ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ & ΤΕΧΝ. ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΣΥΝΘΕΤΙΚΟΙ ΜΟΝΩΤΗΡΕΣ ΚΑΙ ΕΠΙΚΑΛΥΨΕΙΣ ΚΕΡΑΜΙΚΩΝ ΜΟΝΩΤΗΡΩΝ ΥΨΗΛΗΣ ΤΑΣΗΣ

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ & ΤΕΧΝ. ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΥΨΗΛΩΝ ΤΑΣΕΩΝ Ρίο Πάτρα ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΣΥΝΘΕΤΙΚΟΙ ΜΟΝΩΤΗΡΕΣ ΚΑΙ ΕΠΙΚΑΛΥΨΕΙΣ ΚΕΡΑΜΙΚΩΝ ΜΟΝΩΤΗΡΩΝ ΥΨΗΛΗΣ ΤΑΣΗΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΣΗΣ ΤΗΣ ΡΥΠΑΝΣΗΣ ΤΩΝ ΜΟΝΩΤΗΡΩΝ ΤΩΝ ΔΙΚΤΥΩΝ ΚΑΙ ΤΟΥ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΥ ΥΨΗΛΗΣ ΤΑΣΗΣ Μάιος 2004

2 1.1 Εισαγωγή Η ρύπανση των μονωτήρων είναι ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα, τα οποία εμφανίζονται στα πλαίσια της λειτουργίας των Συστημάτων Μεταφοράς και Διανομής Ηλεκτρικής Ενέργειας. Συναντάται σε υπαίθριες εγκαταστάσεις Υψηλών Τάσεων, στην διεπιφάνεια που σχηματίζεται από την ηλεκτρική μόνωση και τον ατμοσφαιρικό αέρα. Γενεσιουργός αιτία είναι η επικάθιση ρύπων στην επιφάνεια της ηλεκτρικής μόνωσης και ως εκ τούτου η ανάπτυξη επιφανειακής αγωγιμότητας. Πρόκειται για ένα αρκετά σύνθετο πρόβλημα, η ανάπτυξη και εξέλιξη του οποίου εξαρτάται όχι μόνο από τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά του υπό μελέτη συστήματος, αλλά και από το εκάστοτε περιβάλλον λειτουργίας. 1.2 Ο μηχανισμός του φαινομένου Το πρώτο στάδιο στην εξέλιξη του φαινομένου, είναι η συγκέντρωση μιας ποσότητας ρύπων στην επιφάνεια της ηλεκτρικής μόνωσης, οι οποίοι έχουν ή όπως συνήθως συμβαίνει, μπορούν να αποκτήσουν ηλεκτρική αγωγιμότητα. Έτσι αναπτύσσεται στην επιφάνεια του μονωτήρα ένα αγώγιμο φιλμ, το οποίο επιτρέπει την ροή ενός επιφανειακού ρεύματος, γνωστό ως ρεύμα διαρροής (leakage current). Συνήθως, η ανάπτυξη της επιφανειακής αγωγιμότητας προϋποθέτει την σύμπραξη ενός μηχανισμού ύγρανσης, ώστε με διάλυση στο νερό του επιφανειακού στρώματος των ρύπων, να προκύψει τελικά αγωγιμότητα. Τέτοιοι μηχανισμοί μπορεί να είναι η ομίχλη, η ασθενής βροχόπτωση και η επιφανειακή συμπύκνωση λόγω θερμικής ακτινοβολίας. Συνεπώς, προκύπτει ότι στην επιφάνεια, δρουν ταυτόχρονα δύο αντίρροποι μηχανισμοί. Αφενός υπάρχει ο μηχανισμός της ύγρανσης, ο οποίος υποστηρίζει την αύξηση της αγωγιμότητας, με μέγιστο που εξαρτάται από την ποσότητα των ρύπων και αφετέρου υπάρχει και η ξηραντική δράση του ρεύματος διαρροής (απώλειες Joule), η οποία προκαλεί την εξάτμιση της επιφανειακής υγρασίας και ως εκ τούτου την μείωση της επιφανειακής αγωγιμότητας. Κατά συνέπεια η τιμή της αγωγιμότητας που τελικά προκύπτει σε κάθε σημείο εξαρτάται από την κατά τόπους ένταση του κάθε μηχανισμού, η οποία όμως δεν είναι η ίδια σε όλο το μήκος ερπυσμού. Αφενός η ύγρανση της επιφάνειας είναι ανομοιόμορφη και αφετέρου λόγω της σύνθετης γεωμετρίας που συνήθως έχουν οι μονωτήρες, η ξηραντική δράση του ρεύματος διαρροής είναι διαφορετική κατά μήκος του μονωτήρα. Έτσι, στις περιοχές όπου η ξηραντική δράση του ρεύματος υπερισχύει αυτής του μηχανισμού ύγρανσης, παρατηρείται μείωση της επιφανειακής αγωγιμότητας. 3

