RTV防污闪涂料在沿海地区变电站的应用

贾红芳，占志峰

（1．湛江师范学院，广东 湛江 524048；2．湛江供电局，广东 湛江 524000）

1 防污闪的必要性

电力设备的电瓷表面受到固体、液体和气体等导电物质的污染后，在雾、露、雨和雪等湿润环境下，污层的电导增大，泄漏电流增加，会产生局部放电。在运行电压下，瓷件表面的局部放电会发展成为电弧闪络，这种闪络就称为污闪。设备发生污闪，将严重影响电力系统的安全运行，且在这种情况下，重合闸成功率很低，往往会引发大面积停电。污闪中所伴随的强力电弧还常导致电气设备损坏，使停电时间延长等。因此，防止电力设备发生污闪已成为保证电力系统安全生产的重要工作。

根据运行经验得知，由于沿海地区的空气湿度非常大，海风夹杂着水分、盐雾、灰尘以及大量的混凝土结晶等，使变电站的运行条件十分恶劣，在电力设备上极易产生凝露而发生闪络。

而某些沿海地区的变电站还处于盐碱地或污秽(包括工业及生活)严重的地区，大量的风沙夹杂着碱性很强的红土及成份复杂的污秽，不断地侵袭着电气设备，使设备运行条件“雪上加霜”，污闪频发。

在未采取防污闪措施前，某些变电站由于设备不断产生电弧，夜间几乎不用开灯即可照明；运行人员甚至在不停电的情况下无法进入现场工作。这就严重地影响了电网的正常运行。

2 硅橡胶材料防治污闪

污闪的发生主要分为4个阶段：① 绝缘子表面积污；② 污层受潮湿润；③ 局部产生放电；④局部放电持续发展导致闪络。具体过程如图1所示。

当附着于绝缘子的污层湿润后，污秽物中的电解质逐渐溶于水中，在绝缘子表面形成一层电解液薄膜，使得污层电导增加，绝缘电阻大大下降，泄漏电流增大。由于电流的热效应，在电流密度较大处会形成干区。干区电阻骤增，电压梯度远高于绝缘子表面的其他部位。当干区某处的场强超过空气击穿场强时，干区便被电压击穿，出现跨越干区的小电弧，产生局部放电。随着湿润程度的增加，泄漏电流幅值增大，局部放电可能发展成为强烈的跨越干区的局部电弧，并伴随着数十到数百毫安的泄漏电流。如果局部电弧继续发展，电弧长度达到临界值时，会迅速延伸导致外绝缘闪络。

在闪络发生的这个过程中，环境(绝缘子积污)、气象(污层受潮)等因素是无法控制的，但可以通过增强绝缘子的绝缘强度、阻断水膜的形成来防止闪络发生。

硅橡胶材料的应用给防治污闪提供了一条重要的途径。硅橡胶主要组分是高摩尔质量的线型聚硅氧烷。由于Si—O—Si键是其构成的基本键型，硅原子主要连接甲基，侧链上引入极少量的不饱和基团，分子间作用力小，分子呈螺旋状结构，甲基朝外排列并可自由旋转，因此硅橡胶硫化后具有优异的耐高温、耐低温、耐候、憎水、电气绝缘性、生理惰性等特点。

室温硫化硅橡胶(RTV)是20世纪60年代问世的一种新型的有机硅弹性体。这种橡胶的最显著特点是在室温下无需加热，只加压即可就地固化，使用极其方便。因此，一问世就成为整个有机硅产品的一个重要组成部分。现在，室温硫化硅橡胶已广泛用作黏合剂、密封剂、防护涂料、灌封和制模材料。

3 RTV的工作机理

RTV防污闪涂料用硅橡胶选择端羟基聚二甲基硅氧烷。由于其相对分子质量较轻，因此素有液体硅橡胶之称，物理形态通常为可流动的流体或黏稠的膏状物，在-60℃～200℃范围内能长期保持弹性。它固化时不吸热、不放热，固化后收缩率小，对多种材料，如大多数金属、玻璃、陶瓷和混凝土的自动粘接性能好，并以其特有的憎水性、憎水迁移性、优良的耐污闪特性以及长效、耐候、耐臭氧、免维护等优点，成为电力系统输变电设备防污闪的首选基料树脂。

3.1 RTV的憎水性

物体的憎水性是用接触角来描述的。接触角越大，憎水迁移时间越短，憎水性消失时间越长，憎水性恢复时间越短，则涂料的防污闪效果越好，反之越差。防污闪涂料选择以低表面能的有机硅橡胶为基料，就决定了其优良的憎水性。

电瓷表面被水沾湿后，瓷质分子与水分子之间的吸引力大于水分子相互间的内聚力, 其接触角小于90°，如图2(a)所示，水分子在电瓷表面形成连续水膜。当电瓷表面涂敷RTV后，链接在RTV主链正上方的是甲基。致密的甲基基团和大量的憎水性的小分子对RTV硅橡胶表面水分子的吸引力小于水分子本身的内聚力，使水分子在RTV硅橡胶表面成为孤立的水珠，水珠与硅橡胶防护膜的接触角大于90°，如图2(b)所示。水分以珠状滚落，难以形成连续的水膜，因此RTV其具有极佳的憎水性。

在20℃时测定的水的表面张力为72.8×10-3N/m，有机硅的表面张力为19×10-3N/m～22×10-3N/m。

根据表面化学理论可知，与水的表面张力差值越大的物质憎水性越好。有机硅的表面张力远小于水的临界表面张力，RTV防污涂料以有机硅橡胶为基料，这就决定了其优良的憎水性。正是由于RTV的憎水性使得绝缘子表面每一颗孤立水滴之间存在明显干燥区，因而绝缘子依然能够保持高电阻，遏制了泄漏电流的增大，有效地防止了闪络的发生。

