Nghiên cứu đánh giá các đặc tính của cách điện treo bằng composit vận hành trong hệ thống điện việt nam

Vật liệu chế tạo cách điện composite có rất nhiều loại khác nhau, như cao su silicone silicone rubber, Ethylene Propylene Rubber EPR, Ethylene Propylene Diene Monomer EPDM, Ethylene Prop

MỤC LỤC

Trang

5 Tác động của các hệ số khác nhau lên sự suy giảm đặc tính vận hành

về điện

19

7 Tiêu chuẩn thử nghiệm và tiêu chí chấp nhận với cách điện silicone

và chuỗi hoàn chỉnh ở Việt Nam

8 Thử nghiệm về điện và môi trường với vật liệu silicone ngoài trời 50

CHƯƠNG III: KHẢ NĂNG PHỤC HỒI ĐỐI VỚI CÁCH ĐIỆN

COMPOSITE KHI CHỊU TÁC ĐỘNG PHÁ HUỶ

56

3 Khả năng phục hồi cách điện đối với cao su EPDM và Silicone 63

CHƯƠNG IV: HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG SỨ CÁCH ĐIỆN

COMPOSITE TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

75

3 Nhận xét và đánh giá về chất lượng cách điện treo trên lưới điện

Những chữ viết tắt

PDMS: Polydimethylsiloxane

EPDM: Ethylene Propylene Diene Monomer

LMWs: Trọng lượng phân tử thấp

SiR: Cao su silicone

FRP: Polymer gia cường bằng sợi

HTV: Lưu hoá ở nhiệt độ cao

RTV: Lưu hoá ở nhiệt độ phòng

HCs: Nhóm kỵ nước

UV: Tia cực tím

FTIR: Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier

XPS: Quang phổ học điện tử tia X

SEM: Quét quang phổ điện tử

MỞ ĐẦU

Trong thời gian gần đây, việc sử dụng cách điện composite trong hệ thống điện Việt Nam đang trở nên phổ biến, đặc biệt đã triển khai trong hệ thống truyền tải 220kV và lưới phân phối 110, 35, 22kV Cách điện composite sử dụng chủ yếu làm cách điện treo, cách điện néo đường dây trên không, cách điện đỡ thiết bị Vật liệu chế tạo cách điện composite có rất nhiều loại khác nhau, như cao su silicone (silicone rubber), Ethylene Propylene Rubber (EPR), Ethylene Propylene Diene Monomer (EPDM), Ethylene Propylene Monomer (EPM), hay hỗn hợp giữa EPR và cao su silicone,… Trên thế giới

đã được ứng dụng trong những thập niên 70 ở một số nước như Canada, Mỹ

và được mở rộng cho các nước khác đến ngày nay Những tính chất và đặc tính của nó đã mang lại một số ưu điểm chính trong kỹ thuật và kinh tế, như

đã giảm thiểu suất sự cố và tổn thất điện năng, giá thành rẻ hơn so với sử dụng cách điện làm bằng gốm hay thuỷ tinh có cùng đặc tính kỹ thuật

Tuy nhiên, việc sử dụng cách điện composite dưới tác động của điều kiện khí hậu nhiệt đới nóng ẩm của Việt Nam thì chưa được quan tâm đúng mức Các nghiên cứu về tuổi thọ, quá trình lão hoá và khả năng phục hồi của vật liệu cách điện composite còn rất nhiều hạn chế hoặc chưa được đề cập một cách chi tiết và cụ thể Để có thể triển khai sử dụng loại cách điện này một cách rộng rãi, việc nghiên cứu đánh giá những đặc tính vận hành của chúng qua những thiết bị với cách điện composite đã được lắp đặt trong điều kiện khí hậu và vận hành cụ thể tại Việt Nam là một việc rất cần thiết

Nội dung nghiên cứu bao gồm các phần sau:

∋ Tổng quan về cách điện Composite

∋ Phân tích thành phần, tính chất và đặc tính cách điện composite

∋ Phân tích nghiên cứu khả năng phục hồi các tính chất cách điện của cách điện composite khi chịu các tác động phá huỷ

∋ (*) Điều tra về sử dụng sứ cách điện composite trong hệ thống điện Việt Nam

∋ (*) Phân tích đánh giá các đặc tính của cách điện composite trong điều kiện vận hành tại Việt Nam, đưa ra các nhận định về ưu nhược điểm của chúng

∋ (*) Nghiên cứu và đề xuất khả năng ứng dụng và công nghệ chế tạo trong điều kiện Việt Nam

(Nội dung (*) sẽ được tiếp tục nghiên cứu trong đề tài giai đoạn 2 năm 2010)

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁCH ĐIỆN COMPOSITE

Độ tin cậy đó là đặc tính quan trọng nhất của một vật liệu cách điện dù đó là cách điện gốm sứ, thuỷ tinh hay composite Độ tin cậy phụ thuộc vào độ bền

về điện và cơ khí Với những công nghệ và kỹ thuật sản xuất hiện đại hiện nay thì có thể tin cậy hoàn toàn Bằng chứng qua những thập niên về sử dụng cách điện đặc biệt là cách điện composite ở các nước trên thế giới và

kể cả Việt Nam với các ưu điểm về kinh tế và kỹ thuật, ngoài ra với trọng lượng nhẹ, dễ dàng vận chuyển, lắp đặt và bảo quản, và không bị sứt mẻ khi vận chuyển cũng như lắp đặt, do đó cách điện composite ngày càng được sử dụng nhiều trên hệ thống điện, thay thế dần các cách điện cổ truyền bằng vật liệu thuỷ tinh hoặc gốm Trong phần giới thiệu chung sẽ được đề cập tóm tắt đến những vấn đề cơ bản, thành phần cấu tạo của vật liệu composite cách điện Các phần tiếp theo của chương sẽ được trình bày về những phương pháp thử và phân tích đối với lão hóa vật liệu, các nghiên cứu về điện và môi trường với cao su silicone và cuối cùng là tổng hợp các nghiên cứu đối với vật liệu cách điện cao áp ngoài trời cao su silicone PDMS (Polydimethylsiloxane) Đây là vật liệu hiện nay đang được dùng phổ biến trên thế giới, và sẽ được nghiên cứu xuyên suốt trong đề tài với các mặt đặc tính, tính chất vận hành, các điều kiện tác động đến vật liệu và khả năng chịu đựng, để đáp ứng với môi trường nhiệt đới nóng ẩm của Việt Nam

1 Giới thiệu chung

Vật liệu composite là vật liệu tổ hợp từ hai hoặc nhiều loại vật liệu khác nhau Vật liệu mới được tạo thành có tính chất ưu việt hơn nhiều so với từng loại vật liệu thành phần riêng rẽ

Về mặt cấu tạo, vật liệu composite bao gồm một hay nhiều pha gián đoạn phân bố đều trên một pha nền liên tục Nếu vật liệu có nhiều pha gián đoạn

ta gọi là composite hỗn tạp Pha gián đoạn thường có tính chất trội hơn pha

liên tục Pha liên tục gọi là nền (matrix) Pha gián đoạn gọi là cốt hay vật liệu gia cường (reinforced)

Tùy theo bản chất của vật liệu nền người ta có thể chia vật liệu Composite thành các loại khác nhau:

- Vật liệu Composite nền polymer: PMC

- Vật liệu Composite nền vô cơ ceramic: CMC

- Vật liệu Composite nền kim loại: MMC

Trong phần này ta chỉ đề cập đến loại PMC vì đây là loại Composite được nghiên cứu và ứng dụng nhiều nhất trong công nghệ Vật liệu Composite nói chung và trong ngành điện nói riêng

Vật liệu Composite FRP

FRP (Fiber Reinforced Polymer) là một trong những loại PMC phổ biến nhất trong các loại vật liệu Composite Đây là loại Composite thuộc chất dẻo nhiệt rắn (thermosetting plastic), bao gồm hai thành phần chủ yếu là polymer

và các loại sợi gia cường

- Polymer: polyeste, vinyleste, epoxy…

- Các loại sợi: sợi thủy tinh, sợi cacbon, aramid (kevlar), polyeste…

- Các chất xúc tác, chất xúc tiến, phụ gia…với tỷ lệ trọng lượng tuy rất nhỏ nhưng không thể thiếu

Vật liệu Composite so với các loại vật liệu truyền thống nó có nhiều ưu điểm nổi bật như: chất điện môi tốt (góc tổn hao nhỏ, điện trở suất lớn), tính chất

cơ học rất tốt, nhẹ, khả năng chịu nhiệt, chịu mài mòn, chịu tác dụng của môi trường hóa chất tương đối tốt, kích thước và hình dáng đa dạng Do đó, chúng ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các ngành khoa học kỹ thuật

và công nghiệp hiện đại như: hàng không vũ trụ; đóng tàu; kỹ thuật điện; ô

tô cơ khí; dầu khí; xây dựng dân dụng và trong đời sống v.v…

Ngoài những ưu điểm nổi bật ở trên thì nhược điểm chính của cách điện composit là: chúng là đối tượng dễ diễn ra những thay đổi hoá học trên bề mặt do thời tiết hoặc do phóng điện cầu khô, khi bị ăn mòn và tạo thành các đường dẫn, đó chính là những nguyên nhân chính dẫn đến việc phá hỏng

cách điện, tuổi thọ trung bình của cách điện cũng rất khó đánh giá, chưa biết được độ tin cậy lâu dài đồng thời rất khó xác định được lỗi của cách điện Cách điện composite gồm có 3 thành phần và thiết kế của từng thành phần phải tối ưu hoá để thoả mãn khả năng chịu tác động cơ và điện trong suốt thời gian vận hành của cách điện:

- Lõi cách điện là các thanh polymer gia cường làm bằng sợi thuỷ tinh (FRP) Đây là một sự gia cường với polieste, vinyl este hoặc nhựa epoxy để cung cấp thêm độ bền cơ Nhựa epoxy FRP là vật liệu được sử dụng rộng rãi nhất để làm các thanh gia cường này

- Vỏ cách điện được làm bằng vật liệu polymer là thành phần cách điện chính tạo chiều dài cách điện thích hợp với độ dài dòng rò tương ứng với từng cấp điện áp và chủng loại cách điện Vỏ được ép chặt vào lõi để đảm bảo độ bền cơ học

- Lớp phủ chống lại tác động của thời tiết có một yêu cầu về độ lớn khe hở

và hiện nay được cung cấp thêm với các loại vật liệu khác nhau, hình dạng, đường kính, độ dày và khoảng cách khác nhau Vật liệu tạo ra lớp phủ chống lại tác động của thời tiết của cách điện cao áp có thể bao gồm: PDMS, EPDM, EPR, EPM, hợp chất của EPDM và silicone, etylen vinyl acetate (EVA), cycloaliphatic và nhựa epoxy aromatic…

Hình 1: Sơ đồ cấu tạo cách điện composite

Vỏ cách điện HTV

Lõi FRP Tán cách điện phủ cao su silicone

Gắn phụ kiện với silicone Phụ kiện đầu cuối bằng thép mạ kẽm

2 Công nghệ chế tạo

Có khá nhiều công nghệ Composite Mỗi công nghệ đều có những giới hạn nhất định trong ứng dụng, nó phụ thuộc vào kích cỡ sản phẩm, kiểu dáng sản phẩm, số lượng sản xuất, sự gia cường thích hợp và loại resin sử dụng Trong mọi công nghệ đều phải có khuôn, vì vậy dựa trên các đặc thù của thiết kế và khuôn, nhà sản xuất cần phải lựa chọn công nghệ cho thích hợp Dựa trên cơ sở nguyên lý tạo ra sản phẩm, ta có thể phân biệt các loại công nghệ sau:

* Công nghệ đúc tiếp xúc (Hand lay-up, Spray up)

* Công nghệ đúc chuyển resin RTM (Resin Transfer Moulding)

* Công nghệ đúc nén (Compression Moulding)

* Công nghệ cuốn sợi (Filament Winding)

* Công nghệ đúc kéo (Pultrusion)

* Công nghệ tạo lớp liên tục (Continuous Laminating)

* Công nghệ đúc bằng vữa thủy tinh (Plasterglass)

* Công nghệ ép phun (Injection Moulding)

* Công nghệ đúc ép phun phản ứng RRIM (Reinforced Reaction Injection Moulding)

* Công nghê đúc chuyển chân không (Vacuum Assisted RTM)

* Công nghệ đổ ly tâm (Centrifugal Casting)

=> Công nghệ đúc liền khối cho chuỗi cách điện Silicone Rubber là ưu điểm

để đảm bảo với môi trường Việt Nam ngay cả với cấp điện áp đến 500kV Phụ kiện hai đầu cách điện silicone ball/socket, sản xuất bằng phương pháp dập nguội (forged steel)

3 Polymer với lớp phủ Silicone

Vật liệu chế tạo cách điện composite có rất nhiều loại khác nhau như: cao su silicone (silicone rubber), Ethylene Propylene Rubber (EPR), Ethylene Propylene Diene Monomer (EPDM), Ethylene Propylene Monomer (EPM), hay hỗn hợp EPR và cao su silicone …

EPDM và EPM có tính chất chống ăn mòn, chống vết nứt, lực xé cao cũng như khả năng chịu mài mòn tốt Tuy nhiên khả năng chịu tia cực tím cũng như khả năng chống lão hoá kém nên cách điện composite bằng vật liệu EPDM hoặc EPM thường sử dụng cho các thiết bị trong nhà và có cấp điện

áp từ 35kV trở xuống Cao su silicone có tính kháng nhiễm bẩn cao vì thuộc loại vật liệu polymer có tính chống bám nước mạnh nhất, ngoài ra khả năng chịu tia cực tím và khả năng chống lão hoá của cao su silicone cũng rất cao; cách điện bằng silicone rubber hoặc các hợp chất của silicone rubber được

sử dụng nhiều cho các cách điện ngoài trời đặc biệt là các đường dây truyền tải cao áp và siêu cao áp

Cách điện polymer cho đường dây truyền tải bắt đầu được sản xuất tại và

Mỹ vào giữa năm 1975 và sau đó Năm 1977, tại Canada, Hydro-quebec đã lắp đặt 282 cách điện composite do 3 nhà máy khác nhau sản xuất trên 16

km đường dây truyền tải 735 kV Và tiếp sau là 1100 cách điện composite trên 120 km đường dây Thêm vào đó cách điện composite cũng được lắp đặt tại các đường dây 120, 230 và 315 kV Các chủng loại vật liệu khác nhau

đã được dùng để chế tạo ra cách điện composite Ban đầu chúng bao gồm cao su EPR do Ceraver of France (1975) Ohio Brass of USA (1976), Sedivar

of USA (1977) và Lapp of USA (1980) tạo ra; cao su Silicone (SIR - Silicone Rubber: Polydimethylsiloxane PDMS) do Rosenthal of Germany (1976) và Reliable of USA (1983) tạo ra; và nhựa epoxy cycloaliphatic do Transmission Development of the UK (1977) tạo ra Ngày nay thì cách điện composite đã được sản xuất tại khắp thế giới

Ban đầu SIR được lưu hoá tại nhiệt độ thường (RTV: room temperature vucalnised)- SIR đó có độ bền kéo thấp Sau đó SIR được lưu hoá tại nhiệt

độ cao (HTV: high temperature vucalnised) Cách điện composite SIR được dùng tại Đức năm 1977 với cấp điện áp 123kV và vào năm 1979 dùng ở cấp điện áp 245 kV

Việc sử dụng cách điện polymer ngày càng chiếm được thị phần rộng hơn Ngày nay tại Mỹ dạng cách điện polymer chiếm tới khoảng 60-70% trên

tục tăng trưởng Tại Ireland 75% tổng số đường dây trên 20kV sẽ sử dụng cách điện polymer thay thế cách điện thuỷ tinh Ohio Brass (1986) giới thiệu một hỗn hợp cao su EPM và SIR và sau đó thì thay đổi bằng hợp chất của cao su EPDM và SIR vào năm 1989 Hỗn hợp này theo tỉ lệ 10 (EPDM hoặc EPM) trên 3 (SIR) tạo ra đặc tính cơ tốt hơn, đó là độ cứng của EPDM và đặc tính chống đọng nước tuyệt vời của SIR Một công ty đã sản xuất hỗn hợp này đại trà và bán được hơn 2,5 triệu cách điện của lưới phân phối, 0,1 triệu cách điện đầu cột trên đường dây truyền tải và 0,4 triệu cách điện treo

mà hiện nay được lắp đặt tại rất nhiều nơi khác nhau trên thế giới Điều này

đã cho thấy rõ sự chấp nhận rộng rãi các ưu điểm của chất vật liệu này[25]

4 Các phương pháp thử lão hóa vật liệu

Để phát triển vật liệu với độ bền phù hợp với lão hóa cách điện do tất cả nguyên nhân tác động, do đó sự cần thiết đối với mô phỏng môi trường để đạt được những kinh nghiệm có giá trị trong thực tế Đối với những khả năng khác nhau và những kiểu thử nghiệm được phát triển để dự báo những tác động độ lão hóa trong tính chất nổi trội của vật liệu được gọi là phương pháp thử gia tốc lão hóa

Hình 2: Các hệ số trong thử lão hóa của cách điện polymer

Nhiệt

UV Axit

Gió Mưa Tuyết Muối

Suy giảm về sinh học

Hồ quang Vầng quang/

Dòng rò

Sự khử polymer hoá (phân hoá chuỗi, ôxy hoá)

Ảnh hưởng

Kết quả

a) Những thử nghiệm lão hóa nhân tạo ngắn hạn

Những tác động của môi trường đối với một thời gian ngắn (1 năm) đã được theo dõi và những sự hình thành có thể tạo ra những tác động giống nhau trong cùng một thời gian ngắn Điều này mang lại ít thời gian ở những tác động trong phạm vi dài của lĩnh vực lão hoá vật liệu, bởi những kiến thức giúp cho việc thiết kế, cải thiện và lựa chọn một cách điện đối với một vài ứng dụng đặc biệt

Một vài phương pháp thử gia tốc lão hóa của vật liệu được phát triển như:

- Thử nghiệm chịu đựng axit: Những mẫu thử nghiệm bị tác động bởi axit nitric loãng và sulphuric ở trong nhiệt độ phòng trong một khoảng thời gian

5 tuần Một vài sự đánh thủng về vật lý và hoá học sẽ được theo dõi

- Thử nghiệm thuỷ phân: Thuỷ phân được đo bởi những mẫu thí nghiệm bị tác động trực tiếp đối với nước sôi trong một khoảng thời gian 5 tuần và bề mặt của vật liệu được theo dõi bằng tia hồng ngoại để đo đánh thủng hoá học, rạn nứt vật lý dưới phóng đại gấp 10 lần

