0 引言

RTV材料由于拥有良好的憎水性和憎水迁移性，已成为电力系统防污闪、耐老化的重要材料^[1]。但在运行环境下，电晕放电等因素会加快RTV的老化速度，因此有必要研究RTV材料的老化性能。

输电线路经过高海拔、高湿度地区时，相对空气密度、湿度、温度等大气参数发生变化，易产生电晕放电，对输电线路的安全稳定运行产生极大影响^[2-8]。目前国内外学者一致认为湿度的增加会导致电晕起始电压降低，但对于降低的原因，不同学者持有不同的观点。较多的学者认为电晕起始场强的减小主要是由于强极性的水分子或水分子团非均匀吸附在带电的导线表面，造成导线的粗糙度增加，引起电晕起始电压降低^[9-10]；也有学者认为强电场内有效电离系数的增大是导致电晕起始电压随湿度增大而减小的主要原因^[11]。

本文利用针-板电极产生电晕，使RTV加速老化，分析了30%、55%、85% 3种环境湿度下RTV材料的憎水性能。根据试验结果，进行了内蒙古地区RTV涂料选型分析。

1 试验方法 1.1 交流电晕老化试验装置

RTV材料的交流电晕老化试验装置原理如图 1所示，利用针-板电极装置产生极不均匀电场，低压端调压器型号CZT-15 kVA，容量15 kVA，最大电流75 A；试验电路升压变压器型号YD-50 kV/15 kVA，电压比为50 kV/200 V，电流比为300 mA/75 A，变比为250。在针-板电极的接地端串联型号为WG-AUA/2 mA的微安表，用来测量电路的电晕电流。电路中串联电阻进行限流保护，限流电阻为1 MΩ。通过并联FRC-150型阻容分压器获取针-板电极上的实际电压，高压臂电阻为300 MΩ，低压臂电阻为30 kΩ，分压器变比为10 000。

电晕试验装置放置在封闭室内，通过调节加湿器和除湿器控制环境相对湿度。交流电晕老化试验所加电压有效值为8 kV，试验时间为72 h。

1.2 针-板电极装置

针-板电极装置共有8个针-板电极，针与板之间的间距可调，针电极连接高压侧，板电极接地（装置见图 2）。针电极和板电极均镶嵌在环氧树脂板上。针-板电极材料均为不锈钢材质，针电极为高压电极，针尖曲率半径约0.05 mm，长150 mm；板电极为接地极，长宽均为100 mm。试验选取9块RTV材料，尺寸均为50 mm×50 mm×2 mm（长×宽×高），试验前将试品用无水乙醇擦拭并经干燥预处理，将试品放置于板电极上。针、板电极中心相对，针电极距试样3 mm。

1.3 憎水性及憎水恢复性试验

采用滴座法进行RTV材料憎水性的测试^[12-14]。静态接触角用于表征绝缘材料憎水性能，利用憎水接触角测量仪对试样表层水滴拍照，得出水滴的静态接触角，如图 3所示。图中圆弧代表水滴在RTV表面时的轮廓，运用特定算法找到空气、水滴和RTV涂层交界面处的水滴表面切线，该切线与RTV表面的夹角θ，即为静态接触角。当水滴大小相同时，θ越大，水滴与表面的接触面积就越小，其憎水性越好。通常认为θ＞90°时，RTV表层具有较好的憎水性。为了确保测量的准确性，憎水性测试前用铜电极将试样进行接地操作，释放电晕老化试验后的硅橡胶表面附着电荷。选取针尖对应区域附近表层材料，切割成30 mm×5 mm的长条，粘贴在玻璃基板上，水珠体积设定为4 μL。在室温、密闭的环境下放置试样，持续测量静态接触角直至试样憎水性恢复至稳定水平。

2 试验结果分析 2.1 表面形貌

在72 h的交流电晕老化试验过程中，RTV试样逐渐表现出电晕老化的特征，如图 4所示。前24 h，试样均没有明显的老化特征。36 h后，在环境湿度为30%的情况下，试样表面出现白色环，在环境湿度为55%及85%的情况下，试样表面出现黑色环。

