойкость t, c | ||||
| ρν, Ом×см | tgδ | ε | ρν, Ом×см | tgδ | ε | |||
| №1 | 4,26×1014 | 0,0045 | 3,19 | 2,29×1014 | 0,0106 | 3,25 | 0,0061 | - |
| №2 | 4,47×1014 | 0,0073 | 2,53 | 2,62×1014 | 0,0181 | 2,77 | 0,0108 | 137,2 |
| №3 | 3,55×1014 | 0,0059 | 3,09 | 2,41×1014 | 0,0113 | 3,20 | 0,0052 | 83,5 |
| №4 | 10,5×*1014 | 0,0084 | 2,55 | 6,24×1014 | 0,0227 | 2,99 | 0,0143 | 197,5 |
| №5 | 10,14×1014 | 0,0056 | 3,03 | 5,06×1014 | 0,0111 | 3,21 | 0,0055 | 12,5 |
| №6 | 3,50×1014 | 0,0085 | 2,89 | 2,75×1014 | 0,0169 | 3,11 | 0,0084 | 224,7 |
| №7 | 2,72×1014 | 0,0036 | 2,87 | 1,80×1014 | 0,0085 | 2,93 | 0,0049 | 36,2 |
| №8 | 3,41×1014 | 0,0083 | 2,49 | 2,46×1014 | 0,0206 | 2,80 | 0,0123 | 449,2 |
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;
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;
4) через 29 суток - усиление потемнения поверхности и расширение границ этой области на расстояние до 6 мм от края электродов;
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.
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.
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).
Исходя из полученных результатов, можно сделать следующие выводы:
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%;
2) увеличение содержания сажи не снизило водоотталкивающих свойств, определяемых по увеличению массы после увлажнения в дистиллированной воде;
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.
4) В целях повышения трекингоэрозионной стойкости покрытия в качестве антипирина в его состав вводят и гидрат окиси алюминия Alг. Он обладает большей растворимостью в "Сольвенте нефтяном", чем диоксид титана, что значительно облегчает приготовление гидрофобизирующей композиции в "полевых условиях" (непосредственно на территории объекта гидрофобизации).
Наличие химически связанной воды дает возможность части молекул гидрата окиси алюминия принимать участие в реакциях полимеризации однокомпонентных кремнийорганических компаундов холодного отверждения. В результате увеличивается скорость полимеризации, и некоторая часть атомов алюминия включается в структуру полимерных цепей, что увеличивает их стойкость к термической деструкции.
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.
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.
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 результате их диффузии из окружающей среды. Это уменьшает влагопроницаемость и влагопоглощения покрытия, увеличивает его устойчивость к поверхностным токам утечки и частичных разрядов.
После комплексного анализа всех данных об изменении характеристик испытуемых образцов (α, ρν, tgδ, 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:
Этап №1. Окисление метильных групп активными атомами кислорода:
≡Si-CH3+2O•⇒≡Si-OH+H2CO↑
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).
Этап №2. Увеличение «структуризации» поверхности - образование новых Si-O связей ("сшивок"):
≡Si-OH+НО-Si≡⇒≡Si-O-Si=+H2O
≡Si-OH+H3C-Si≡⇒≡Si-O-Si=+CH4↑
≡Si-OH+Н3С-Si≡=+O2⇒≡Si-O-Si≡+CO2↑+H2↑
Такое химическое взаимодействие проходит с уменьшением массы. В результате: уплотняется поверхностный слой, затрудняется диффузия кислорода в покрытие. Уменьшение числа групп - OH на поверхности покрытия способствует восстановлению гидрофобных свойств.
Этап №3. Деструкция по концам силоксановых цепей с образованием низкомолекулярных силоксанов:
HO-Si(СН3)2-O-Si(CH3)2-O-Si(СН3)2-O-Si≡⇒
⇒[Si(CH3)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.)
Этап №4. Окислительная деструкция:
…-Si(СН3)2-…+O3⇒H2CO↑+CH4↑+SiO2↓
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).
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.
