一种模拟硅橡胶复合套管老化的试验方法
【专利摘要】一种模拟硅橡胶复合套管老化的试验方法，所述试验采用电晕加速老化装置进行，所述电晕加速老化装置设有针电极和拱形电极，针电极连接在高压交流电源上，拱形电极为接地电极。被测硅橡胶试片放置在两电极之间。所述试验方法具体包括预处理、安装电晕加速老化装置、电晕试验和检测老化程度等步骤。上述方法能够有效模拟硅橡胶复合套管在正常运行情况下所受到的来自内部环氧玻璃钢管的机械应力，并加速硅橡胶材料的老化进程，具有操作简便、可靠性高的特点。
【专利说明】一种模拟硅橡胶复合套管老化的试验方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及材料测试【技术领域】，特别是一种硅橡胶材料的老化试验方法。
【背景技术】
[0002] 硅橡胶复合套管系列产品是20世纪90年代的高科技产品，复合套管一般由玻璃 纤维增强树脂套筒和硅橡胶伞裙护套组成，复合套管内部由圆柱体的环氧玻璃钢管支撑。 玻璃纤维增强树脂套筒作为内绝缘的同时，还起到机械支承作用。硅橡胶伞裙护套一方面 作为良好的外绝缘，另一方面还起到保护树脂套筒免受恶劣大气环境侵袭的作用。在电气 设备使用中硅橡胶复合套管与瓷套管相比，具有机械强度高、耐污能力强、体积小、重量轻、 不易破碎、便于包装和运输等优点而受到青睐。
[0003] 但由于硅橡胶复合套管的外绝缘是有机复合材料，它的稳定性比无机材料瓷套管 差。这是因为在环境因素单独作用下，有机材料的性能会因各种物理变化和化学变化而劣 化，同时在电场、机械负荷与环境因素的共同作用下有机材料性能会进一步劣化。因此随着 运行年限的增加，复合套管的伞裙及护套表面易出现龟裂、粉化、憎水性下降、弹性减少等 老化现象。
[0004] 护套在正常运行过程中受到外界环境和电场的作用会出现热胀冷缩的现象，硅橡 胶套管相当于受到了来自内部的环氧玻璃钢管的机械应力，但是由于复合套管投运时间还 不长，对于硅橡胶复合套管的老化没有全面、深入的研究。目前实验室加速硅橡胶老化的试 验方法中并没有考虑到复合套管所受机械应力的影响。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是克服已有技术之缺陷，提供一种模拟硅橡胶复合套 管老化的试验方法，能够有效模拟硅橡胶复合套管在正常运行情况下所受到的来自内部环 氧玻璃钢管的机械应力，并加速硅橡胶材料的老化进程，具有操作简便、可靠性高的特点。
[0006] 本发明所述技术问题是以下述技术方案实现的： 一种模拟硅橡胶复合套管老化的试验方法，所述试验采用电晕加速老化装置进行，所 述电晕加速老化装置设有针电极和拱形电极，针电极连接在高压交流电源上，拱形电极作 为接地电极，被测硅橡胶试片放置在两电极之间； 试验按如下步骤进行： a、 预处理：从与硅橡胶复合套管相同材质的硅橡胶材料上切取硅橡胶试片，擦净并进 行干燥处理； b、 将硅橡胶试片放置在拱形电极上，硅橡胶试片的两边分别固定在下板上，通过提升 拱形电极模拟硅橡胶试片受到的机械应力；调整针电极与硅橡胶试片之间的距离为1〇_; c、 电晕试验：将电晕加速老化装置中的针电极连接至电晕试验电路的高压侧，施加的 电压为10kv，拱形电极接地，接通电源，针电极持续对硅橡胶试片放电，试验时间为80 h -120h ； d、检测老化程度：试验完毕后，利用傅立叶光谱法检测硅橡胶试片的老化程度，检测受 到机械应力的娃橡胶材料中各基团对应δΟΟαι^ΙδΟΟαιΓ1的吸收峰值，通过上述吸收峰值 与未受力硅橡胶材料对应各基团吸收峰值的差值表明硅橡胶材料的老化程度。
[0007] 上述模拟硅橡胶复合套管老化的试验方法，所述电晕加速老化装置由针电极、拱 形电极、上板、下板和上板支柱组成；上板的底面设置针电极，在下板上设置与针电极相对 应的拱形电极，拱形电极底部设置预应力调节机构；所述拱形电极的拱形曲率半径与复合 套管内径相匹配，在拱形电极的拱形表面活动设置压力传感器，通过压力传感器测定硅橡 胶试片所受应力。
[0008] 上述模拟硅橡胶复合套管老化的试验方法，所述预应力调节机构包括托板和与托 板套接的调节螺栓，托板固定在拱形电极底部，调节螺栓穿过下板并与下板螺纹配合。
[0009] 上述模拟硅橡胶复合套管老化的试验方法，所述拱形电极是由紫铜制成的顶面为 拱形的长方体，拱形为半圆拱，半圆拱的直径为5cm。