- Thử nghiệm lão hóa tăng cường – QUV: Những mẫu thí nghiệm được đặt trực tiếp với tia cực tím trong một buồng đo thời tiết thiết bị đèn hồ quang carbon UV được sử dụng như một nguồn ánh sáng Nó có chiều dài sóng trong dải 300-400 nm Độ ẩm tương đối được duy trì ở mức (50±5)% và nhiệt độ được đặt ở 300C Những mẫu được đưa ra ánh sáng UV thông thường với 1000 giờ Biết rằng với 200 giờ của thời gian thử nghiệm tương đương với 01 năm dưới tác động trực tiếp thực tế bên ngoài trời chỉ cân nhắc đối với chiều dài sóng tia UV (300-400 nm) Đó là thử nghiệm chính liên quan đến phá hỏng vật liệu polymer

- Thử nghiệm kháng cự khí ozôn: Các mẫu thí nghiệm được đặt trong một bình đóng kín nối với một máy phát khí ozôn Máy phát ozôn chạy trong 30 phút mỗi ngày để thu đuợc một tổng hợp ozôn điều này sẽ đảm bảo không thu hẹp trong suốt thời gian 24h Những mẫu này được tác động trực tiếp bởi những vòng quay và chạy trong 5 ngày mỗi tuần trong thời gian 3 tuần Mẫu đánh thủng đối với phân huỷ vật lý và hoá học được theo dõi vào hàng tuần

- Thử nghiệm nhiệt: Nó được thực hiện bởi nơi đặt cách điện ở nhiệt độ

1000C cho 600 giờ trong một lò tuần hoàn Một vài sự méo mó hình dạng hoặc khiếm khuyết bởi nhiệt sẽ được theo dõi

b) Thử nghiệm nhúng tán sứ chuyển động quay

Phương pháp này thực hiện thử lão hóa thể hiện sự ảnh hưởng những điều kiện trường phạm vi ngắn bên dưới ứng suất từ thấp đến vừa Mục đích chính của phương pháp là để theo dõi trong thời gian lão hóa sớm của vật liệu Thử nghiệm được chấm dứt trước khi xuất hiện một vài tạo rãnh Sự cần thiết trong thời gian không hoạt động đối với cao su silicone cũng được

đề cập Khi một mẫu thí nghiệm xuất hiện dòng điện dò đỉnh vượt quá 1

mA, với hơn 5 vòng trong một hàng, nó chỉ ra thời kỳ cuối của lão hóa sớm Tạo thử nghiệm bao gồm 4 mẫu cách điện, mỗi mẫu được gắn trên một khung bánh răng tương ứng với mỗi phần góc 900 Bánh răng quay tròn với

900 nhịp, do vậy mỗi mẩu được đặt thời gian 1 phút ở mỗi vị trí đối với 4 vị trí như ở trên Trong trường hợp này nó hoàn thành một vòng quay trong 4 phút Vị trí đầu tiên ngâm trong dung dịch muối, vị trí thứ 2 đặt nằm ngang

ở vị trí tránh ẩm ướt cho phép nước không nhỏ giọt lên như một phần tử kỵ nước, vị trí thứ 3 ở vị trí năng lượng hoá bên trong mẫu được cung cấp một điện áp từ bên trên đáy và dòng rò đỉnh được ghi lại bởi một thiết bị ghi dòng, và ở vị trí thứ 4 mẫu thử nghiệm đặt ở một vị trí không hoạt động nằm ngang Dung dịch muối đã sử dụng ở vị trí 1 không bị ion hoá với Nari clorua vởi tỷ lệ 1,5 g/l Đồng clorua được thêm vào để làm chậm lại sự tăng trưởng của tảo

Hình 3: Thử nghiệm nhúng tán sứ quay tròn (tốc độ quay 1 vòng/phút)

c) Những thử nghiệm đối với bánh xe tạo đường dẫn điện

Tiến hành trong thời kỳ dài của một vật liệu được sử dụng trong thiết kế cách điện có quan hệ trực tiếp đối với dòng rò và phóng điện cầu khô đang phát triển có lợi Kinh nghiệm vận hành được biết với biên độ và tần suất phóng điện cầu khô vào vật liệu cách điện không phụ thuộc vào một mình thiết kế, mà còn phụ thuộc vào những đặc tính bề mặt của vật liệu polymer

đã sử dụng Trong nhiều năm, các phương pháp tạo đường dẫn trong buồng

đã được phát triển với độ tin cậy cao trong việc đáp ứng đủ dữ liệu, dựa trên kết quả mong đợi đối với một mô hình cách điện đặc biệt bên dưới những điều kiện nhiễm bẩn nặng

Những buồng tạo đường dẫn có thể được phân loại trên phương diện quá trình ẩm ướt của mẫu thí nghiệm vào 3 nhóm tên là: buồng bánh xe tạo đường dẫn điện, buồng xương muối và buồng mưa bụi

Các phương pháp thử nghiệm bánh xe tạo đường dẫn điện bắt buộc tuần hoàn khô và ướt trên bề mặt, cho tác dụng ứng suất của mẫu thí nghiệm để

mô phỏng sự hình thành hồ quang bề mặt nhóm khô Sự ăn mòn hoặc tạo rãnh chỉ tiến hành kết hợp với phóng điện hồ quang trên toàn bộ các nhóm khô, nó được phát triển trong suốt thời gian hoặc ngay sau khi kết tủa Sự biến dạng bề mặt, ăn mòn, hoặc carbon hoá là những kết quả từ nhiệt hồ quang sinh ra và những biến dạng này tích luỹ đến khi bề mặt giữa các điện cực không thể duy trì dài hơn đối với điện áp đã đặt vào và sự đánh thủng lớp cách điện hoặc ngay cả hư hỏng mẫu thí nghiệm sẽ xảy ra

d) Những khả năng thử lão hóa tăng cường trong tự nhiên dài hạn

- Trạm thử nghiệm lão hóa tự nhiên KOEBERG: Trạm thử nghiệm này ở KIPTS (Koeberg insulator pollution test station) Nam Mỹ gồm có những buồng thử nghiệm đối với cấp điện áp 11, 22, 33, 66 và 132 kV với buồng điều khiển, trạm giám sát môi trường, thiết bị giám sát ô nhiễm và các hệ thống đo lường dòng rò Danh mục ô nhiễm ở KIPTS thuộc mức cực kỳ cao

2000 µS/cm

Trong tự nhiên buồng thử lão hóa cách điện được giám sát qua một thời gian

6 tháng hoặc 12 tháng Những kết quả thử nghiệm ở thời điểm độc lập có nghĩa rằng những kết quả thử nghiệm từ một năm có thể được so sánh với những kết quả từ một vài năm khác

- Buồng tạo sương ở Okinawa: Được xây dựng bởi công ty điện Furukawa Theo tiêu chuẩn IEC 61109 đối với các thử lão hóa tăng tốc của vật liệu cách điện composite trong nhà Nó chỉ rõ mức độ những mẫu thử nghiệm ngắn hạn đáp ứng các mức ứng suất của đơn vị điện (77kV xoay chiều được nối đất) Buồng với diện tích 4,4 m2, chiều cao 3,3m Nó được thiết kế để nghiên cứu ảnh hưởng thay đổi về nhiệt độ, độ ẩm, sự kết tủa và tác động của muối

và sự chiếu tia cực tím UV như yêu cầu IEC 61109 Nó cũng có thể thực hiện thử lão hóa tăng cường trên sự bám dính các phụ kiện đầu cuối và đoạn đầu cực của cách điện cao su trong nhà Tải thử nghiệm có thể áp dụng là 20

KN

e) Những khả năng thử lão hóa môi trường nhiều ứng suất

Những thử nghiệm lão hóa truyền thống được mô tả ở trên như thử nghiệm sương muối, thử nghiệm bánh xe tạo đường dẫn điện, thử nghiệm nhúng bánh xe chuyển động quay, v.v…, số thí nghiệm đồng thời các ứng suất với

sự hạn chế đã áp dụng Hơn nữa, những ứng suất liên quan với những thí nghiệm riêng rẽ thường không hiện thực Những chế độ hư hỏng nguyên nhân bởi các ứng suất vượt quá không bị bắt gặp trong thực tế làm việc Do

đó, những thử nghiệm nhiều ứng suất được áp dụng trong các chu kỳ lặp lại

và mô phỏng trong những điều kiện làm việc thực tế Chu kỳ về khí hậu

được phát triển đểthể hiện các điều kiện làm việc Những ứng suất được tạo

ra hiệu quả bởi ứng dụng mô phỏng phối hợp điện áp, bức xạ cực tím UV, hơi ẩm và nhiễm bẩn Độ ẩm, sương hoặc phun mưa được xem như hơi ẩm

Một số buồng thử nghiệm mẫu như:

+ Buồng thử lão hóa môi trường ven biển

Để mô phỏng các chu kỳ khí hậu ở môi trường ven biển San francisco một

buồng môi trường nhiều ứng suất được phát triển cho cách điện cao su silicone 28 kV Buồng thử nghiệm là khối lập phương khá to bằng thuỷ tinh plexi với các kích thước khoảng 1,8m x 1,8m x 1,8m 8 đèn UVA-340 lắp đặt dọc 1,219 m được sử dụng để mô phỏng bức xạ cực tím UV 1mW/cm2, chiều dài bước sóng khoảng 313 nm 4 vòi phun tạo sương muối và sương

mù sạch Hai vòi phun mưa được lắp đặt Một lò nhiệt 1450 W được sử dụng

để phát nhiệt Làm lạnh được sử dụng một hệ thống Movin Máy biến áp thử nghiệm cao thế 0 – 100 kV, 40 kVA được sử dụng phóng năng lượng đối với vật liệu cách điện để đạt đến yêu cầu tác động điện áp Máy biến áp này cho phép thử lão hóa cách điện lên tới 138 kV(đường dây)

