楊 濤，顧志斌，孟 佳，李 玲，金正祥

（常州博瑞電力自動(dòng)化設(shè)備有限公司，江蘇 常州 213100）

0 引言

片狀模塑料（Sheet Molding Compound，SMC）以其物理、化學(xué)、機(jī)械等方面的優(yōu)良性能，在電氣工業(yè)及通信工程中得到廣泛應(yīng)用。但其在高濕環(huán)境及電場(chǎng)作用下易碳化失效的問(wèn)題，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品性能的穩(wěn)定[1-11]。本文通過(guò)改善SMC 絕緣材料在高濕環(huán)境下的耐污閃能力，并對(duì)涂層的機(jī)械性能和電氣性能進(jìn)行分析，為解決SMC絕緣材料在高濕環(huán)境及電場(chǎng)作用下易碳化失效的問(wèn)題提供一種方法。

1 污閃原理

污閃是指電氣設(shè)備絕緣表面附著的污穢物在潮濕條件下，其可溶物質(zhì)逐漸溶于水，在絕緣表面形成一層導(dǎo)電膜，使電氣設(shè)備絕緣表面的絕緣水平大大降低，在電力場(chǎng)作用下出現(xiàn)的強(qiáng)烈放電現(xiàn)象。根據(jù)污閃原理，其形成條件有兩個(gè)：污穢或設(shè)備表面有連續(xù)的水帶；持續(xù)的電場(chǎng)。在設(shè)備運(yùn)行中，電場(chǎng)一直存在，所以要避免污閃的發(fā)生，只有讓設(shè)備表面不存在連續(xù)的水帶。研究發(fā)現(xiàn)，目前市場(chǎng)上室溫硫化硅膠（Room Temperature Vulcanized Silicone Rubber, RTV）涂料及超疏水涂料均能改變材料表面憎水性，從而防止設(shè)備在高濕地區(qū)表面形成連續(xù)的水帶?，F(xiàn)對(duì)RTV及超疏水涂料采用憎水性、附著力及電氣試驗(yàn)等測(cè)試方法，探究不同涂層對(duì)SMC絕緣材料電氣性能的影響。

2 試驗(yàn)分析

2.1 試驗(yàn)材料

SMC絕緣梁樣品：尺寸及形狀如圖1所示，顏色為綠色。

圖1 SMC絕緣梁樣品Fig.1 SMC insulating sample

RTV 防污閃涂層：一種單組分室溫硫化液體有機(jī)硅涂料。

超疏水涂層：由納米單一有效晶型的特制材料復(fù)合而成，顏色為半透明。

SMC 絕緣梁屬異形結(jié)構(gòu)件，結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，考慮到樣品涂覆的全面性及均勻性，采用浸涂工藝或噴涂工藝進(jìn)行涂覆。參照文獻(xiàn)[12]方法，樣品不同涂層厚度均定為（0.4±0.1）mm；涂覆采用噴涂工藝。

2.2 憎水性試驗(yàn)

在高濕環(huán)境下，未做表面處理的SMC絕緣梁表面易形成流掛的水帶或附上一層水汽形成的水膜。此時(shí)，在電場(chǎng)環(huán)境下，SMC絕緣梁易發(fā)生污閃、碳化等問(wèn)題，最終導(dǎo)致電氣絕緣不滿足要求。因此，使SMC絕緣梁表面具有憎水性是控制污閃形成的首要因素。

2.2.1 試驗(yàn)方法

考慮到樣品也會(huì)在高濕環(huán)境使用，故需測(cè)量樣品在高低溫循環(huán)后其表面涂層的憎水性。參照GB/T 2423.33—2012《環(huán)境試驗(yàn)第2 部分：試驗(yàn)方法試驗(yàn)N：溫度變化》[13]，確定高低溫循環(huán)試驗(yàn)最高溫度55 ℃，最低溫度15 ℃，相對(duì)濕度80%，循環(huán)時(shí)間分別為24 h、48 h、72 h 及96 h。根據(jù)DL/T 627—2018《絕緣子用常溫固化硅橡膠防污閃涂料》[14]，本文采用噴水分級(jí)法測(cè)量樣品的憎水性。

