Спецификация силиконовых покрытий RTV для воздушных линий электропередач

Силиконовые покрытия традиционно наносились в основном для смягчения проблем с загрязнением изоляторов на подстанциях, но за последние 25 лет их применение на воздушных линиях значительно расширилось.По мере развития этого процесса изоляторы для линии покрытия постепенно переходили от того, что в основном производилось в полевых условиях, к применению в промышленных масштабах на специализированных заводах, чтобы обеспечить большую согласованность, надежность и экономичность.

В этом отредактированном вкладе в INMR Жана-Мари Джорджа, научного директора Sediver во Франции, обсуждаются два требования, которые обеспечивают удовлетворительные долгосрочные характеристики покрытия.Во-первых, выбор наиболее подходящего материала покрытия является ключом к достижению длительной гидрофобности, а также устойчивости к эрозии — даже в условиях сильного загрязнения и связанной с этим коронной активности.Во-вторых, это сам процесс нанесения покрытия, который необходимо тщательно продумывать и контролировать, чтобы избежать ускоренного ухудшения характеристик.

Прослушайте онлайн-лекцию Жана-Мари Джорджа о выборе силиконовых покрытий RTV для воздушных линий электропередач.

Выбор материала покрытия

Большинство разнообразных составов силиконовых покрытий, доступных в настоящее время на рынке, классифицируются как RTV2, что означает добавление химического агента для ускорения отверждения.Отверждение материалов RTV1, напротив, зависит только от воздействия окружающей влаги.

Основываясь на 40-летнем лабораторном и полевом опыте компании Sediver, поставщика изоляторов из закаленного стекла, было установлено, что выбор покрытия должен основываться на физико-химических параметрах, влияющих на его характеристики во время испытаний на старение, будь то типовые испытания или типовые испытания. и пробные испытания.Например, одним очевидным тестом является проверка гидрофобности с ожидаемым значением HC1 на основе стандарта IEC TS 62073 в качестве эталона.Кроме того, в Технической брошюре СИГРЭ 595 объясняется, как установить «отпечаток пальца» силиконового покрытия с использованием требований, аналогичных тем, которые применяются для полимерных материалов корпуса.Этот отпечаток пальца должен включать следующее: термогравиметрический анализ (ТГА);инфракрасный анализ с преобразованием Фурье (FTIR);и плотность.

ТГА предназначен для демонстрации присутствия и доли тригидрата оксида алюминия (АТГ), содержащегося в силиконе.Хотя в некоторых покрытиях нет ни АТН, ни заменителей, тесты на старение при множественных нагрузках подтверждают, что такие наполнители по своей природе снижают риск и скорость эрозии в суровых условиях эксплуатации.

Рис. 1: Типичный тест ТГА, показывающий содержание АТГ в силиконовом покрытии.

ИК-Фурье-анализ, напротив, дает спектр, в котором различные ключевые компоненты идентифицируются по их конкретным полосам поглощения (см. рис. 2).Таким образом, процедуры FTIR и TGA помогают проверить одобренные материалы посредством типовых испытаний, а также обеспечить постоянство поставок этих материалов посредством испытаний образцов.Удельный вес является еще одним полезным индикатором в этом отношении.

Рис. 2: Спектр FTIR идентифицирует компоненты силиконового полимера.

Дополнительные физико-химические параметры (обозначенные на рис. 3) также следует учитывать с целью установления эталонных свойств силикона, используемого в покрытии, предназначенном для электрических применений.

Рис. 3: Физические свойства, описывающие собственные электрические свойства покрытий.

Рис. 4: (слева направо) Проверка удельного сопротивления, диэлектрической проницаемости и коэффициента рассеяния, диэлектрической прочности и дугового сопротивления.

После того, как применимые физико-химические параметры покрытия установлены, необходимо оценить его электрические характеристики.Наиболее важным параметром здесь является его способность выдерживать искрение без чрезмерного повреждения от эрозии.В этом отношении следует рассмотреть несколько испытаний, включая испытание на сопротивление дуге, показанное на рис. 4.

Например, относительно хорошо известным испытанием, описанным в IEC 60587, является испытание наклонной плоскости.Рис. 5 иллюстрирует тестовую схему и типичные результаты.Силиконовые покрытия обычно соответствуют требованиям 1°3, 5 при использовании Метода 1 с 6-часовыми шагами напряжения.Этот тест легко провести на силиконовых резиновых смесях LSR и HTV, которые легко формуются в большие секции.Однако это более сложно выполнить в случае покрытий, где достигается меньшая консистенция из-за сложности заливки покрытия в соответствующую форму.Поэтому другой подход заключается в нанесении покрытия на керамическую плитку.На рис. 6 показаны результаты испытаний одного и того же материала покрытия с использованием различных процедур подготовки.Колебания показывают выдерживаемые результаты на уровне 1A4.5, но с сомнительной стабильностью.Таким образом, ссылка на этот тест в любой спецификации покрытия требует четкого описания протокола, по которому должны быть подготовлены образцы.