3.2 憎水迁移性

仅有憎水性的物质还不能作为防污闪涂料，它还必须具有优良的憎水迁移性。憎水迁移性是硅橡胶材料具有优异防污闪能力的主要原因。所谓憎水迁移性，是指涂层表面积满污秽后，涂层本身的憎水性可以迁移到污层表面，即污层表面也有了憎水性。

对憎水迁移性的作用机理目前尚无定论，只是提出了几种“小分子迁移”假说，其具体的作用机理还有待人们进一步研究。“小分子迁移”假说指出，防污闪涂料中短分子链有机硅物质由于个体小而灵活，容易从物质内部蒸发到表面上来；当污秽降落在防污闪涂层表面时，蒸发到涂层表面的活性有机硅分子与污秽接触爬升而附着于污秽物表面，实现对污秽物表面的整理，从而使其表面能和表面张力降低，即憎水性迁移到污秽物质上，使污秽也具有有机硅的憎水性。这样就使脏污绝缘子表面不易受潮，即使有水分，水分也是以不连续的小水珠状存在，不形成连续的水膜，在绝缘子表面难以构成导电的通路，从而提高了绝缘子的污闪电压。

憎水性及憎水迁移性是RTV涂料防污闪性能的关键指标。

4 RTV的失效、老化及相应措施

在某些特殊情况下，RTV涂料的憎水性及憎水迁移性会失效；而且做为有机材料, RTV的老化也是一个不可避免的问题。

4.1 涂料失效判据

RTV涂料出现下述现象，可判为失效：

(1) RTV涂膜起皱、龟裂或剥离脱落。

(2) 涂层的憎水性及憎水迁移性下降到HC5级或丧失,且不能恢复；接触角小于90°，污层受潮时表面出现连续水膜。

(3) 在恶劣气象条件下出现强烈的刷状放电。

4.2 失效及老化的原因

4.2.1 紫外线

RTV不受阳光紫外线的影响，因为到达地面的阳光不含300nm波长以下的紫外线，而硅橡胶不吸收300nm以上的紫外线。然而，来自于干边电弧和电晕的紫外线含有短波成分，它可以引起RTV涂料产生一系列复杂的化学变化，形成氧桥和硅醇基团。这些物质的生成会减少RTV的憎水性。

4.2.2 无机水合填料

为了改善RTV抗爬电侵蚀，生产RTV时会添加一定数量的无机水合填料，如水合三氧化二铝(ATH)。ATH的数量和规格分布对于抗侵蚀和爬电是重要的，但是在干燥带电弧放电情况下,硅橡胶中的添加剂ATH由于热作用会从硅橡胶内部富集于绝缘子表面,从而导致RTV表面表现出亲水性。

4.2.3 酸雨

硅橡胶总体来说化学抗性较好，但酸雨的长期侵蚀仍会引起其逐渐老化，寿命缩短。运行记录表明，在pH值为3.9的酸雨海岸环境条件中，运行几年之后RTV涂料就变成了油灰样。

4.2.4 污秽严重程度

随着环境污染日益严重，一旦绝缘子表面污秽已行成均匀的固体岩层，RTV的憎水迁移性就无法表现出来了。

4.2.5 涂敷工艺

涂敷工艺的粗糙也是加速RTV失效的一个重要因素。虽然单组分RTV施工起来较为方便 ,但由于涂敷不当造成的漏涂、涂层中掺入导电杂质、涂层起皮等现象的存在,不仅不能提高设备外绝缘水平,还会形成安全隐患。因此，涂敷时应做到被涂设备表面清洁，且涂层厚度均匀，不漏涂、不滴流、不拉丝。

此外，RTV的力学性能，如抗撕裂强度、剪切强度等较差，因而持久性不尽如人意。RTV还存在附着力不够强、较易发生涂层脱落等问题。这些问题均需在以后的工作中加以注意。

4.3 RTV老化后的复涂

在RTV老化后进行复涂前，一般情况下没有必要对原旧涂层进行清除。表1列出了涂有不同次数的RTV的绝缘子污闪电压情况。

表 1 涂有不同厚度涂料的绝缘子污闪电压

表1中涂刷次数与涂层厚度相对应。由表1中数据可知，涂刷次数越多则涂层厚度越厚，但污闪电压没有大的变化，即对RTV防污闪性能几乎没有影响。

由于沿海地区的高污染环境已使得绝缘子表面附着了大量的污秽，因此在复涂RTV前，应对失效涂层进行清洗。清洗时应该避免使用酸性较强、腐蚀性较高的清洗剂，以免损害绝缘子瓷釉及铁帽、钢脚等金属附件。可使用专用RTV处理剂。专用RTV处理剂一方面可活化底层旧涂料，使原残存的RTV与瓷表面牢固结合，不再继续剥落；另一方面可增强新RTV涂层跟底层、瓷表面及残存涂膜的附着力，即保证复涂的RTV牢固地附着在绝缘件上，而不受残存RTV的影响。

5 结束语

沿海地区变电站内的电气设备，其运行条件十分恶劣。用RTV防污闪涂料处理的瓷绝缘子，其表面润滑，具有良好的憎水性和憎水迁移性，防污闪程度和自洁性能远优于未处理的绝缘子，可以大大延长清扫周期和显著提高其防污性能。总之，在沿海地区变电站的电气设备上喷涂RTV是防治污闪的一个有效途径。

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