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隨著人口密度的增大,大城市用電量日益增加,負(fù)荷密度增長(zhǎng)迅速,采用更高輸送能力的輸電方式日益迫切,高壓電力電纜輸電系統(tǒng)是未來(lái)特大型城市電能輸送至城市中心的主要形式,也是目前水電站電能輸送的一種主要方式,硅橡膠也越來(lái)越多地被應(yīng)用于高壓電纜附件中。
一、硅橡膠的性能特點(diǎn):
1.硅橡膠產(chǎn)生于水解二甲基二氯甲硅烷和甲基苯二氯甲硅烷的斂集作用[2],其分子主鏈由 Si-O 鍵組成。由于硅橡膠獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu),使得其具有以下的性能特點(diǎn):
2.電絕緣性。硅橡膠屬于飽和非極性材料,有著極高的電阻率,電絕緣性優(yōu)良。其電絕緣性能在受潮、頻率變化、溫度升高時(shí)變化很小,在電弧放電時(shí)也不易焦燒,即使燃燒,生成的二氧化硅仍為絕緣體。同時(shí)硅橡膠材料具有極好的耐電暈及耐電弧性能。
3.耐熱性與耐寒性。硅橡膠分子主鏈 Si-O 鍵的鍵能很高,因此其耐熱性能好。在高溫條件下,其性能保持率高。在 150℃下,硅橡膠的拉伸強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于通用橡膠,同時(shí)硅橡膠耐高溫壓變。由于硅橡膠 Si-O-Si 的鍵長(zhǎng)較長(zhǎng)、鍵角大、柔順性好,分子間的作用力弱,所以硅橡膠的耐低溫性也非常優(yōu)越,在 -60℃~ -70℃仍保持良好彈性。
4.耐候性。硅橡膠主鏈中無(wú)不飽和鍵,而且 Si-O-Si 鍵對(duì)氧、臭氧及紫外線等十分穩(wěn)定,因此其無(wú)需任何添加劑就具有優(yōu)良的耐候性。長(zhǎng)時(shí)間暴露在紫外線及風(fēng)雨中,其物理機(jī)械性能變化不大。在臭氧中發(fā)生電暈放電時(shí),有機(jī)橡膠老化快,對(duì)硅橡膠影響不大。
5.憎水性。硅橡膠分子鏈的負(fù)電性小,氫鍵鍵能小,能產(chǎn)生一種特殊的表面性能與很多材料不粘,具有優(yōu)良的憎水性。硅橡膠還具有一種獨(dú)特的憎水遷移性,當(dāng)戶外用硅橡膠制品外表臟污之后,內(nèi)部的小分子可以擴(kuò)散到外表面,并擴(kuò)散到污穢層表面,故在污穢和潮濕的情況下,其表面仍能保持很高的電阻率。
二、電纜附件對(duì)硅橡膠材料有哪些要求:
1.電力電纜附件是一個(gè)比較特殊的產(chǎn)品,該產(chǎn)品內(nèi)部要承受電纜在運(yùn)行過(guò)程中外屏蔽斷口處產(chǎn)生的高電場(chǎng)、要承受電纜線芯通過(guò)大電流時(shí)產(chǎn)生的高溫(一般正常運(yùn)行溫度90℃,短時(shí)短路溫度250℃)。
2.電力電纜終端一般安裝在室外。安裝以后產(chǎn)品就暴露在大氣中,夏天要承受陽(yáng)光、冬天要承受冰雪;產(chǎn)品要承受可能產(chǎn)生的雷電沖擊高電壓(110kV電纜終端要求承受550kV沖擊電壓);還要承受系統(tǒng)設(shè)備可能產(chǎn)生的操作過(guò)電壓。
3.在高電場(chǎng)作用下,硅橡膠絕緣體、應(yīng)力控制體的相關(guān)電氣性能變化還有待進(jìn)行深入研究。近年我們看到了一個(gè)好的現(xiàn)象,國(guó)家電網(wǎng)武漢高壓研究院、清華大學(xué)等科研機(jī)構(gòu)加強(qiáng)了硅橡膠基本材料在各種條件下相關(guān)電性能的研究。
4.冷縮電纜附件對(duì)硅橡膠的特殊要求,我國(guó)10-35kV電力電纜附件使用量很大,目前使用量最大的又是冷縮電纜附件,預(yù)制式產(chǎn)品由于安裝不方便使用量很少。冷縮電纜附件對(duì)硅橡膠有一個(gè)重要的要求:擴(kuò)張存放兩年以后仍然可以復(fù)位,仍然可以收縮緊壓在電纜絕緣上面,這個(gè)特殊要求是對(duì)我們研制硅橡膠技術(shù)人員的一個(gè)挑戰(zhàn)。
5.電纜附件產(chǎn)品的預(yù)期使用壽命一般要求大于30年(也有要求40年)。當(dāng)前我國(guó)電力電纜系統(tǒng)的故障率高出國(guó)外經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家約10倍左右,電力電纜及附件在運(yùn)行中期(5-25年)故障原因主要是電纜本體絕緣樹(shù)枝狀老化及電纜附件呼吸效應(yīng)進(jìn)潮發(fā)生沿面放電。運(yùn)行后期(25年以后)主要是高壓電纜本體絕緣樹(shù)枝老化、電熱老化,電纜附件主要是材料老化。硅橡膠材料用于電力電纜附件30年(40年)以后的性能是否穩(wěn)定值得我們關(guān)注。