3 Είναι αναμενόμενο ότι οι ξηρές περιοχές θα επεκταθούν περιμετρικά του μονωτήρα, δεδομένου ότι ξεκινώντας από ένα τμήμα της περιμέτρου εξαναγκάζουν την αύξηση της πυκνότητας ρεύματος στο υπόλοιπο. Οπότε προκύπτει η ανάπτυξη μιας ξηράς ζώνης (dry band), η οποία πλέον εμποδίζει την ροή του ρεύματος, αυξάνοντας την συνολική αντίσταση. Πρέπει να σημειωθεί βέβαια ότι ταυτόχρονα στην επιφάνεια του μονωτήρα υπάρχουν και περιοχές όπου ο μηχανισμός ύγρανσης υπερισχύει και ως εκ τούτου έχουν υψηλότερη αγωγιμότητα. Με άλλα λόγια λόγω της αντίρροπης δράσης των μηχανισμών ύγρανσης και ξήρανσης, αλλά και της γεωμετρίας του μονωτήρα, η επιφάνεια συμπεριφέρεται ως μια ομάδα ωμικών αντιστάσεων σε σειρά. Οι αντιστάσεις αυτές έχουν διαφορετική τιμή ανάλογα με την θέση τους. Έτσι πλέον η κατανομή της τάσης κατά μήκος του μονωτήρα, είναι διαφορετική από αυτήν που ισχύει σε ξηρές συνθήκες και καθορίζεται από τις περιοχές υψηλής αντίστασης, δηλαδή τις ξηρές ζώνες. Το πρόβλημα που προκύπτει είναι ότι πλέον η καταπόνηση ανά μονάδα μήκους δεν καθορίζεται από την σχεδίαση του μονωτήρα, δηλαδή δεν είναι ελεγχόμενη, αλλά εξαρτάται από την κατανομή των ξηρών ζωνών, οι οποίες πλέον καταπονούνται περισσότερο, αφού έχουν υψηλότερη αντίσταση. Μάλιστα η καταπόνηση μπορεί να υπερβεί την αντοχή του αέρα που τις περιβάλει και έτσι παρατηρούνται τοπικές υπερπηδήσεις (dry band arcing). Στο σχήμα 1 φαίνεται η επιφανειακή δραστηριότητα σε μονωτήρες πορσελάνης κατά την διάσπαση ξηρών ζωνών. Σχήμα 1. Επιφανειακές υπερπηδήσεις ξηρών ζωνών 4