+ Buồng thử nghiệm lão hóa cách điện

Nó được xây dựng tại Nhật bản Mục tiêu của công trình xây dựng này là

đánh giá việc thực hiện dài hạn của kiểu cách điện mới, như lớp men bán dẫn, lớp phủ cao su silicone RTV và cách điện polymer với sự biểu hiện thay đổi các mức ứng suất điện áp Điện áp phân bố dọc theo chuỗi cách điện siêu cao áp (EHV) và cực cao áp (UHV) là không đồng mức, đặc biệt trong trường hợp đối với các cách điện polymer kiểu thanh dọc Ngay cả trong trường hợp cách điện thuỷ tinh có quan hệ phân bố điện trở đồng mức

về lớp mạ, phân bố điện áp không đồng mức được quan sát bên dưới sự nhiễm bẩn khắc nghiệt và các điều kiện ẩm ướt, kết quả thu được là sự thoát nhiệt trên một vài vật Do đó, các thử nghiệm lão hóa toàn bộ (thử nghiệm cách điện lành lặn bên dưới các ứng suất) là cần thiết trước khi các cách điện được lắp đặt với đường dây truyền tải siêu cao áp hoặc cực cao áp, hoặc các chuỗi cách điện thang đo lớn nhất đối với trạm 275 kV có thể được thử nghiệm bên trong buồng này bên dưới điều kiện năng lượng hoá và ứng suất phối hợp

+ Những lắp đặt thử lão hóa đã phát triển ở Pakistan

Lắp đặt đã được phát triển để điều tra về cách thức và hiệu quả của cách điện polymer ở trong vùng ô nhiễm nặng và nắng của Pakistan Sự phát triển đối với lắp đặt thử nghiệm với 3 mục đích khác nhau được liệt kê bên dưới:

- Lắp đặt đối với thử lão hóa tự nhiên bên ngoài trong môi trường sạch: Với lắp đặt này, một khả năng đối với cố định các cách điện trong môi trường không khí ở chiều cao khoảng 10 m từ mặt đất Trên thí nghiệm này dựng đứng các cách điện với hình dạng và các kích cỡ khác nhau có thể được gắn liền và được phóng điện với điện áp cung cấp từ một máy biến áp cao áp

1 kVA đã lắp đặt trong phòng thí nghiệm Một đường cáp cách điện cao áp chạy từ máy biến áp tới đầu của vật thử nghiệm

Tại đó đã phát triển hệ thống theo dõi dòng điện rò giao diện với máy tính cũng được lắp đặt để tiếp tục các giám sát luồng điện chạy qua bề mặt cách điện và ghi lại một vài các gía trị trên 5µA cùng với thời gian

- Lắp đặt đối với thử lão hóa bên ngoài tự nhiên trong môi trường ô nhiễm nặng: Các cách điện được cài đặt trong môi trường không khí ở độ cao khoảng 15m từ mặt đất Cách điện với các loại và kích cỡ khác nhau có thể được dính vào nhau và được phóng điện với điện áp cao từ một máy biến áp cao thế 1 kVA Một dây cáp cách điện cao áp chạy từ máy biến áp đến đầu của vật thử nghiệm dựng đứng Những ảnh hưởng xấu của nhà máy xi măng như bụi bẩn, ô nhiễm hoá chất, và phát nhiệt cực cao, hiệu ứng bề mặt cách điện xẩy ra nhanh

Hệ thống theo dõi dòng rò đã mô tả ở trên cũng được lắp đặt ở đó để tiếp tục các giám sát luồng điện chạy qua bề mặt cách điện và ghi lại một vài các gía trị trên 5µA

- Lắp đặt thử lão hóa trong buồng thí nghiệm:

Lắp đặt đã phát triển trong phòng Lab trường đại học bao gồm các khả năng sau: Thử lão hóa tăng tốc bằng tia cực tím UV; thử chịu đựng khí ozôn; thử lão hóa nhiệt; thử lão hóa nhiều ứng suất; và thử lão hóa buồng chân không Buồng thử lão hóa nhiệt gồm lò hơi nước, thiết bị điều khiển và đèn chiếu

UV, buồng chân không có bơm chân không và có khả năng treo cách điện để cung cấp cấp điện

Buồng thử lão hóa nhiều ứng suất có khả năng đối với điều khiển độ ẩm, nhiệt, ánh sáng UV, điện áp cung cấp lên đến 10 kV, phun muối/sương, v.v…

Hình 6: Buồng môi trường được lắp tại trường đại học kỹ thuật công nghệ

Hình 7: Buồng thử lão hóa nhiều ứng suất được lắp đặt tại đại học kỹ thuật công nghệ Pakistan

Hình 8: Khả năng thử lão hóa của đại học Kỹ thuật công nghệ Pakistan

a) Buồng thử lão hóa trong phòng thí nghiệm

b) Cách điện được lắp trong vùng ô nhiễm công nghiệp trong suốt thời gian thử tính kỵ nước

c) Cách điện polymer ở môi trường bên ngoài dưới thử nghiệm lão hóa

+ Ảnh hưởng của nhiễm bẩn nặng:

Nhiễm bẩn hình thành một lớp trên bề mặt nó là nguyên nhân gây ra tổn thất của trọng lượng phân tử thấp (LMW: Low molecular weight) LMW đảm nhiệm duy trì tính kị nước tốt của bề mặt lần lượt hạn chế sự hình thành rãnh truyền dẫn nước Sự suy giảm đặc tính của nó khi tính kỵ nước bị mất do dòng điện rò và các kích thích phóng điện hồ quang qua bề mặt của cách điện là tăng lên

Một nguồn điện phải tin cậy được sử dụng cho việc đánh giá điện áp chịu đựng/đánh thủng nhiễm bẩn của các cách điện polymer có tính kỵ nước, đặc biệt dưới các điều kiện nhiễm bẩn nặng bởi vì sự hư hỏng của nguồn điện là

có thể xảy ra

+ Ảnh hưởng của độ ẩm:

Rõ ràng rằng độ ẩm có thể là những phóng điện bề mặt hữu cơ ban đầu, sau

đó có thể nguy hiểm đến các bộ phận được phủ cao su silicone Sự nguy hiểm này có thể được dò tìm bằng cách đo trong suốt thời gian xung dòng rò

và đem phân tích mô hình phóng điện bề mặt những hiện tượng xảy ra đó Hơn nữa, mô hình phóng điện có thể được sử dụng để chỉ ra nguy hiểm tới trạng thái bề mặt Phép đo với tần số 50 Hz dòng rò toàn bộ bề mặt không được cung cấp với một vài tương quan về ý nghĩa nguy hiểm bề mặt

+ Ảnh hưởng khi tính dẫn điện tăng

Sự tăng lên trong tính dẫn điện và tỷ lệ lưu lượng của nhiễm bẩn gây ra nguyên nhân tăng tốc trong rãnh của vật liệu cách điện cao su silicone

+ Ảnh hưởng của các thông số hỗn hợp

Nói chung đối với tất cả vật liệu polymer được khẳng định rằng những đặc tính vật liệu tác động lên thời gian tạo rãnh đáng kể Góc tiếp xúc và xù xì

bề mặt của vật liệu biến đổi không liên quan đến kiểu của lão hóa Hệ số khuếch tán của mẫu vật tăng lên với nhiệt độ của bồn nước Bề rộng góc nhiễu xạ tia X, đồng hồ đo nhiệt lượng chênh lệch DSC (differential scanning calorimetery) nghiên cứu chỉ ra không bổ sung các pha mới trong cấu trúc cách điện bởi quá trình lão hóa Phần trăm biến đổi của tinh thể vật

thu nhỏ entanpi của vật liệu trong vùng hình thành rãnh được theo dõi từ những kết quả của đồng hồ đo nhiệt lượng chênh lệch Điều này thể hiện rằng trong cấu trúc cách điện chỉ nguy hiểm bề mặt xuất hiện Những kết quả sức bền kéo chỉ ra rằng lão hóa của vật liệu thay đổi đặc tính cơ học vật liệu Thử nghiệm uốn khúc và tác động chỉ ra rằng sự giòn/xù xì là nguyên nhân tăng lên số lần tạo rãnh của vật liệu Phân tích về mặt cơ khí động lực chỉ ra rằng môđun dự trữ của vật liệu tăng lên với sự tăng tần số Sự biến đổi môđun dự trữ của vật liệu với lão hóa vật liệu đã được theo dõi Tổn thất góc tang của vật liệu là cao ở tần số thấp bất kể loại nào của lão hóa vật liệu Phân tích đường cong tín hiệu tiêu chuẩn đa hoà tan cung cấp dấu hiệu của

sự trệch hướng dòng rò từ hình sin thông thường với thành phần sóng hài thêm vào Cường độ của những thành phần tần số cao và thấp tăng lên khi xảy ra phóng điện bề mặt

6 Các phương pháp phân tích lão hóa vật liệu

Hiện tượng lão hóa có thể dò tìm bởi các phương pháp khác nhau Có rất nhiều phương pháp hữu ích để dò tìm và phân loại lão hóa với các phương pháp không phá huỷ Sự chính xác về hiểu biết đối với trạng thái suy giảm

và tuổi thọ còn lại của vật liệu đã sử dụng trong một cách điện đặc biệt có thể được dò tìm bởi đo các dòng rò, đo tính kỵ nước, tiến hành FTIR, phổ quang điện từ tia X, phân tán năng lượng tia X, Quang phổ khối ion thứ cấp, phép ghi sắc khí gas, la de gây ra quang phổ huỳnh quang, phân tích trọng lượng nhiệt, kiểm tra bề mặt bởi thiết bị quét hiển vi điện tử, phép đo hệ số tổn thất, đo âm thanh, đo phân bố điện trường v.v , sẽ được trình bày bên dưới