2.2 憎水性及憎水恢复性

交流电晕老化后，不同环境湿度下的RTV表层水滴静态接触角曲线如图 5所示。试验结果表明，在高湿度环境下，试样的憎水恢复性最好。其次是干燥环境，试样在室温密闭的环境下恢复5 h后，静态接触角达到90°，恢复憎水性能；恢复12 h后，静态接触角基本不变化，憎水性稳定。

3种环境湿度下试样憎水性数据如表 1所示。

不同环境湿度下，试样的憎水恢复性有以下特征。

（1）初始静态接触角不同。

（2）恢复5 h后，试样的憎水性恢复速率产生差异。环境湿度为55%时，试样的静态接触角恢复到90°，其憎水恢复性表现出极为缓慢的增长，甚至在8~10 h内出现一定程度的下降。在环境湿度为85%时，试样表现出较好的憎水恢复性，在10 h后静态接触角达到110°。

（3）憎水性稳定时的静态接触角不同。恢复30 h后，试样静态接触角趋于稳定，此时试样的憎水性达到恢复状态。

3 湿度对憎水性能影响的机理

硅橡胶材料为有机绝缘材料，具有良好的憎水性，但是当硅橡胶材料表面受到破坏时，会表现出一定的亲水性。在高电压、极不均匀电场中，电晕放电导致硅橡胶表面出现孔洞、裂痕。在高湿环境下，空气中水分子在硅橡胶表面附着，并通过电子轰击产生的裂痕在材料内部扩散。

水分子可以与硅橡胶材料中的Si-O-Si键发生反应，导致主链断裂。同时由于聚硅氧烷中C-H键、Si-C键的键能较低，水分子较易与其发生化学反应，产生硅醇化合物，造成亲水性基团增多，硅橡胶憎水性暂时丧失。

大量的硅醇及硅烷醇化合物可以发生缩聚反应，导致亲水性基团减少，促进硅橡胶表面的憎水性恢复。

4 RTV涂料选型测试分析

目前内蒙古地区在线路绝缘子防污闪方面应用较多的RTV涂料为SRTV（高自洁长效型防污闪涂料）和PRTV（持久性就地成型防污闪复合涂料）。

试验采用尺寸为80 mm×80 mm×5 mm（长×宽×高）的玻璃基板，将表面油污和尘埃等杂质清洗干净，自然晾干。准备了同一厂家生产的2种防污闪涂料，即PRTV和SRTV涂料，分别涂于玻璃基板上，涂覆厚度为0.3 mm，阴干48 h。对试片进行人工涂污，用NaCl模拟可溶物的等值盐密，用硅藻土模拟不可溶物质，盐密和灰密值分别为0.1 mg/cm²、0.5 mg/cm²。涂污后的试品置于实验室标准环境条件下的防尘容器内进行憎水性迁移，迁移时间为4 d。

采用接触角测量仪对试片表面水珠的静态接触角进行测定，每个试品需测10个水珠的静态接触角，记录2个试品20个测量点的最小值、平均值及最大值（见表 2）。在硅藻土模拟污秽情况下，2种涂料静态接触角均大于90°，表明其具有较好的憎水性和憎水迁移性。PRTV的静态接触角大于SRTV的静态接触角，表明PRTV具有更好的憎水迁移性；但SRTV静态接触角的分散性较小，最大值与最小值仅相差0.5°，而PRTV静态接触角分散性较大，最大值与最小值相差6.1°。

人工涂污的试片在憎水性迁移4 d后，表面的喷水分级如图 6所示。2种涂层表面都没有形成水膜，均以水珠的形式存在，说明2种涂料都具有良好的憎水迁移性。但是，2种RTV涂层表面水珠大小及分散程度存在差异。SRTV表面水珠大小差异较大，除少数水珠较大以外，多数为较小水珠；而PRTV表面水珠大小较均匀，多数为较大水珠，且分散程度比SRTV更小。试验结果表明：PRTV的憎水迁移性能优于SRTV。

5 结论

基于本文试验结果，得到如下结论：

（1）交流电晕老化试样恢复5 h后静态接触角达到90°，恢复憎水性能；恢复12 h后，静态接触角基本不变，憎水性能维持稳定。

（2）85%环境湿度下RTV试样的憎水恢复性能最佳，55%环境湿度下RTV试样的憎水恢复性能最差。这是由于水分子与RTV材料在电场作用下产生硅醇化合物导致。

（3）内蒙古地区RTV防污闪憎水涂料宜选PRTV型。