4 Η δραστηριότητα αυτή, η οποία αρχικά εστιάζεται στις ξηρές ζώνες, μπορεί όταν οι συνθήκες το ευνοούν, να επεκταθεί με αποτέλεσμα την συνολική υπερπήδηση (flashover) του μονωτήρα. Αξίζει να σημειωθεί ότι η υπερπήδηση δεν συνεπάγεται απαραίτητα και καταστροφή του μονωτήρα. Όμως, για το χρονικό διάστημα, κατά το οποίο οι συνθήκες είναι ευνοϊκές για το φαινόμενο, δεν είναι δυνατή η επανηλέκτριση της Γραμμής Μεταφοράς. Στο σχήμα 2 φαίνονται τα στάδια εξέλιξης του φαινομένου της ρύπανσης. Σχήμα 2. Στάδια εξέλιξης του φαινομένου της ρύπανσης των μονωτήρων 1.3 Η επίδραση του περιβάλλοντος. Στην επιφάνεια ενός μονωτήρα μπορεί να βρεθούν διάφοροι τύποι ρύπων. Η παράμετρος που ενδιαφέρει κάθε φορά είναι η αγωγιμότητα που έχουν ή μπορούν να αποκτήσουν. Έτσι διακρίνονται σε δύο κατηγορίες, τους ενεργούς (active), δηλαδή αυτούς που μπορούν να μεταλλαχθούν σε ένα αγώγιμο επιφανειακό φιλμ και από την άλλη μεριά τους αδρανείς ρύπους (inert). Η σύσταση που κάθε φορά συναντάται στην επιφάνεια ενός μονωτήρα, εξαρτάται από τις πηγές ρύπανσης και την απόσταση που αυτές έχουν από την εγκατάσταση. Πρέπει να σημειωθεί 5

5 ότι κατά μήκος μιας Γραμμής Μεταφοράς, μπορεί να καταγραφούν διαφορετικές συνθήκες ρύπανσης, ανάλογα με το τοπικό ανάγλυφο, τις συνθήκες και τις δραστηριότητες σε κάθε περιοχή. Συνήθως κάθε περίπτωση ανάγεται σε πρότυπα περιβάλλοντα, τα κυριότερα εκ των οποίων είναι: θαλάσσιο περιβάλλον (marine): η ρύπανση αποτελείται από ευδιάλυτα άλατα και κυρίως NaCl, ενώ η συγκέντρωση αδρανών υλικών είναι χαμηλή. βιομηχανικό (industrial): υψηλή συγκέντρωση αδρανών υλικών και αδιάλυτα οξέα ως αργά διαλυτά άλατα Έρημος (desert): άλατα και υψηλή συγκέντρωση αδρανών υλικών Αγροτικό (agricultural): υποπροϊόντα αγροτικών εργασιών Μικτό (mixed): συνδυασμός των παραπάνω Η γνώση της ακριβούς χημικής σύστασης έχει ιδιαίτερα μεγάλη σημασία. Για παράδειγμα, για τον ίδιο ρυθμό ύγρανσης, η παρουσία ευδιάλυτων αλάτων μπορεί να οδηγήσει σε σημαντική αύξηση της επιφανειακής αγωγιμότητας, σε σύντομο χρονικό διάστημα. Από την άλλη πλευρά, στην περίπτωση δυσδιάλυτων αλάτων απαιτείται μεγαλύτερη ποσότητα νερού και άρα περισσότερος χρόνος. Το κλίμα επίσης πρέπει να ληφθεί υπόψη, δεδομένου ότι η επίδραση του είναι σημαντική. Ανάλογα με την περίπτωση μπορεί να συμβάλλει θετικά ή αρνητικά στην εξέλιξη του φαινομένου. Για παράδειγμα, ο άνεμος είναι ο σημαντικότερος φορέας ρύπων στην επιφάνεια ενός μονωτήρα, όπως παράλληλα μπορεί να καταστείλει την επιφανειακή δραστηριότητα, είτε αναστέλλοντας τις συνθήκες ύγρανσης (μηχανισμός της συμπύκνωσης) είτε επιβάλλοντας την διακοπή των τόξων. Επιπλέον σε πολλές περιπτώσεις μπορεί να συμβάλλει και στον καθαρισμό του μονωτήρα. Η βροχή επίσης, μπορεί να δράσει είτε ως μηχανισμός μεταφοράς ρύπων (όξινη βροχή), είτε ως μηχανισμός καθαρισμού των μονωτήρων, ενώ στην περίπτωση της ασθενούς βροχόπτωσης καταγράφεται ως μηχανισμός ύγρανσης. Συνεπώς έχει πολύ μεγάλη σημασία η γνώση του κλίματος και ιδιαίτερα της αλληλουχίας και αλληλεπίδρασης μηχανισμών όπως ο άνεμος και η βροχόπτωση, ώστε να προβλεφθεί η συμπεριφορά της ηλεκτρικής μόνωσης. 1.4 Η επίδραση της σχεδίασης της ηλεκτρικής μόνωσης. Η σχεδίαση ενός μονωτήρα, δηλαδή η γεωμετρία που επιλέγεται και το υλικό, μπορεί να μεταβάλλει σημαντικά την συμπεριφορά του σε συνθήκες ρύπανσης. Η κατάλληλη σχεδίαση για 6