+ Đo dòng rò

Sự suy giảm cách điện cao su silicone nguyên nhân hầu hết bởi luồng dòng

rò trên bề mặt bên trong môi trường nhiễm bẩn và bởi kết quả sự ăn mòn từ các yếu tố nhiệt và điện Được nhìn nhận rằng hầu hết dòng điện rò là thông

số phù hợp để đánh giá hư hỏng do ăn mòn Dòng điện rò liên tục được theo

dõi để thu được hình ảnh rõ nét của hư hỏng do ăn mòn bởi thí nghiệm với

độ tin cậy trong dài hạn Đặt một bộ biến đổi dòng nối tiếp với cách điện ở đầu cố định và đo điện áp đi qua nó bởi một bộ khuếch đại chính xác và ghi lại chúng bằng tay sau khoảng thời gian vài ngày hoặc bởi một máy tính sau khi một vài khoảng thời gian đạt được Phép đo bằng máy tính bao gồm chuyển đổi điện áp tương tự sang dạng số và sau đó định dạng bằng RS232 Tất cả những điều này dễ dàng được hoàn thành bởi phần cứng rẻ tiền Những con số được nhập vào máy tính bởi cổng của nó và được lưu giữ trong một vài file Sự kích hoạt dòng rò bị ảnh hưởng nhanh chóng bởi một vài thay đổi về thời tiết hoặc một vài thông số khác Ngay cả thay đổi nhẹ về

độ ẩm xem như ảnh hưởng vào thay đổi giá trị dòng rò Đó là lý do tại sao thường hay sử dụng thông số để phân tích

+ Đo tính kỵ nước

Đó là một thủ tục đơn giản bằng tay bao gồm một phép đo lựa chọn các đặc tính kỵ nước của bề mặt cách điện ở môi trường bên ngoài

Cho các mục đích thực hành mức độ không thấm nước của bề mặt cách điện

có thể được chia thành 7 nhóm kỵ nước HCs (hydrophobicity classes) theo hướng dẫn phân loại STRI (Smithsonian tropical research institute)

HC1 là nhóm hầu như không thấm nước nhưng ngược lại HC7 bề mặt hoàn toàn thấm nước Nhóm trung gian được định nghĩa bởi góc âm số lượng lớn của các nhỏ giọt và kích cỡ của vùng bị ẩm trong mỗi trường hợp

+ Quang phổ hồng ngoại trong biến đổi Fourier (FTIR)

Quang phổ hồng ngoại trong biến đổi Fourier là một kỹ thuật phân tích vật liệu, nó cung cấp cho chúng ta thông tin cấu trúc và chỉ rõ thành phần Nó cũng có thể được sử dụng cho phép đo định lượng Hầu hết nó được sử dụng

để chỉ ra các hợp chất hữu cơ nhưng trong một vài trường hợp các hợp chất

vô cơ cũng có thể được nhận biết

Trong công nghệ này, “Mẫu dưới thử nghiệm” bị tác động bởi bức xạ hồng ngoại Mẫu hấp thụ những tần số phù hợp với tần số rung nguyên tử của nó Một mức nhúng thu được ở những tần số này bên trong “quang phổ hồng

cong tiêu chuẩn lưu trữ trong thư viện tham khảo của máy tính để chỉ rõ vật liệu hoặc phù hợp với những tham khảo ban đầu để đo sự hư hỏng của vật liệu

Bức xạ hồng ngoại giới hạn một vùng của quang phổ điện từ có số lượng sóng gồ ghề từ 13000 đến 10 cm-1, hoặc chiều dài sóng từ 0.78 đến 1000 µm

Sơ đồ cơ cấu của đồng hồ đo quang phổ FTIR (Fourier transform infrared spectroscopy)

Hình 9: Cơ cấu của đồng hồ đo FTIR

+ Kỹ thuật sử dụng tia X và quang phổ học

- Quang phổ quang điện tia Z: đôi khi được gọi là quang phổ điện tử đối với phân tích hoá học (ESCA; electro spectroscopy for chemical analysis), và cũng được sử dụng trong đặc tính hoá bề mặt cao su silicone Nó nhiều bề mặt đặc biệt hơn FTIR và cho các thông tin từ độ sâu 0.5 – 4 nm Trong suốt phép đo, nó được thực hiện trong một buồng chân không cao, một mẫu được tiếp xúc trực tiếp đến lượng tử ánh sáng tia X với năng lượng đầy đủ để tách rời các điện tử hạt nhân từ các phần tử lên bề mặt mẫu vật Sự khác nhau giữa năng lượng của lượng tử tia đến X và năng lượng động của điện tử phát

ra là tỷ lệ với năng lượng liên kết chúng Sự thật rằng năng lượng liên kết là đặc tính hoá đối với mỗi phép đo định tính phần tử kích hoạt của các phần tử hiện diện ở bề mặt So sánh con số của các điện tử phát ra từ các phần tử khác nhau cho các thông tin về thành phần nguyên tử của lớp bề mặt Thông tin về cấu trúc hoá học cũng có thể thu được từ những sự liên kết giữa các năng lượng ảnh hưởng tới các nguyên tử yêu cầu đến các điện tử phát ra

- Phân tán năng lượng tia X (EDX): những phần tử bên trong vật liệu cũng phát những đặc tính tia X, vì thế chúng cũng có thể chỉ ra việc sử dụng phân tích phân tán năng lượng tia X

- Quang phổ khối ion thứ cấp (SIMS): trong kỹ thuật này các mẫu được bắn phá bởi các nơtron Các nơtron xảy ra tương tác với các hạt nhân của nguyên

tử qua lực hạt nhân Những sự biến đổi trong mật độ hạt phân bố như một chức năng về chiều sâu được dò tìm Chiều sâu thâm nhập của kỹ thuật này khoảng 200 nm và có một giải pháp bên dưới với một đồng hồ đo nanô

+ Quét quang phổ điện tử (SEM)

Nó được sử dụng để thu thập thông tin về bề mặt địa hình của vật liệu cao su silicone Nó cho chúng ta một hình ảnh về sự phóng đại cực nhỏ của bề mặt vật được liệu đã được phân tích

Trong SEM một chùm tia điện tử gây ra tốc độ và tâm điểm đối với cú đập

bề mặt vật liệu để phân tích Khi chùm tia đập vào mẫu vật, các điện tử của

nó chia thành 4 nhóm: Dừng lại, hấp thụ, chệch hướng và phản xạ các điện

Hình 10: Dụng cụ đo SEM đặc trưng

+ Đo hệ số tổn thất góc Tanδ

Đo hệ số góc tổn thất điện môi dựa vào những kết quả của FTIR thường được sử dụng để giải thích trạng thái hư hỏng của cao su silicone và EPDM Những tần số hấp thụ nhiều trong quang phổ máy đo FTIR, tổn thất điện môi nhiều

+ Các phép đo âm học

Từ lúc phóng điện phát ra tiếng ồn âm thanh, điều này có thể được dò tìm bằng sử dụng một tai nghe gắn vào một đĩa parabol, để tạo một cấu trúc như tai nghe, dọc với bộ khuếch đại đạt được ở mức cao Philips (2002) và

những người cộng tác đã có điều tra về khả năng sử dụng phát sóng siêu âm

để dò tìm sự cố cách điện Họ đã thực hiện phép đo tần số và phân bố cường

độ trong phòng thí nghiệm vào khả năng chịu đựng từ những khuyết điểm nguyên nhân bởi các kích thích phóng điện cục bộ Phép đo đã tìm ra được hầu hết sự truyền phát diễn ra trong thang 15-45 kHz Kết luận chính của họ

đó là những khiếm khuyết, nguyên nhân bởi những hư hại nghiêm trọng và

do đó chỉ độ ồn âm thanh phù hợp kết quả có thể được dò tìm với phương pháp này

+ Phương pháp đo phân bố điện trường

Phân bố điện trường quanh các cách điện bị ảnh hưởng bởi tính dẫn bề mặt vật liệu của cách điện và bởi hình học của nó Các khiếm khuyết tự nhiên, mức ô nhiễm và độ ẩm cũng ảnh hưởng đến phân bố này cho tới một vài quy

mô Dù sao, hầu hết thay đổi hiển nhiên trong điện trường quanh cách điện xảy ra bởi sự hình thành các vùng dòng rò cao và đó là nguyên nhân tại sao phép đo điện trường là so sánh tốt nhất đối với chẩn đoán suy giảm cách điện

7 Tiêu chuẩn thử nghiệm và tiêu chí chấp nhận với cách điện silicone và chuỗi hoàn chỉnh ở Việt Nam

Theo tiêu chuẩn IEC 61109 và năm 1995

a) Thử nghiệm về vật liệu (Design test)

- Thử nghiệm về tiếp xúc bề mặt và các mối nối của phụ kiện kim loại

- Thử nghiệm khả năng chịu tải của lõi

- Thử nghiệm về lớp phủ: ăn mòn và tracking (thử nghiệm sương muối 1000 giờ và 5000 giờ với nhiều ứng suất)

- Thử nghiệm về vật liệu tạo lõi

- Thử nghiệm về khả năng dễ cháy bề mặt

Ngoài ra cũng yêu cầu thử tracking vật liệu silicone rubber đối với vật liệu đầu vào trước khi sản xuất - lưu hoá ra cách điện theo tiêu chuẩn IEC 60587

- Thử nghiệm mặt phẳng nghiêng theo IEC 60587: thử tracking vật liệu silicone với điện áp 4,5 kV trong 6 giờ