2.2.2 試驗(yàn)結(jié)果

噴涂RTV涂層樣品用A系列表示，噴涂超疏水涂層樣品記為B系列。高低溫循環(huán)試驗(yàn)之前，A和B系列樣品表面涂層的憎水性等級(jí)均為HC1級(jí)，即樣品表面涂層的憎水性很強(qiáng)。在分別經(jīng)過(guò)24 h、48 h、72 h 及96 h 高低溫循環(huán)試驗(yàn)后，A 和B 系列樣品表面涂層的憎水性等級(jí)依舊為HC1級(jí)，即高低溫循環(huán)試驗(yàn)前后，兩種樣品表面涂層的憎水性均無(wú)變化且滿足要求。說(shuō)明這兩種涂層均可控制SMC 絕緣梁表面形成水帶，從而提高其耐污閃能力。

2.3 附著力試驗(yàn)

設(shè)備在安裝或運(yùn)輸過(guò)程中，SMC絕緣梁易發(fā)生磕碰、相對(duì)位移等問(wèn)題，故對(duì)其表面涂層的機(jī)械強(qiáng)度及附著力有一定的要求。因此對(duì)SMC 絕緣梁進(jìn)行附著力試驗(yàn)。

2.3.1 試驗(yàn)方法

SMC 絕緣梁結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，不適用剪切強(qiáng)度試驗(yàn)法，故采用GB/T 9286—1998《色漆和清漆 漆膜的劃格試驗(yàn)》[15]中推薦的劃格法進(jìn)行測(cè)試。避免高濕環(huán)境影響涂層附著力。測(cè)量樣品在高低溫循環(huán)試驗(yàn)后其表面涂層的附著力。

2.3.2 試驗(yàn)結(jié)果

高低溫循環(huán)試驗(yàn)后的劃格試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可知，高濕循環(huán)老化試驗(yàn)之前，A系列樣品表面涂層的附著力等級(jí)為0 級(jí)，B 系列樣品表面涂層的附著力等級(jí)為1級(jí)，即樣品表面涂層的附著力很強(qiáng)，均滿足要求。在分別經(jīng)過(guò)24 h、48 h、72 h及96 h高低溫老化試驗(yàn)之后，兩種樣品表面涂層的附著力等級(jí)無(wú)變化。

2.4 污穢試驗(yàn)

在高濕氣候環(huán)境下，未經(jīng)過(guò)表面處理的SMC絕緣梁其表面易形成水膜，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，SMC絕緣梁表面積污，污穢與水膜相結(jié)合，絕緣梁耐污閃的能力直線下降。但SMC絕緣梁經(jīng)表面處理后，依靠涂層的憎水性及憎水性遷移特性，樣品表面或污穢表面難以形成水膜，可有效提高耐污閃能力。

2.4.1 試驗(yàn)方法

在SMC 絕緣梁樣品上進(jìn)行涂污。涂污方法參照GB/T 4585—2004《交流系統(tǒng)用高壓絕緣子的人工污穢試驗(yàn)》[16]和DL/T 810—2002《±500 kV 直流棒形懸式復(fù)合絕緣子技術(shù)條件》[17]。

SMC 絕緣梁污穢試驗(yàn)需要結(jié)合實(shí)際應(yīng)用工況，根據(jù)電極安裝形式可分為兩種試驗(yàn)。電極安裝形式有兩種，形式一：SMC 絕緣梁水平放置在絕緣墊上，試驗(yàn)時(shí)電極夾在絕緣梁上下兩側(cè)；形式二：SMC絕緣梁豎直放置在絕緣墊上，試驗(yàn)時(shí)電極放置在絕緣梁上下兩端，如圖2所示。