Поскольку по результатам внешнего осмотра на образцах не обнаружено геометрического «роста» области воздействия коронного разряда, можно сделать следующие предположения:
- 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;
- временная потеря гидрофобности на отдельных участках поверхности вследствие воздействия короны не вызовет существенного снижения влагоразрядных характеристик гидрофобизированного изолятора в целом.
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.
Как следует из результатов испытаний образцов и изоляторов, покрытие "компаунд+низкомолекулярная кремнийорганическая жидкость" имеет заметно лучшие эксплуатационные характеристики, чем известное покрытие.
Оптимальное весовое соотношение между компаундом и низкомолекулярной кремнийорганической жидкостью составляет 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.
Оптимальное весовое соотношение между компаундом 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.
В разработанном способе отверждение КОК осуществляется с помощью катализатора (отвердителя) метилтриацетоксисилана или К-10C при комнатной температуре в присутствии влаги воздуха. Это обусловлено тем, что катализатор К-10С (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.
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.
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».
Попытка применения других катализаторов отверждения каучука СКТН, не образующих уксусную кислоту, не дали положительных результатов. Так, применение хорошо известного катализатора K-18 (тетраэтоксисилан) существенно усложнило технологию гидрофобизации, увеличило время отверждения и не улучшило качества изоляторов.
Усложнение технологии заключалось в том, что гидрофобизаторы с катализатором K-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.
Реакция отверждения с катализатором K-18 также сопровождается выделением побочного продукта (в данном случае спирта) и, как следствие, усадкой герметика (гидрофобизатора). Кроме этого, применение гидрофобизатора с катализатором K-18 требует предварительно грунтовки поверхности металлов.
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-ЮС (метилтриацетоксисилана).
Суть технического решения илюстрируется фиг.1-2, где на фиг.1 показан процесс гидрофобизации внешней изоляции ограничителей перенапряжения; на фиг.2 показан процесс гидрофобизации высоковольтных вводов с рабочим напряжением 330 кВ.
Разработанный способ реализуется следующим образом.
Искомое ГП готовят на основе силиконового низкомолекулярного каучука, наполнителя и отвердителя. 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.
Приготовление раствора ГП нужной консистенции, осуществляют следующим образом. В компаунд перед смешиванием 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 наполнитель в виде гидрата окиси алюминия, и полученный раствор перемешивают до образования однородной смеси.
Причем весовое соотношение между компаундом 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 ГП производят при температуре окружающего воздуха не ниже минус 10°C и отсутствии атмосферных осадков, а также росы.
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.
При этом ГП 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.
Перед нанесением ГП определяют наличие увлажнения существующих на электроизоляционной конструкции загрязнений. После этого, при наличии такого увлажнения, производят подсушку гидрофобизируемой поверхности электроизоляционной конструкции вместе с загрязнениями, а очистку ее гидрофобизируемой поверхности от производят только от нецементирующихся загрязнений.
Потом наносят на гидрофобизируемую поверхность один или несколько слоев ГП. Нанесение слоя ГП на гидрофобизируемую поверхность электроизоляционной конструкции производят механизированным способом (см. фиг.1 и фиг.2) путем распыления с использованием источника сжатого воздуха, обеспечивающего расход не менее 15 м3/ч при давлении сжатого воздуха не менее 0,15 МПа. При этом распыление производят при расстоянии от среза сопла распылителя до покрываемой поверхности от 100 мм до 600 мм.
Вышеуказанные параметры реализации способа способствуют как уменьшению расхода материалов в связи с уменьшением потерь при распылении, так и максимальному увеличению производительности, а также эффективности нанесения покрытия.
Норму расхода наносимого слоя кремнийорганического компаунда на гидрофобизируемую поверхность электроизоляционной конструкции определяют из соотношения:
m=ρ·S·h·(1+k),
где m - масса наносимого КОК, г;
ρ - плотность КОК, которая составляет, например, 1,28 г/см2;
S - площадь гидрофобизируемой поверхности электроизоляционной конструкции, см2;
h - толщина ГП, см;
k - коэффициент потерь, который принимают равным 0,15-0,2.