6 κάθε περιβάλλον, καθορίζεται σύμφωνα με τους μηχανισμούς μεταφοράς ρύπων, καθαρισμού και ύγρανσης που αναμένεται να εμφανιστούν. Επιπλέον βέβαια πρέπει να ληφθεί υπόψη και η ηλεκτρική καταπόνηση. Για παράδειγμα, ένας μονωτήρας με αεροδυναμικό προφίλ καθαρίζεται ευκολότερα από ότι κάποιος άλλος με προφίλ ομίχλης. Από την άλλη πλευρά όμως στην περίπτωση της ομίχλης, το προστατευμένο τμήμα του μήκους ερπυσμού θα εξασφαλίσει αξιόπιστη λειτουργία. Στο σχήμα 3 φαίνεται η σύγκριση δύο μονωτήρων με αεροδυναμικό προφίλ και προφίλ ομίχλης, όσον αφορά την ποσότητα των ρύπων που συγκεντρώνεται στην επιφάνεια. Προκύπτει ότι στον μονωτήρα με το προφίλ ομίχλης η ποσότητα των ρύπων είναι μεγαλύτερη από ότι στον μονωτήρα με το αεροδυναμικό προφίλ, παρά το γεγονός ότι η μέγιστη τιμή καταγράφεται στον τελευταίο. Σχήμα 3. (α) Μέτρηση της επιφανειακής ρύπανσης σε μονωτήρα με αεροδυναμικό προφίλ (β) Μέτρηση της επιφανειακής ρύπανσης σε μονωτήρα με προφίλ ομίχλης Από την στιγμή που μια ποσότητα ρύπων έχει συγκεντρωθεί, η εξέλιξη του φαινομένου εξαρτάται από τον μηχανισμό ύγρανσης και την αλληλεπίδραση του με την επιφάνεια. Η ιδιότητα που ενδιαφέρει είναι η επιφανειακή υδροφοβία. Στην περίπτωση υδρόφιλων υλικών, όπως η πορσελάνη και το γυαλί, η ύγρανση της επιφάνειας είναι δυνατή και ως εκ τούτου και η ανάπτυξη επιφανειακής αγωγιμότητας. Αντίθετα στην περίπτωση υδρόφοβης επιφάνειας, δεν είναι δυνατή η διαβροχή της από το νερό, με αποτέλεσμα την αναστολή της εξέλιξης του φαινομένου (σχήμα 4). Υδρόφοβη επιφάνεια συναντάται στα σύνθετα και πολυμερή υλικά, όπως το Silicone Rubber και το EPDM, τα οποία χρησιμοποιούνται ολοένα και περισσότερο σε υπαίθριες εγκαταστάσεις. 7

7 Σ (α) (β) Σχήμα 4. (α) Πλήρως υδρόφιλη επιφάνεια (β) Υδρόφοβη επιφάνεια 2. Silicone Rubber Το υλικό Silicone Rubber έχει επικρατήσει μεταξύ των σύνθετων υλικών, τα οποία χρησιμοποιούνται στα Δίκτυα Ηλεκτρικής Ενέργειας. Συνδυάζει τα πλεονεκτήματα των πολυμερών υλικών και ιδιαίτερα την ιδιότητα της υδροφοβίας, ενώ παράλληλα είναι ιδιαίτερα ανθεκτικό, σε σχέση με τα υπόλοιπα, στην επίδραση της ηλεκτρικής και περιβαλλοντικής καταπόνησης. 2.1 Η δομή του Silicone Rubber. Το Silicone Rubber, SIR ανήκει στην οικογένεια των ανόργανων πολυμερών (inorganic polymers). Πρόκειται για υλικά, τα οποία ακολουθούν την φιλοσοφία των οργανικών πολυμερών, όπου όμως στην κύρια αλυσίδα του μακρομορίου, έχει αντικατασταθεί ο άνθρακας με κάποιο άλλο στοιχειό, της IVA ομάδας του περιοδικού πίνακα των χημικών στοιχείων. Στην ομάδα αυτή ανήκουν επιπλέον του άνθρακα (C), το Γερμάνιο (Ge), ο κασσίτερος (Sn), και το πυρίτιο (Si). Στην περίπτωση του SIR ο άνθρακας αντικαθίσταται από το πυρίτιο, ενώ επιπλέον στην δομή προστίθεται και το οξυγόνο (σχήμα 5). Σχήμα 5. Ο συντακτικός τύπος του Silicon Rubber 8