圖2 電極安裝形式Fig.2 Electrode installation form

2.4.2 試驗(yàn)結(jié)果

在接近實(shí)際工況的環(huán)境下進(jìn)行污穢試驗(yàn)測(cè)試，即環(huán)境濕度在75%左右，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1—表4。由表1、表2 可知，未噴RTV 的絕緣梁涂污后，其局部放電值（以下簡(jiǎn)稱局放）超過(guò)量程且電暈聲很大；噴RTV 的絕緣梁涂污后，形式一局放沒(méi)有變化，形式二局放有一定增大。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，噴RTV的絕緣梁的耐污閃能力有了較大的提升，滿足實(shí)際應(yīng)用需求。

表1 采用電極安裝形式一的噴RTV后污穢試驗(yàn)1）Tab.1 Contamination test after spraying RTV with electrode installation form 1pC

表2 采用電極安裝形式二的噴RTV后污穢試驗(yàn)1）Tab.2 Contamination test after spraying RTV with electrode installation form 2pC

由表3、表4可知，未噴超疏水的絕緣梁涂污后，其局放超過(guò)量程，且電暈聲很大；噴超疏水的絕緣梁涂污后，其局放超過(guò)量程，且電暈聲很大。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，噴超疏水的絕緣梁局放均不滿足要求，故超疏水涂層在實(shí)際工況下，不能有效提高絕緣梁的耐污閃能力，不滿足實(shí)際需求。

表3 采用電極安裝形式一的噴超疏水后污穢試驗(yàn)1）Tab.3 Pollution test after superhydrophobic spraying with electrode installation form 1pC

表4 采用電極安裝形式二的噴超疏水后污穢試驗(yàn)1）Tab.4 Pollution test after superhydrophobic spraying with electrode installation form 2pC

從上述結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，同樣具備憎水性及憎水遷移性涂料，在貼近實(shí)際工況環(huán)境下進(jìn)行污穢試驗(yàn)，超疏水涂料的局放較大，RTV 涂料無(wú)局放或局放較小，其主要原因是超疏水涂料是由納米單一有效晶型的特制材料復(fù)合而成，而RTV涂料中加入了用于提高涂料的強(qiáng)度及耐電弧能力的填料。

3 結(jié)論及建議

本文通過(guò)改變材料表面憎水性的方法將涂層附著于SMC 絕緣梁表面，并模擬實(shí)際工況，對(duì)樣品進(jìn)行相關(guān)的機(jī)械及電氣試驗(yàn)，得出以下結(jié)論。

（1）RTV 和超疏水兩種涂層均具有較強(qiáng)的憎水性，憎水性等級(jí)為HC1級(jí)；高低溫循環(huán)試驗(yàn)后，其憎水性等級(jí)無(wú)變化，兩種涂層均能有效阻止絕緣梁表面在高濕環(huán)境下形成水帶。

（2）RTV 和超疏水兩種涂層具有較強(qiáng)的附著力，附著力等級(jí)≤1 級(jí)；高低溫循環(huán)試驗(yàn)后，其附著力等級(jí)無(wú)變化，滿足絕緣梁轉(zhuǎn)運(yùn)及安裝需求。

（3）樣品表面涂層需具有較強(qiáng)的憎水性遷移特性，涂污后，其污穢表面也應(yīng)具有一定的憎水性。這樣即使在污穢較大的高濕地區(qū)，涂層也能有效阻止絕緣梁表面在高濕環(huán)境下形成水帶，提高其耐污閃能力。超疏水涂層不滿足該種工況，RTV涂層滿足該種工況。

由以上結(jié)論可知，RTV 涂層與SMC 絕緣梁結(jié)合，其電氣性能及機(jī)械性能均滿足實(shí)際需求，且能有效果提高其耐污閃能力，故可以在工程上進(jìn)行應(yīng)用?？紤]到RTV 涂層本身在戶外高濕環(huán)境下的運(yùn)行壽命不是很理想，故RTV與SMC絕緣梁結(jié)構(gòu)件結(jié)合后，雖然是在室內(nèi)使用，仍需長(zhǎng)期跟蹤其實(shí)際運(yùn)行狀況，研究其壽命老化的評(píng)估方法。