Рис. 5: Схема испытания наклонной плоскости в соответствии с IEC 60587.

Рис. 6: (слева) Покрытие после успешного испытания 1A4.5;(справа) То же покрытие, но с другой процедурой подготовки образца не удалось при одинаковом напряжении.

Более практичным подходом является оценка эрозионной стойкости покрытия при нанесении на изолятор.Существуют такие испытания, как 1000-часовое испытание в соляном тумане или 5000-часовое мультинагрузочное испытание в случае полимерных материалов.Однако они предназначены в основном для проверки эрозионной стойкости относительно толстых образцов (минимум 3 мм для большинства полимерных изоляторов) по сравнению с типичной толщиной покрытия, которая в среднем составляет всего около 300 мкм.

Другой тест, принятый итальянским TSO, Terna, показал превосходную способность различать различные химические составы покрытий и теперь также используется во многих других спецификациях коммунальных услуг.На рис. 7 показан протокол испытаний, в котором критерии приемки требуют, чтобы покрытие не разрушалось до поверхности стеклянной или фарфоровой подложки, а во время испытания допускается не более трех пробоев.

Рис. 7: Процедура испытания и установка для испытания на многонапряженное старение Terna 2000h.

Это испытание может быть выполнено на любом типе изолятора, а также может быть запрошено для любой заданной формы/геометрии.Типичный уровень электрического напряжения во время испытания достигается при USCD 37 мм/кВ и солености 40 г/л.Поток в испытательной камере составляет 1,33 дл/ч/м3, и приготовление соляного тумана должно соответствовать IEC EN 60507 §7 и 8. Каждый период увлажнения длится 6 часов, и пар образуется путем испарения объема воды, содержащегося в резервуаре. помещают внутрь испытательной камеры.Количество испаряемой воды должно составлять 33 г/ч/м3 в течение максимум 75 минут в начале периода увлажнения, а каждый период дождя длится 4 часа, разделенных на периоды по 2 часа каждый.Дождевой поток должен составлять 1,5 мм/мин, а между двумя периодами дождя допускается одночасовой период отдыха.Характеристики дождя должны соответствовать IEC 60060-1.УФ-излучение устанавливается на уровне 0,5 кВт/м², и на гирлянды изоляторов не подается напряжение в течение 48 часов.В конце каждого цикла облучения температура на поверхности изоляторов не должна быть выше 60°С.Струны следует тестировать в обоих направлениях, так как сухие полосы не будут развиваться в одинаковых условиях, если смачивание различается из-за роли изолятора под ребрами.Узлы подвески обычно показывают более высокую электрическую активность во время этого испытания, чем натяжные струны.На рис. 8 показаны результаты «пройдено/не пройдено», в которых покрытие, содержащее АТН, продемонстрировало более высокую эрозионную стойкость, чем покрытия с другими наполнителями.

Рис. 8: Результаты испытаний на старение в течение 2000 ч при множественных нагрузках (слева) для покрытия с высокими эксплуатационными характеристиками, изготовленного с наполнителем АТН (слева), и покрытия с более низкими эксплуатационными характеристиками с использованием наполнителей с различной эрозионной стойкостью (в центре и справа).

Руководство по управлению технологическим процессом для нанесения покрытия

Даже самый лучший состав покрытия не будет работать должным образом, если его неправильно нанести.В прошлом большая часть покрытий на линии электропередач наносилась на месте.Это делалось либо непосредственно на опорах, где практически не было контроля за постоянством толщины, чистоты и прилегания, либо в каком-то месте рядом с линией перед установкой.В обоих случаях ключевые параметры были необходимы для согласования свойств материала, таких как вязкость, с используемым инструментом для нанесения, обычно распылительным оборудованием.Однако в наши дни коммунальные предприятия все чаще рассматривают другой подход, при котором изоляторы покрываются в заводских условиях.Это помогает обеспечить превосходную подготовку поверхности, а также более последовательный контроль как толщины покрытия, так и адгезии.Нанесение на заводе может производиться распылением или окунанием.Оба варианта хорошо работают при условии, что процесс был разработан с учетом физических свойств материала, а также специфики процесса нанесения покрытия.Критерии проверки включают три параметра для проверки правильности нанесения покрытия, т.е. внешний вид, сцепление и толщина.

Визуальный аспект

В основном это вопрос эстетики, это также указывает на потенциальные проблемы с однородностью нанесения покрытия.На рис. 9 показаны примеры нежелательных аспектов, которые включают потеки, капли или отсутствие покрытия на определенных участках.

Рис. 9: Примеры визуально определяемых дефектов при нанесении (слева: участки без покрытия, в центре: неравномерное покрытие, справа: потеки и капли).

Приверженность

Оптимальное сцепление покрытия требует предварительной подготовки поверхности изолятора, а оптимальная чистота достигается в промышленных условиях.На рис. 10 показано, что может произойти с покрытием, если его нанести на месте без надлежащей подготовки поверхности перед нанесением.

