Isolatormaterial för högspänning testat
Silikongummi anses vara ett mycket lovande material förhögspänningsisolatorer. På grund av frågetecken kring materialets långtidsegenskaper har det hittills inte använts till fullo. I en avhandling vid Chalmers studeras hur sammansättningen påverkar materialets åldrande samt effektiviteten vid olika nivåer av elektrisk påkänning.
En av de möjligheter som finns för att överföra elektrisk energi från producent till konsument är att använda oisolerade ledare. För att skapa säkra isoleravstånd hängs ledaren upp i stolpar via isolatorer. Dessa isolater är utsatta för fukt och nedsmutsning vilket kan ge isolationsfel. Traditionellt har isolatorer tillverkats av glas eller porslin men sedan 30 år finns det också polymerbaserade alternativ, gjorda i plast- och gummimaterial.
Fördelen med polymerer är att de är hydrofoba, vattenavstötande, vilket minskar risken för isolationsfel jämfört med glas eller porslin. Hos de sistnämnda kan vattnet bilda en kontinuerlig film på ytan. Nackdelen med polymerer är att de är åldringsbenägna, det vill säga de riskerar att få försämrade egenskaper med tiden.
Silikongummi kan överföra sina hydrofoba egenskaper till ett smutslager eller till en skadad yta. Därigenom kan materialet aktivt skydda sig självt genom att den elektriska aktiviteten på ytan minskas eller helt försvinner. Omvänt betyder det att om förmågan att återskapa en hydrofob yta försvinner så riskerar livslängden en förkortning.
I denna avhandling har betydelsen av ursprunglig mängd diffuserbara siloxankedjor studerats. Material med extra tillsats av diffuserbara molekyler presterade bättre än grundmaterialet. Å andra sidan kunde det inte påvisas att halterna lågmolekylära kedjor hade minskats efter åldring. Dessutom verifierades att en generering av molekyler som kan delta i återskapandet av hydrofobiciteten hade ägt rum.
En viktig frågeställning i arbetet har varit om silikongummiisolatorer kan dimensioneras med förkortad krypsträcka jämfört med det normala för keramiska material. En kort krypsträcka håller nere risken för läckströmmar.
I arbetet har isolatorer med korta och mycket korta krypsträckor tillverkats, där isolatorändarna har utformats för att ge låga elektriska fältstyrkor. Detta gör att så kallad koronaurladdning från vattendroppar på ytan undviks i högre grad, vilket innebär en förväntad längre livslängd för silikongummit.
Analysen av de åldrade ytorna hos isolatorerna visar att åldring orsakad av koronaurladdning har kunnat undvikas. En kombination av mätningar och ytanalyser visade att den dominerande åldringsmekanismen var termisk depolymerisering orsakade av läckströmsaktivitet. Karaktäristiskt för den typ av läckström som orsakade den största skadan var hög effektkoncentration, det vill säga kort brinntid och att energin verkar på en liten yta.
För att skydda materialet mot höga yttemperaturer orsakade av elektriska urladdningar är silikongummi ofta fyllt med aluminiumtrihydrat (ATH). Undersökningarna visade att ca 40 viktsprocent ATH gav ett acceptabelt skydd, medan lägre ATH-halt medför risk för snabb erosion.
Avhandlingen ”Silicone rubber insulators – impacts of material formulation in coastal environment” försvarades vid en offentlig disputation den 26 april på Chalmers tekniska högskola i Göteborg.
Kontaktinformation
För mer information kontakta:
Tomas Gustavsson, Institutionen för elteknik, tel: 031-772 16 19
e-post: tomas.gustavsson@elkraft.chalmers.se
eller
Professor Stanislaw Gubanski, tel 031-772 16 16
e-post: stanislaw.gubanski@elteknik.chalmers.se