Таким образом, преимуществом разработанного способа по сравнению с аналогами и прототипом является повышение надежности и увеличение срока службы наносимого завулканизированного ГП, оптимизация его состава и процедуры нанесения в зависимости от состояния и типа загрязнений, что приводит также к повышению влагоразрядных напряжений высоковольтной изоляции в течение всего продолжительного срока ее эксплуатации.
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%.
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 от 2-й 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.
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. Помимо этого, получаемое ГП указанного состава в вулканизированном состоянии имеет улучшенные (как минимум на 15-20%) эксплуатационные свойства по сравнению по сравнению с известными покрытиями.
Оптимизация процедуры реализации способа в зависимости от условий окружающей среды позволяет выбирать рациональные режимы работы электроизоляционных конструкций и уменьшить потери расходных материалов при гидрофобизации их поверхности.
Эффективность применения разработанного способа в части технологии нанесения ГП на основе КОК холодного отверждения механизированным способом подтверждается более чем 15-ти летним положительным опытом его применения на подстанциях, расположенных в зонах с интенсивными промышленными загрязнениями.
В то же время наиболее оптимальный состав ГП, 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 ГП без проведения дополнительных профилактических мероприятий в течение не менее 10 лет.
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.
1. Способ повышения влагоразрядного напряжения высоковольтной изоляции, заключающийся в нанесении на наружную поверхность электроизоляционной конструкции гидрофобного покрытия на основе кремнийорганического компаунда холодного отверждения на основе силиконового низкомолекулярного каучука, наполнителя в виде гидрата окиси алюминия и отвердителя или катализатора, при котором вышеупомянутый компаунд перед нанесением на гидрофобизируемую поверхность смешивают с низкомолекулярной кремнийорганической жидкостью, после чего полученную смесь разбавляют органическим растворителем, в качестве которого используют, например, сольвент нефтяной, при этом перед нанесением гидрофобного покрытия производят очистку гидрофобизируемой поверхности высоковольтной изоляции от существующих на ней загрязнений, который отличается тем, что в компаунд перед смешиванием с низкомолекулярной кремнийорганической жидкостью дополнительно вводят твердый наполнитель в виде сажи ацетиленовой, в качестве отвердителя используют метилтриацетоксисилан, в качестве силиконового низкомолекулярного каучука используют каучук марки СКТН, в качестве низкомолекулярной кремнийорганической жидкости используют кремнийорганическую жидкость марки 119-215, при этом используют компаунд, который на 100,0 мас.ч. каучука 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., причем перед нанесением гидрофобного покрытия определяют наличие увлажнения существующих на электроизоляционной конструкции загрязнений, после чего при наличии такого увлажнения производят подсушку гидрофобизируемой поверхности электроизоляционной конструкции вместе с существующими на ней загрязнениями и затем осуществляют очистку сухой гидрофобизируемой поверхности только от исцементирующихся загрязнений.
2. Способ по п.1, который отличается тем, что весовое соотношение между компаундом 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.
3. Способ по п.1, который отличается тем, что нанесение гидрофобного покрытия производят при температуре окружающего воздуха не ниже минус 10°C и отсутствии атмосферных осадков, а также росы.
4. Способ по п.1, который отличается тем, что очистку гидрофобизируемой поверхности электроизоляционной конструкции от существующих нецементирующихся загрязнений производят вручную, или сжатым воздухом, или обмывом водой.
5. Способ по п.1, который отличается тем, что норму расхода наносимого слоя кремнийорганического компаунда на гидрофобизируемую поверхность электроизоляционной конструкции определяют из соотношения
m=ρ·S·h·(1+k),
где m - масса наносимого кремнийорганического компаунда, г,
ρ - плотность кремнийорганического компаунда, которая составляет, например, 1,28 г/см3,
S - площадь гидрофобизируемой поверхности электроизоляционной конструкции, см2,
h - толщина гидрофобного покрытия, см,
k - коэффициент потерь, который принимают равным 0,15-0,2.
6. Способ по п.1, который отличается тем, что получают гидрофобное покрытие, которое в вулканизированном состоянии характеризуется сроком службы, составляющим не менее 10 лет, при эксплуатации в условиях перепада температур от минус 60°C до плюс 65°C и при рабочих напряжениях 6-750 кВ.