* Design test là thử nghiệm về vật liệu đầu vào: silicone rubber, lõi epoxy gia cường sợi thuỷ tinh và sản phẩm đạt được sau khi sản xuất (quá trình lưu hoá silicone, bơm silicone vào quanh lõi, cách ép và kiểm soát trong quá trình ép đầu ball/socket vào lõi sợi thuỷ tinh)

b) Thử nghiệm phân loại (Type test)

+ Phần điện:

- Thử nghiệm điện áp chịu đựng xung sét khô: theo IEC 383-2

- Thử nghiệm điện áp chịu đựng tần số công nghiệp ướt: theo IEC 383-2

- Thử nghiệm điện áp chịu đựng xung đóng cắt ướt : theo IEC 383-2

- Thử nghiệm ảnh hưởng sóng radio: theo IEC 60437

- Thử Corona: theo IEC 61284

* Type test phần điện là thử nghiệm để kiểm tra thiết kế chuỗi hoàn chỉnh (bao gồm cả bảo vệ hồ quang và/hoặc bảo vệ corona

+ Phần cơ:

- Thử nghiệm thời gian tải về cơ

Type test phần cơ là thử nghiệm kiểm tra khả năng mang tải theo thời gian của lõi Khả năng mang tải theo thời gian của lõi phụ thuộc vào: 1 Đường kính lõi (lực càng lớn thì đường kính lõi càng lớn); 2 Chiều dài mối ép- là khoảng cách tiếp xúc giữa lõi và phụ kiện ball/socket (lực càng lớn thì chiều dài mối ép càng dài) Type test này được thực hiện cho tất cả các cách điện silicone

c) Thử nghiệm thường xuyên (Routine test)

Routine test này được thực hiện bởi nhà sản xuất sau khi sản xuất Và routine test report sẽ được cấp cho khách hàng trong quá trình giao hàng

d) Thử mẫu (Sampling test)

Sample test là thử nghiệm được thực hiện bởi chủ đầu tư sau khi hàng về đến kho Số lượng mẫu thử và hạng mục thử theo tiêu chuẩn IEC 61109 Tuy nhiên để đảm bảo chất lượng cách điện silicone (HTV silicone rubber- silicone lưu hoá ở nhiệt độ cao) được cung cấp, chủ đầu tư nên thực hiện thử nghiệm “Inclined Plane Test” theo IEC 587 (điện áp 4,5kV)

8 Những nghiên cứu đối với cao su silicone PDMS

Các cách điện ngoài trời composite được làm từ polymer, dòng rò bề mặt có thể dẫn đến nguy hiểm như “đánh thủng” bề mặt lớp vỏ hoặc ngay cả tán sứ

Do đó dẫn đến sự xâm nhập hơi ẩm tới các chế độ hư hỏng Những nghiên cứu trước đây bởi tác giả Cash (2000) với cách điện điện cao áp đã đưa ra kiểm tra những cấu trúc này với cao su ethylene propylene diene (EPDM) về thời tiết đối với các tán và vỏ cách điện Nghiên cứu đã chỉ rõ một vài hệ số

có thể được sử dụng để xác định tuổi thọ cuối cùng đối với những vật liệu này (Cash, 2000) Silicone được điền đầy và lưu hoá ở nhiệt độ cao (HTV)

đã sử dụng trong các cách điện hiện tại cũng là các chất đàn hồi với mức độ liên kết ngang thấp, do vậy cũng tương tự với các phần cuối EPDM Silicone hoặc Siloxane có sự khác nhau lớn trong ý nghĩa hoá học của chúng, như các đặc tính bề mặt và cách thức chúng thoái hoá

Phóng điện bề mặt đánh thủng được cân nhắc bởi khả năng xảy ra nhiều hơn khi cao su bị mất tính kỵ nước của nó, và hình thành màng nước dọc theo chiều dài cách điện Mất đi tính kỵ nước từ cao su silicone khi dùng trong những ứng dụng điện cao áp, đã được cân nhắc bởi gây ra thoái hoá tăng lên

từ môi trường (nhiệt và bức xạ UV) hoặc những phóng điện vầng quang (Hillborg, 2001) vòng quanh cách điện nơi điện trường cao nhất (Phillips,

1999) Tác động vầng quang, nhiệt và UV tiếp xúc trực tiếp trên cao su silicone đem lại hậu quả một lớp thoái hoá trên bề mặt

Trong suốt thời gian làm việc trong môi trường, thoái hoá bởi ứng suất môi trường, các kích thích điện và nhiệt có thể gây ra những thay đổi đến các đặc tính điện và cơ Những đặc tính này có thể đem đến hư hỏng nghiêm trọng

và không dự báo trước được (Gorur, 1991) Trong những trường hợp cao nhất, thoái hoá gồm có hư hỏng của lõi sợi thuỷ tinh bởi ăn mòn ứng suất theo sự xâm nhập nước đã được quan sát trong các cách điện phủ EPDM (Cash, 2000) Điều này làm tăng lên sự hư hỏng của lớp đàn hồi ngoài cùng hoặc vật liệu tán cách điện đối với việc bảo quản nguyên vẹn vật liệu Do đó cũng có thể tăng lên tạo đường dẫn của chất đàn hồi, bởi sự thoái hoá của môi trường hoặc sự đánh thủng lớp cách điện trong suốt trường hợp về điện

Do đó, có khả năng cao đạt được với việc giám sát kéo dài thoái hoá cách điện SiR hiện tại và có thể dự đoán tuổi thọ còn lại trước khi sự tấn công của tình trạng hư hỏng nghiêm trọng

(Reynders và các cộng sự, 1999) đã tìm ra được thoái hoá tính cơ học của cao su silicone tuỳ thuộc vào các điều kiện môi trường thịnh hành

Thông thường, các kết quả thoái hoá phụ thuộc vào 2 yếu tố: Vật liệu Silica

và các sản phẩm không ổn định trọng lượng phân tử thấp Silica ở cấu trúc nơi nguyên tử silic được liên kết với nhiều hơn 2 nguyên tử ôxy Có dấu hiệu đáng tin cậy, đó là các kết quả thoái hoá silica được kéo dài trên bề mặt của cao su trong suốt các kích thích về điện như vầng quang, phóng điện cầu khô, hoặc plasma ôxy hoá (Toth, 1994 & Kim, 1990) Các hợp chất dễ bay hơi được kéo dài trong suốt thời gian thoái hoá nhiệt (Hillborg, 2001 và Grassie, 1978) Sự phục hồi tính kỵ nước tuỳ thuộc vào mối quan hệ cường

độ di trú hình thái silicone trọng lượng phân tử thấp đến lớp phủ bề mặt thấm nước, được so sánh với tỷ lệ hình thành hình thái (lớp silica) thấm nước

Tính kỵ nước bề mặt của SiR thích ứng với năng lượng bề mặt thấp của nó

và là một đặc tính rất quan trọng trong cách điện cao áp, làm giảm khả năng đánh thủng bề mặt và mất điện lưới sau đó Dù sao, tính kỵ nước có thể mất

đi do thoái hoá hoặc bởi lắng đọng lớp nhiễm bẩn thấm nước trong vùng nhiễm bẩn nặng Trong những ứng dụng, nhân tố được nhìn nhận rõ ràng hơn ở gần đây đặc biệt là trong vùng nhiễm bẩn

Các cơ chế đã đề xuất đối với phục hồi tính kỵ nước bề mặt của SiR đã được quy định bởi nhiều nhà nghiên cứu nhưng được tổng quát hoá bởi tác giả Owen và các cộng sự (1988)

- Định hướng lại nhóm cực tính ở bề mặt với khối lượng lớn

- Nhiễm bẩn kéo dài của bề mặt

- Ngưng tụ các nhóm silanol ở bề mặt

- Mất đi hình thái bốc hơi ôxy đậm đặc vào bầu khí quyển

- Di trú của các trọng lượng phân tử thấp từ số lượng lớn tới bề mặt PDMS chứng minh khả năng linh hoạt phân đoạn lớn, nó có khả năng kích hoạt định hướng lại nhanh vật liệu không bị ôxy hoá và ôxy hoá ít Dù sao, ôxy hoá kéo dài SiR cho biết tác động trễ rất ít với lớp bề mặt thuỷ tinh SiOx, như sự khác nhau nhỏ giữa các góc tiếp xúc tịnh tiến và lùi (Hillborg

và Gedde, 2001) Bởi môi trường thuỷ tinh của chúng, các nhóm cực tính trong SiR có khả năng nhỏ về định hướng lại Chắc chắn rằng cơ chế này hoàn toàn là một quá trình cục bộ và không thể giải thích đầy đủ về phục hồi của ôxy hoá SiR (Morra, 1990)

Những dụng cụ phòng thí nghiệm, đã chỉ ra những kết quả nhiễm bẩn kéo dài của bề mặt không có khả năng khôi phục đối với tính phục hồi tính kỵ nước của SiR Phục hồi tính kỵ nước đã diễn ra ở điều kiện giống nhau, một buồng môi trường sạch hoặc dưới các điều kiện thông thường (Owen và cộng sự, 1988) Điều đó cũng đã được đề xuất (Owen, 1990 và Morra, 1990), đó là các nhóm silanol hiện diện trong bề mặt đã phản ứng lại qua một cơ chế ngưng tụ với việc giải phóng nước Mặc dù những thay đổi về khả năng ẩm ướt nguyên nhân bởi hình thành các nhóm silanol trong suốt tác động trực tiếp của nước và xảy ra vầng quang/plasma (Hillborg và Gedde, 2001), liên kết ngang Si-O-Si ở cực tính trong tự nhiên không tăng lên tính kỵ nước, do đó nó giảm bớt đi ảnh hưởng đến quá trình phục hồi