Рис. 10: Плохая адгезия в результате нанесения на месте с отсутствием чистоты.

В то время как компании, наносящие покрытия, выбрали свой собственный процесс для достижения этой цели, для конечных пользователей важно провести некоторые испытания образцов для проверки постоянства прилипания во время нанесения.В этом отношении существуют две методологии: испытание царапанием в соответствии с EN-ISO 2409 и испытание кипящей водой.Первый из них легко выполнить без лабораторного оборудования, так как он опирается только на специальную вилку, разработанную для этого стандарта (см. рис. 11).Адгезия считается приемлемой, если царапина не отслаивает покрытие, а прорезает его толщину.

Рис. 11: Царапины в соответствии с ISO-EN2409.Слева: тестовая вилка.Центр: приемлемое прилегание.Справа: Плохая адгезия

Испытание кипящей водой, упомянутое в IEEE 1523, включает 100-часовое погружение в бак с кипящей водой в лабораторных условиях и поэтому не может быть легко выполнено в качестве испытания образца.Приверженность проверяют в конце теста.Помимо того, что эта процедура не объясняет время между извлечением из воды и испытанием на отслаивание, она также игнорирует тот факт, что силикон проницаем для воды и особенно для водяного пара.Хотя этот тест может служить для оценки поверхности раздела на композитных изоляторах, он не принимает во внимание, что толщина покрытия позволяет воде легко проникать под покрытие.Следовательно, это испытание имеет смысл только в том случае, если есть достаточно времени, чтобы изолятор с покрытием высох.Если покрытие нанесено правильно, прилипание можно проверить после выдержки приблизительно от 24 до 48 часов.На рис. 12 показаны примеры временного подавления сцепления с образцами от различных поставщиков покрытий.Это испытание, которое можно было бы адаптировать как типовое испытание, не подходит для испытаний образцов.

Рис. 12: Различные покрытия, протестированные сразу после извлечения из кипящего резервуара после 100-часового погружения.

Толщина

Избыточная толщина не обязательно означает хорошую адгезию, в то время как недостаточное покрытие может привести к тому, что участки останутся непокрытыми.Существует консенсус относительно типичных оптимальных значений толщины, подтвержденный десятилетиями полевого опыта.Поэтому эти значения следует рассматривать как справочные.Хотя толщину в нижней части изоляторов между ребрами точно измерить невозможно, существуют рекомендуемые ориентиры для верхней поверхности или вдоль самих ребер (как на рис. 13).Измерения следует проводить на сухой поверхности с использованием традиционного штангенциркуля и электронного прибора для измерения толщины пленки (см. рис. 14).Измерения толщины должны выполняться в 9 различных точках (3 x 3 точки, расположенные под углом 120°) на верхней поверхности юбки (A) и в 15 точках (3 x 5 точек, расположенных под углом 120°) на ребрах (B).Зона C непригодна для проведения измерений.

Рис. 13: Типичные рекомендации по толщине: A= 400 мкм +/- 50 мкм, B = 300 мкм +/- 50 мкм, C не измерялась.

Рис. 14: Показания толщины.

Изоляторы с полным или половинным покрытием

Исследования, проведенные 20 лет назад, показали, что улучшенные характеристики загрязнения изоляторов с неполным покрытием (см. рис. 15) делают их интересной альтернативой изоляторам с полным покрытием, которые сложнее упаковывать, перевозить и транспортировать.Тем не менее, это открытие не привело к широкомасштабному применению примерно 10 лет назад, когда Sediver начал исследования ожидаемых характеристик изоляторов с внутренним покрытием.В наши дни этот вариант становится все более популярным среди коммунальных служб, воздушные линии которых подвержены сильному загрязнению.

Рис. 15: Стеклянные изоляторы с полным покрытием (справа) и с неполным покрытием (слева).

Испытания силикона на загрязнение требуют особого внимания, учитывая динамическое поведение гидрофобной поверхности.Поскольку предварительное кондиционирование может временно разрушить это свойство, предпочтительнее быстрое или экспресс-испытание на пробой с дополнительным испытанием на устойчивость для проверки.В этом контексте были проведены всесторонние испытания стеклянных изоляторов с полным покрытием и со скрытым покрытием, и эти испытания были проверены в независимых лабораториях.На рис. 16 показаны результаты в соляном тумане и в условиях загрязнения сплошным слоем, и характеристики обеих конструкций кажутся сопоставимыми.Таким образом, грунтовка представляет собой интересную альтернативу.

Рис. 16: Результаты испытаний, сравнивающие изоляторы с полным и нижним покрытием.

Рекомендации

Описанные выше параметры предоставляют исчерпывающую информацию при выборе и испытании изоляторов с силиконовым покрытием.Кроме того, следующие таблицы могут служить руководством для типовых испытаний и испытаний образцов.Референтные значения предложены на основе объединенного лабораторного и полевого опыта, охватывающего более 20 лет.

Эта статья является копией из INMR (https://www.inmr.com), не для коммерческого использования, а только для технического обучения и общения.