[0010] 本发明通过电晕加速老化装置来检测机械应力对复合套管老化的影响，电晕加速 老化装置是将传统的单针-板放电装置进行改进，将平面的下极板改为拱形，并在拱形极 板上放置压力传感器，以检测硅橡胶试片的受力状况。一方面采用拱形电极可以模拟硅橡 胶复合套管在运行情况下所受到的来自内部环氧玻璃钢管的机械应力，并通过改变机械应 力的大小，模拟不同的机械应力对复合套管老化的影响。另一方面通过对硅橡胶材料施加 机械应力来加速其电晕老化，在检测机械应力对复合套管老化影响的同时，有效加速了硅 橡胶试片的老化速度，缩短试验周期。
【专利附图】
【附图说明】
[0011] 图1是本发明电晕加速老化装置的结构示意图； 图2是本发明电晕加速老化装置的剖视图； 图3是本发明电晕加速老化试验电路原理图。
[0012] 图中各标号清单为：1、上板，2、上板支柱，3、硅橡胶试片，4、拱形电极，5、下板，6、 固定螺丝，7、压力传感器，8、针电极，9、上板螺栓，10、固定板，11、托板，12、调节螺栓，P、电 源，0S、不波器，T、变压器。
【具体实施方式】
[0013] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0014] 如图1、图2所示，电晕加速老化装置包括针电极8、拱形电极4、上板1、下板5和 上板支柱2,其中针电极8和拱形电极4组成一对针-板电极，上板1和下板5之间的距离 可以通过上板支柱2上的上板螺栓9进行调节。上板1的底面设置针电极8,针电极8为电 晕源，下板5上设置与针电极8相对应的拱形电极4,拱形电极4为地电极，由紫铜制成，下 板5为不锈钢制成的接地极。
[0015] 拱形电极4的形状是上表面为拱形的长方体，拱形为曲面向上的半圆拱。其下部 长方体的尺寸分别为长l〇cm、宽10cm、高5cm，上部半圆拱的半圆形直径为5cm。拱形电极4 的半圆拱上活动设置压力传感器7。拱形电极4底部设置预应力调节机构。预应力调节机 构包括托板11和调节螺栓12,托板11固定在拱形电极4底部，调节螺栓12穿过下板5与 托板11套接，调节螺栓12与下板5之间螺纹配合。旋转调节螺栓12,预应力调节机构将拱 形电极4提升。拱形电极4两侧的下板5上分别设有通槽，通槽内有固定板10,固定板10 的两端由固定螺丝6固定。
[0016] 按照图3电路原理图进行接线，电晕试验电路包括低压侧和高压侧，低压侧包括 串联的电源P、调压器和过流保护器，电源P为220V交流电，过流保护器可以防止高压侧的 针-板电极击穿导致的短路过流。低压侧通过调压器（(Γ250ν)与变压器T(230v / 10kv) 相连，变压后连接至高压侧，变压器T的变比为10000:1。高压侧包括并联的针-板电极和 电阻式高电压测量装置，针-板电极中的针电极8直接与变压器Τ的高压端相连，板电极 (即拱形电极4)串联测量电阻R后与变压器Τ的低压端连接，测量电阻R的阻值为100 Ω。 示波器0S同时从高电压测量装置的两个电阻中间和板电极的低压端引入两路信号。示波 器0S可以显示电路中是否发生了电晕放电，以保证试验是在电晕情况下进行的。
[0017] 本发明的具体试验步骤如下： a、预处理：取与硅橡胶复合套管相同材质的正方形硅橡胶试片3,其尺寸为长、宽为 30cm、厚度5mm，将娃橡胶试片3两面擦拭干净并干燥处理。
[0018] b、在电晕加速老化装置中，将硅橡胶试片3搭放在拱形电极4的压力传感器7上， 将其相对的两个边伸入通槽内，用固定板10卡住，并通过四个固定螺丝6将固定板10固 定。旋转调节螺栓12,托板11和其上部的拱形电极4相对于下板5向上平移，由于调节螺 栓12与托板11套接，托板11不发生旋转。随着拱形电极4上升，硅橡胶试片3所受到向 上的压力逐渐增大。通过压力传感器7测定所受到的机械应力，达到预设的应力值时，在调 节螺栓12上做出标记。测力完成后反向调节螺栓12,取出压力传感器7。按标记将调节螺 栓12旋至相同位置。此时硅橡胶试片3所受机械应力即为预设的应力。调节针电极8与 硅橡胶试片3之间的距离达到10mm。预设机械应力的范围为1N-10N，范围的应力值不会因 机械应力过小造成老化试验效果不明显，达不到试验目的；又避免施加的机械应力过大造 成硅橡胶材料的撕裂。
[0019] c、将安装好的电晕加速老化装置接入电晕试验电路进行电晕加速老化试验。接通 电源，施加电压为l〇kv，试验时间为80h-120h。试验完毕后对硅橡胶试片3进行红外光谱 测试。