Với các silicone trọng lượng phân tử thấp được thừa nhận rộng rãi trong số lượng lớn polymer di trú tới bề mặt và gom lại các chất nhiễm bẩn, do đó tính kỵ nước của bề mặt SiR được giữ lại (Reynders, 1999; Gorur, 1992; Toth, 1994 và Kim, 1990) Đặc tính duy nhất này của SiR phân biệt nó với

sứ, thuỷ tinh và các loại polymer khác sử dụng trong cách điện cao áp

Giải thích đối với hình thức này đó là lắng đọng các chất nhiễm bẩn cực tính lên bề mặt cao su PDMS, kết quả là thay đổi năng lượng bề mặt và làm xáo trộn trạng thái cân bằng giữa PDMS và LMWS Đây là nguyên nhân di trú của một vài trọng lượng phân tử thấp từ số lượng lớn đến bề mặt Bề mặt mất đi một vài LMWS là nguyên nhân “bung ra” của PDMS để sản sinh nhiều LMWS và quay lại trạng thái cân bằng

Rõ ràng rằng với nghiên cứu dạng phân tán LMWS và các hệ số ảnh hưởng đến nó bao gồm số lượng lớn sự tập trung LMWS, loại cao su, lão hóa, độ dày của lớp nhiễm bẩn và nhiệt độ, là những thành phần sống còn đến sự hiểu biết xa hơn của quá trình phục hồi tính kỵ nước bề mặt

CHƯƠNG II: THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT VÀ ĐẶC TÍNH

CÁCH ĐIỆN COMPOSITE

Cách điện composite với sự tạo khuôn tán cách điện từ cao su sillicone đã được sử dụng trong điện cao áp trên 30 năm, và tính thông dụng của chúng đang trên đà phát triển Các hợp chất Silicone giữ lại được tính kỵ nước tốt hơn là sứ hoặc thuỷ tinh, đặc biệt đối với những vùng ven biển và bị nhiễm bẩn Tóm lại vật liệu cách điện composite nhẹ và chúng có ý nghĩa quan trọng với giảm tổn thất từ sự đánh thủng và gây hư hỏng

Hầu hết trong phân phối và truyền tải điện được thực hiện qua các đường dây trên không, các cách điện đang cung cấp được trợ giúp về mặt cơ khí và

an toàn điện Kích cỡ và thiết kế đặc biệt của các cách điện cao áp sẽ biến đổi theo điện áp dây, các điều kiện môi trường, vật liệu xây dựng và chế tạo Cách điện phục vụ trong đời sống có thể bị tác động bởi các hệ số như về điện, cơ khí và môi trường Nhiễm bẩn trên không, tác động trực tiếp của tia cực tím UV và hư hỏng là những sự đe doạ điển hình lớn nhất Những kết quả ứng suất điện ban đầu từ phóng điện vầng quang (Khi độ dốc điện áp vượt quá giá trị tới hạn), dòng rò từ đường dây và sự phóng điện hồ quang hoặc đánh thủng từ đường dây đối với các cấu trúc trụ đỡ

Sự nhiễm bẩn bề mặt là một trong những vấn đề lớn nhất đối với các ứng dụng điện cao áp đó là nhiễm bẩn trên không với sự lắng đọng trên bề mặt cách điện Trong một vài trưòng hợp, lượng nhỏ trên không nguyên thuỷ tự nhiên, như trong vùng ven biển tác động bởi sương muối Những nguồn phát

ô nhiễm công nghiệp, khói bụi từ nông nghiệp và từ các động cơ ô tô cũng

có thể phân bố đến khuynh hướng giảm tính không thấm nước và thu nhỏ đặc tính hoạt động về điện

Khi sự nhiễm bẩn bị tác động bởi hơi ẩm, một tấm phim điện phân có thể sinh ra, dẫn đến phóng điện vầng quang, hư hỏng bề mặt, phóng điện cầu khô và cuối cùng là sự đánh thủng

Những tiềm năng về cách điện composite được quan tâm bởi những công ty

hợp chất polymer đã được giới thiệu vào đầu thập niên 60 Trọng lượng nhẹ

và ít hư gẫy hơn đối với các vật liệu sứ và thuỷ tinh, chúng thể hiện bởi các chi phí vận chuyển thấp hơn, lắp đặt dễ dàng hơn, và ít phải bảo dưỡng Khuôn mẫu cách điện từ cao su silicone cũng đã được ghi nhận với sự tăng lên như lựa chọn hiệu quả so với những thiết kế thuỷ tinh và sứ truyền thống Thực tế, gần như hầu hết các nhà máy sản xuất chính về cách điện cao áp đã giới thiệu một số lượng sản phẩm silicone theo đơn đặt hàng Lợi ích ban đầu của cách điện silicone bao gồm trọng lượng nhẹ (khoảng 1/10 so với sứ cách điện) hạn chế tác động, và đạt hiệu quả trong các môi trường nhiễm bẩn Không như EPDM và các vật liệu hữu cơ khác đối với các ứng dụng về điện cao áp, chất đàn hồi silicone chịu đựng đối với sự thoái biến từ tác động của tia UV, sương muối và nhiệt độ khắc nghiệt

Chất đàn hồi silicone đối với cách điện cao áp thường là các hợp chất cao su silicone có độ bền cao

Hai loại chất độn thông thường được sử dụng là: Silica đó là loại tăng cường

bổ sung độ bền vật lý đối với polymer Trong khi đó Alumin trihydrate (ATH) cải thiện khoảng cách phóng điện hồ quang Lượng nhỏ xử lý chất độn, các tác nhân chất màu và sự lưu hoá cũng là một phần của công thức

Sự kết hợp giữa polymer-chất độn có ý nghĩa quan trọng trong các cách điện silicone Trọng lượng phân tử và cấu trúc của polymer ảnh hưởng đến các đặc tính vật lý, quá trình xử lý và đặc tính vận hành về điện, như loại chất độn, kích cỡ, hình dạng, gia công bề mặt và xúc tác dư hoặc nhiễm bẩn Để xác định công thức tối ưu đối với các ứng dụng đặc biệt, các nhà sản xuất thiết bị và nhà cung cấp silicone phải tìm ra trạng thái cân bằng tốt nhất về mặt đặc tính, các đặc điểm gia công và sự cân nhắc về kinh tế

Vật liệu polymer dễ bị lão hóa hơn các vật liệu vô cơ trơ bên dưới tác động phóng điện và hồ quang Phóng điện vầng quang và hồ quang nhóm khô xảy

ra khi bề mặt của cách điện có năng lượng đi qua được phủ lên bởi một tấm phim điện phân và được hình thành bởi sự hiện diện của hơi ẩm và nhiễm bẩn Năng lượng khoanh vùng với cường độ lớn của nhóm hồ quang khô có thể là nguyên nhân lão hóa vật liệu trong sự hình thành rãnh và ăn mòn

Ngoài ra, những hệ số về môi trường khác như bức xạ tia cực tím từ ánh sáng mặt trời, mưa axít, nhiệt độ và tính dễ cháy cũng sẽ được cân nhắc

1 Sự tổng hợp tiền thân của silicone

Sự tổng hợp các hợp chất cao phân tử siloxane xuất phát từ một phản ứng tiền thân trong nhóm methylchlorosilanes (MCS) đạt được kết quả cơ bản từ silica và methy clorua elemental Các sản phẩm từ phản ứng này qua quá trình chưng cất và sau đó thuỷ phân và ngưng tụ để tạo thành các hợp chất silicone khác nhau

Ban đầu, silicone dạng hoá học được sản sinh từ một sự khử carbon-electro của cát (ôxy hoá silic) bởi quá trình trực tiếp dưới điện áp cao và nhiệt độ cao > 12000C Xuất phát từ phản ứng MCS đem đến ưu điểm của nhiều phần

tử định ra trong silic có mặt hiện tại hoặc không phản ứng hoặc cần thiết đối với phản ứng đầy đủ Ví dụ chất sắt không tác động ở các mức độ thông thường (0,5%), trong khi nhôm là một chất hoạt hoá quan trọng, titan và canxi cũng được xem xét ở mức độ quan trọng Đồng, thiếc và kẽm là những phần tử khác được bắt gặp ở mức phần trên một triệu (ppm) Phương trình đối với phản ứng MCS và những kết quả mong đợi như sau:

Phần tử silic được xử lý trong một phản ứng lớp dễ bay hơi bởi sự hiện diện của đồng, kẽm, thiếc và các hoạt chất khác Các yếu tố quan trọng đối với phản ứng MCS bao gồm tỷ lệ chất methylchlorosilane, sự lựa chọn đối với dimethyldichlorosilane, tận dụng silic và sử dụng với lượng kim loại mất đi PDMS là một sản phẩm polymer kích thước rộng lớn nhất do đó có thể điều

là điều quan trọng để lựa chọn Phản ứng MCS xảy ra trong môi trường khí gas/thể đặc để điều chế một sản phẩm hỗn hợp nhẹ Tận dụng silic ở mức cao và tiêu tán lượng kim loại mất đi khi đó tối ưu về hiệu quả kinh tế đạt được là thấp

