特高压输电用复合绝缘子HTV硅橡胶的湿热老化特性研究

林利宏

（广州合成材料研究院有限公司，广东广州 510665）

我国从20世纪80年代开始研发复合绝缘子，直至1985年由高温硫化硅橡胶作为主要材料的复合绝缘子首次挂网运行。HTV硅橡胶具有优异的憎水性、稳定的力学性能、高绝缘性能等优点［1-4］，经过大量实践证明，在电力系统外绝缘中使用HTV硅橡胶材料，可以有效减少污闪问题，确保电网安全稳定运行，因此高温硫化硅橡胶复合绝缘子逐渐取代了玻璃和陶瓷类绝缘子。近年来，随着我国“西电东送”计划及特高压输电工程的大力开展，高温硫化硅橡胶复合绝缘子在特高压电网应用越来越广泛［5］。特高压用硅橡胶复合绝缘子在南方高温潮湿的自然环境下容易发生老化失效，因此对影响复合绝缘子老化的因素进行分析，预知其运行环境对输电线路的安全运行至关重要。

本文分析了复合绝缘子伞裙护套材料高温硫化硅橡胶在特高压线路中的应用环境和老化过程，选择三种条件的湿热老化，模拟高温高湿环境下的老化过程，采用拉伸性能测试、撕裂性能测试、绝缘电阻率、介电常数、介质损耗因数测试以及憎水性测试等手段评估硅橡胶绝缘子湿热老化程度。

1 试验部分

1.1 试样准备

为了考察湿热环境对特高压（Ultra high voltage,UHV）用复合绝缘子用HTV硅橡胶的老化特性的影响，对市面上大量复合绝缘子进行了遴选，选取了两款特高压用复合绝缘子用HTV硅橡胶材料作为研究对象。

1.2 人工加速老化试验

湿热老化试验方法参照GB/T 15905-1995《硫化橡胶湿热老化试验方法》。选择70℃×85%RH、80℃×85%RH、90℃×85%RH三种试验条件进行老化1000h。

1.3 测试项目及仪器

力学性能：选用岛津AG-IC 20KN型电子拉力机，依据GB/T 528-2009，拉伸速度为500mm/min，夹具间距离80mm，标距为25mm，在（23±2）℃和（50±10）%RH的标准环境下进行拉伸试验。依据GB/T 529-2008，撕裂速度为500mm/min，夹具间距离为50mm，在（23±2）℃和(50±10)%RH的标准环境下进行撕裂试验。

电气绝缘性能：选用日置电机株式会社SM7110高阻计，每组取三个试样，尺寸均为100mm×100mm× 2mm，依据GB/T 1692-2008，施加电压为500V，对试样进行体积电阻率测量。选用上海爱义电子设备有限公司的高频Q表，依据GB/T 1409-2006，测量试样在1MHz下相对介电常数和介质损耗因数。

憎水性：憎水性测试依据DL/T 376-2010，原理是基于材料暴露于水雾持续一段时间后的湿润现象来评定材料表面暴露在水雾后的湿润性。采用喷水分级法来测试材料表面的憎水等级（HC），喷水分级法将憎水性分为HC1~HC7共7个等级，HC1级对应憎水性很强的表面，HC7级对应完全亲水性的表面。

2 结果与讨论

针对未老化、不同湿热条件老化1000h的HTV硅橡胶样品的力学性能、电气性能以及憎水性的结果进行分析，研究HTV硅橡胶在不同温度的湿热环境中的性能变化规律。

2.1 力学性能

从表1可以看出，与原始样品对比，经过不同湿热条件老化1000h后的试样力学性能均有一定程度下降。在三种湿热老化条件中，在70℃×85%RH的湿热条件下老化1000h后，试样A和试样B断裂伸长率下降程度明显。在90℃×85%RH的湿热条件下老化1000h后，试样A和试样B的力学强度保持率最高，伸长率均有较明显下降。分析可知，在一定范围内，当环境温度越高，越有利于硅橡胶的交联反应，力学强度增大。

2.2 电气绝缘性能

体积电阻率常用来表征材料的电气绝缘性质，材料的体积电阻率越高，其作为电绝缘部件的效能通常就越好。复合绝缘子HTV硅橡胶老化后相对介电常数的增大会导致电场畸变，从而引发电晕和局部放电，而介电损耗增大不仅会消耗过多电能，还会造成材料异常发热，这两者都会加速复合绝缘子的老化，甚至引发断链等严重事故。因此对复合绝缘子HTV硅橡胶材料进行体积电阻率和介电性能的分析十分有必要性。

从表2可以看出，试样A和试样B在不同条件下湿热老化1000h后，在70℃×85%RH的湿热条件下体积电阻率和表面电阻率均有一定程度的下降，说明在70℃×85%RH的湿热老化后，材料内部更容易产生自由移动的载流子随外施电场运动。当湿热环境下湿度一定，温度越高时，体积电阻率和表面电阻率反而有所增大。试样A的相对介电常数在湿热老化中随温度升高而增大，在90℃×85%RH的湿热条件下相对介电常数明显增大，可见在90℃×85%RH的湿热条件下试样劣化，分子链明显断裂，在电场作用下易极化。而试样B随湿热环境中温度越低，相对介电常数越小，绝缘性越差。介质损耗因数随温度升高而略微减小，说明了在上述湿热条件下不易造成复合绝缘子异常发热。

2.3 憎水性

复合绝缘子的憎水性是考核HTV硅橡胶绝缘子能否广泛应用的重要指标，HTV硅橡胶绝缘子只有拥有优质的憎水性，才能被广泛应用到输配电线架设中去。

从图1可以看出，除图1(b)和图1(f)中试样的憎水性有轻微下降，其余图像中试样的憎水性均无明显变化，这说明在三种湿热老化条件中，70℃×85%RH的湿热条件对憎水性能有轻微影响。从表3可以看出，湿热老化对材料的憎水性影响较小，在不同湿热环境下老化1000h，憎水性变化不大。憎水性分级均为HC1级，均能满足DL/T 376-2010规定的憎水性指标要求。

图1 湿热老化1000h前后A和B系列试样(对应编号条件见表3)喷水图像Fig.1 Water spray images of A and B samples（the conditions of corresponding numbers are shown in Table 3）before & after hygrothermal aging 1000h

表3 湿热老化1000h前后试样憎水性Table 3 Hydrophobic classification of samples before & after hygrothermal aging 1000h

3 结论

采 用70℃×85%RH、80℃×85%RH、90℃×85%RH三种湿热条件对特高压用HTV硅橡胶进行老化1000h试验模拟其在高温高湿环境下的老化情况，并对老化前后的样品进行力学性能和电气性能分析，同时对其憎水性进行分析。

(1)从总体上来看，在70℃×85%RH的湿热环境下，特高压用HTV硅橡胶的力学性能和电气绝缘性能下降程度最大，说明在三种湿热环境下，试样在70℃×85%RH的湿热环境中最容易发生老化，推测是在一定温度范围内，由于温度越高，越有利于硅橡胶的交联反应，从而影响其性能。

(2)在三种湿热环境下老化1000h，特高压用HTV硅橡胶的憎水性未发生明显变化，仍保持较好的憎水性，说明湿热老化对特高压用HTV硅橡胶材料的憎水性影响较小。