[0020] d、采用傅立叶光谱法对硅橡胶试片的老化程度进行分析，红外光谱测试时先采集 背景的红外光谱，即ZnSn棱镜上不放置试品，采集得到空气和水分的红外光谱(背景红外 光谱图）；然后把硅橡胶试片3放到ZnSe棱镜上，注意保证测试面同棱镜紧密贴合，压紧后 采集样本的红外光谱，仪器会自动扣除背景，显示试品的红外光谱。在红外光谱的图谱中测 量硅橡胶材料中各基团对应δΟΟοπ^ΙδΟΟοπΓ 1的吸收峰峰高值对红外光谱定量分析。通过 上述吸收峰值与未受力硅橡胶材料对应各基团吸收峰值的差值表明硅橡胶材料的老化程 度。
[0021] 红外光谱通常是指有机物质在连续红外光的辐射下，选择性地吸收其中某些波长 光线后，用红外光谱仪记录所形成的吸收谱带。傅立叶光谱法利用干涉图和光谱图之间的 对应关系，通过测量干涉图和对干涉图进行傅立叶积分变换的方法来测定和研究光谱图。 傅立叶光谱仪比传统光谱仪的信噪比和分辨率更高；同时其数字化的光谱数据，便于数据 的计算机处理和演绎。
[0022] 实施例1 将硅橡胶试片进行预处理，把试片放入电晕加速老化装置中，施加5N的机械应力。将 带有试片的电晕加速老化装置接入电晕试验电路，进行电晕试验。100小时后取出试片，用 红外光谱进行定量分析。
[0023] 用相同材质的试片进行对照试验，将试片放入传统的针-板电极中，传统的针-板 电极的板电极为平板结构，试片放置在板电极上，不受机械应力的作用。将放入试片的 针-板电极接入相同的电晕试验电路进行电晕试验，实验条件相同。试验后对试片进行红 外光谱分析。
[0024] 复合套管外绝缘材料由高温硫化硅橡胶组成，硅橡胶材料是采用聚有机硅氧 烷（即生胶）加入补强填料、硫化剂，高温下交链而成。生胶的主要成分是二甲基硅氧烷 (Polydimethylsiloxane，PDMS)，娃橡胶材料主要分子结构为，
【权利要求】
1. 一种模拟硅橡胶复合套管老化的试验方法，其特征在于，所述试验采用电晕加速老 化装置进行，所述电晕加速老化装置设有针电极（8)和拱形电极（4)，针电极（8)连接在高 压交流电源上，拱形电极（4)作为接地电极，被测硅橡胶试片（3)放置在两电极之间； 试验按如下步骤进行： a、 预处理：从与硅橡胶复合套管相同材质的硅橡胶材料上切取硅橡胶试片（3)，擦净 并进行干燥处理； b、 将硅橡胶试片（3)放置在拱形电极（4)上，硅橡胶试片（3)的两边分别固定在下板 (5)上，通过提升拱形电极（4)模拟硅橡胶试片（3)受到的机械应力；调整针电极（8)与硅 橡胶试片（3)之间的距离为10mm ; c、 电晕试验：将电晕加速老化装置中的针电极（8)连接至电晕试验电路的高压侧，施 加的电压为l〇kv，拱形电极（4)接地，接通电源，针电极（8)持续对硅橡胶试片（3)放电，试 验时间为80 h -120h ; d、 检测老化程度：试验完毕后，利用傅立叶光谱法检测硅橡胶试片（3)的老化程度，检 测受到机械应力的硅橡胶材料中各基团对应δΟΟαι^ΙδΟΟαιΓ 1的吸收峰值，通过上述吸收 峰值与未受力硅橡胶材料对应各基团吸收峰值的差值表明硅橡胶材料的老化程度。
2. 根据权利要求1所述的模拟硅橡胶复合套管老化的试验方法，其特征在于，所述电 晕加速老化装置由针电极（8)、拱形电极（4)、上板（1)、下板（5)和上板支柱（2)组成；上板 (1)的底面设置针电极（8)，在下板（5)上设置与针电极（8)相对应的拱形电极（4)，拱形电 极（4)底部设置预应力调节机构；所述拱形电极（4)的拱形曲率半径与复合套管内径相匹 配，在拱形电极（4)的拱形表面活动设置压力传感器（7)，通过压力传感器（7)测定硅橡胶 试片（3 )所受:应力。
3. 根据权利要求2所述的模拟硅橡胶复合套管老化的试验方法，其特征在于，所述预 应力调节机构包括托板（11)和与托板（11)套接的调节螺栓（12)，托板（11)固定在拱形电 极（4)底部，调节螺栓（12)穿过下板（5)并与下板（5)螺纹配合。
4. 根据权利要求3所述的模拟硅橡胶复合套管老化的试验方法，其特征在于，所述拱 形电极（4)是由紫铜制成的顶面为拱形的长方体，拱形为半圆拱，半圆拱的直径为5cm。
【文档编号】G01N17/00GK104048909SQ201410285650
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年6月24日 优先权日:2014年6月24日
【发明者】梁英, 崔春艳, 刘云鹏 申请人:华北电力大学（保定）