2 Phản ứng trùng hợp của các silicone

Sự hình thành hợp chất siloxane từ methylchlorosilanes có thể thu được bởi đối tượng là hỗn hợp sản phẩm (từ phản ứng MCS) với một vài bước chưng cất và cô đọng Đối với các lớp đơn không đổi được tách riêng từ nguồn dôi

dư trong hợp chất chưng cất Một vài lớp đơn cũng có thể lấy lại được từ siloxane và disilane dư ra bởi các phản ứng phân tán lại khác nhau Các lớp đơn riêng biệt được chia ra từ chưng cất, đánh dấu sự khó khăn tách biệt giữa các chất dimethylichlorosilane và methlytrichlorosilane Sử dụng dimethyldichlorosilane như một ví dụ, theo phương trình sau chỉ ra việc thuỷ phân và ngưng tụ để hình thành hợp chất polysiloxane tuần hoàn và tuyến tính

Sự chưng cất được sử dụng để cô đọng sản phẩm tuần hoàn thành phần

chính từ phản ứng ở trên, nó được biết như chất ctamethylcyclotetrasiloxane (D4)

Một vật liệu khác là hexamethyldisiloxane hình thành từ thuỷ phân và ngưng

tụ chất trimethylmonochlorosilane (Me3SiCl):

3 Các cơ chế trùng hợp

PDMS đã đề cập sớm hơn đối với trong các polymer thương mại quan trọng với tính năng ứng dụng rộng rãi hiện tại sử dụng như các chất bám dính, chất

có hoạt tính bề mặt, chất hàn gắn, và tác nhân giải phóng v.v… để cung cấp một cái nhìn thấu đáo các cơ chế bên cạch các phản ứng về silicone, pha chế PDMS tuần hoàn và tuyến tính sẽ được nghiên cứu sâu hơn

Tổng hợp PDMS tuyến tính bởi axit hoặc trùng hợp quá trình mở với xúc tác nền tảng của D4 có thể thu được hầu như một vài mức độ trùng hợp với mức

cô đọng cần thiết hexamethyldisiloxane được thêm vào tới phản ứng kín và các nhóm

PDMS tuần hoàn cũng được tổ hợp bởi axit hoặc trùng hợp với xúc tác nền tảng của D4 được thực hiện dưới mức độ pha loãng cao và không sử dụng hexamethyldisiloxane như một vật ngăn chặn tạo thành chuỗi Trong một số phương pháp mô tả bên dưới trạng thái cân bằng vòng/chuỗi được thiết lập hình thành cả hai PDMS tuyến tính và tuần hoàn Trong lúc trạng thái cân bằng hiện tại đạt đến độ thuỷ phân bị trung tính hoá và bổ sung các nhóm kết thúc cuối cùng PDMS tuyến tính cho phép tuần hoàn đến lúc tách ra

Phương pháp điều chế PDMS tuần hoàn phát triển bởi Brown và Slusarczuk bao gồm một anion hoặc dựa trên thuỷ phân trạng thái cân bằng vòng-chuỗi (Dragger và Semyln, 2000) Cơ chế đối với trùng hợp anion D4 được cho ở bên dưới

Hydroxit kali được sử dụng như cơ sở biểu diễn của 2 methoxyethylether (diglyme) Những ion kali được phức hợp bởi diglyme và xúc tác hình thành các ion hydroxit Vật liệu khởi tạo ban đầu chất D4 phải được làm khô và chưng cất từ canxi hydrua trước khi sử dụng Phản ứng được hồi lưu ở nhiệt

độ 1250C ở trong Natri đã làm khô không màu dưới bầu không khí Nitơ trong 2 tuần Các điều kiện phản ứng khô sinh tồn như sự hiện diện của một vài sự kết thúc phản ứng trong dung dịch nước Khi mà trạng thái cân bằng

đã đạt được, phản ứng được làm nguội bởi thêm vào axit acetic lạnh Trạng thái tuần hoàn có thể được chiết xuất từ hỗn hợp phản ứng

4 Cách thức lưu hoá polymer ban đầu để đạt tới trạng thái đàn hồi

Có hai phương pháp tạo liên kết ngang cho polymer: lưu hóa ở nhiệt độ cao

và lưu hóa ở nhiệt độ trong phòng

Đối với trường hợp lưu hóa ở nhiệt độ cao HTV (High temperature vulcanising), cao su silicone rubbers được tạo các liên kết ngang bằng cáchphân hủy peroxit tại nhiệt độ trên 100°C Sau đó các gốc được tạo ra từ peroxide bị phân hủy sẽ kết hợp lại và tạo thành mối liên kết ngang

Đối với trường hợp lưu hóa tại nhiệt độ trong phòng RTV (Room temperature vulcanisation), có hai phương pháp liên kết ngang thường được

sử dụng trong các ứng dụng cách điện cao áp Phương pháp thứ nhất là dùng phản ứng ngưng tụ nhóm silanol để tạo các mối liên kết siloxane với sự giải phóng nước:

Phương pháp thứ hai là phản ứng với sự tham gia của silicon hydrogen Si-H với các liên kết carbon chưa bão hòa, thường là nhóm vinyl (-CH=CH2) Đây là phản ứng rất đặc biệt và phương pháp này cho phép kiểm soát chính xác mật độ liên kết ngang

5 Vật liệu cách điện cao su silicone - PDMS

Polydimethylsiloxane (PDMS) có một đặc tính đa dạng đó là nó có thể tạo ra

sự phù hợp đặc biệt đối với những ứng dụng điện cao áp Chúng sắp xếp từ

sự trải qua thời gian, lớp vỏ trơn trượt, những phân tán với chất đàn hồi, những điều đó có thể được áp dụng cho những cách điện đang tồn tại để cải thiện sự hạn chế tạo tấm phim nước và ngăn ngừa hồ quang và đánh thủng cách điện composite được làm từ cao su silicone đối với các hệ thống điện cải tạo hoặc mới Vấn đề trung tâm của PDMS trong ứng dụng điện cao áp

là năng lượng bề mặt của nó thấp, tính kỵ nước, và thời gian làm việc dài trong một môi trường đa dạng Khả năng của nó khôi phục mạnh tính kỵ nước sau khi bị tác động bởi vầng quang và các hình thức diễn ra tương tự như xử lý Plasma cũng là một nhân tố quan trọng

PDMS là hợp chất silicone hầu hết thông dụng và được sử dụng duy nhất cho các ứng dụng điện cao áp Đã so sánh với các hợp chất cao phân tử hydrocabon hữu cơ, PDMS ổn định về nhiệt và hoạt động ngoài độ rộng thang của nhiệt độ cả cao và thấp Nó chịu đựng được nhiều hơn đối với sự tấn công của ôxy hoá và ozôn Khía cạch yếu hơn của tính bền môi trường PDMS là ổn định về nước ở mức cao độ pH và khả năng chịu đựng bức xạ γ

Nó cũng là một loại hợp chất cao phân tử với năng lượng bề mặt rất thấp chỉ những hợp chất dựa trên tên nhóm fluorocarbon béo là có ý nghĩa thấp hơn trong năng lượng bề mặt của chúng

Theo danh sách dưới, sự phân bố định tính được tóm tắt những đặc tính có thể đạt được đối với làm việc của cách điện silicone bởi hợp chất cao phân

tử PDMS

- Năng lượng bề mặt thấp

- Tính kỵ nước

- Chống dính bề mặt (thiên về tính trơn tru)

- Không hoà tan với nước

- Thành phần hợp chất cao phân tử trọng lượng phân tử thấp (LMW)

- Chịu đựng cực tốt về mặt thời tiết

- Phản ứng hoá học, độc tố, và tính dễ cháy thấp

- Nguy hại đến môi trường thấp

- Biến đổi nhiệt độ thấp của các đặc tính vật lý

- Mềm dẻo đối với nhiệt độ thấp

- Tính trong suốt đối với tia UV trong bầu khí quyển thông thường

Trong danh sách trên, Những giới hạn cao và thấp được xem để so sánh với các hợp chất polymer hydrocarbon hữu cơ Có 4 đặc tính chủ yếu của PDMS chúng là a) Phần ion tự nhiên cốt lõi siloxane b) Năng lượng liên kết cao c) Khả năng uốn dẻo duy nhất của nó d) Lực tác động giữa các phân tử thấp giữa các nhóm Methyl Các nhóm Methyl trên cốt lõi siloxane hình thành một vật liệu rất khác nhau đối với nhóm methyl trong một hydrocarbon

6 Những đặc tính chủ yếu của PDMS

6.1 Phần tính chất cốt lõi ion tự nhiên

Hầu hết cốt lõi hợp chất cao phân tử vô cơ được tổng hợp từ nhiều hơn một nguyên tử và điện cực khác nhau giữa chúng như những liên kết ở nhóm phân cực hoặc ion và nhóm cùng hoá trị Như tác giả Noll đã chỉ ra [1] điều này hình thành một cấu trúc kiểu cộng hưởng của liên kết siloxane của PDMS nơi khoảng cách không khí của silicone ở 0,165 nm có thể xem xét nhỏ hơn tổng bán kính nguyên tử của 2 phần tử Đó cũng là nguyên nhân bởi liên kết ở mức nhiều khả năng chịu đựng hạt nhân ghép nối hoặc tham gia năng lượng để được một nguyên tử (electrophilic) hơn toàn bộ những liên kết cùng hoá trị Trong trường hợp của PDMS sự khác nhau điện cực âm là 1,7 giữa silicone và ôxy trao đổi một tỷ lệ phân cực 41% hoặc đặc điểm ion trên liên kết siloxane Độ nhạy hợp lý của nó đối với thuỷ phân ở mức pH cực cao là hầu hết có ý nghĩa khác nhau giữa các hợp chất cao phân tử silicone và hữu cơ

Phản ứng giữa nước và siloxane, -Si-O-Si- + H2O ⇔ 2-Si-OH