8 2.2 Διαδικασία διασταύρωσης ή βουλκανισμού (crosslinking) Η διαδικασία του πολυμερισμού αναφέρεται στην συνένωση ενός πλήθος μορίων (μονομερών), με σκοπό τον σχηματισμό ενός μακρομορίου (πολυμερούς αλυσίδας), όπως φαίνεται στο σχήμα 6. Τα μακρομόρια που προκύπτουν όμως, δεν συνδέονται μεταξύ τους παρά αλληλεπιδρούν με δυνάμεις Van der Walls. Συνεπώς είναι πιθανό, ακόμη και σε θερμοκρασία δωματίου, το πολυμερές υλικό να είναι σε υγρή ή ακόμη και αέρια κατάσταση. Σχήμα 6 Το δομικό μόριο του Silicone Rubber και οι βασικοί τύποι μακρομορίου Έτσι με σκοπό τον σχηματισμό ενός στερεού ακολουθεί η διαδικασία του βουλκανισμού ή της διασταύρωσης (crosslinking), κατά την οποία αναπτύσσονται δεσμοί μεταξύ των μακρομορίων και ως εκ τούτου σχηματίζεται ένα πλέγμα στερεοποίησης. Το πρώτο βουλκανισμένο υλικό κατασκευάστηκε «κατά τύχη» το 1839 από τον Charles Goodyear, όταν προσπαθούσε να βελτιώσει τις ιδιότητες του φυσικού καουτσούκ. Στην περίπτωση αυτή η διασταύρωση, δηλαδή ο σχηματισμός δεσμών μεταξύ των αλυσίδων, έγινε με άτομα θείου. Στην περίπτωση του SIR βάσει της διαδικασίας του βουλκανισμού διακρίνονται τρεις τύποι υλικού. Το High Temperature Vulcanized (HTV), όπου η διαδικασία λαμβάνει χώρα σε υψηλή θερμοκρασία και πίεση, το Room Temperature Vulcanized (RTV) (one part και two part), όπου ο βουλκανισμός λαμβάνει χώρα σε θερμοκρασία δωματίου παρουσία υγρασίας (οι δεσμοί 9

9 διασταύρωσης γίνονται με οξυγόνο, σχήμα 7) και το Liquid Silicone Rubber (LSR) ή Liquid Injection Rubber (LIR), όπου ο βουλκανισμός γίνεται σε θερμοκρασία 150 o C με 200 o C. Σχήμα 7. Δεσμοί διασταύρωσης στο RTVSilicone Rubber Από τα είδη αυτά το HTV, το οποίο έχει την μεγαλύτερη μηχανική αντοχή και διάρκεια ζωής, χρησιμοποιείται για την κατασκευή μονωτήρων, το one part RTV ως επικάλυψη, ενώ το LIR έχει περιορισμένη εφαρμογή. Αξίζει να σημειωθεί ότι για την κατασκευή μονωτήρων παλιότερα είχε χρησιμοποιηθεί και RTV SIR, το οποίο όμως εγκαταλείφθηκε δεδομένης της υπεροχής του HTV SIR. 2.3 Αξιολόγηση της δομής υλικού Αξιολόγηση της δομής υλικού σε σχέση με τα πολυμερή Το κύριο μειονέκτημα των κλασικών πολυμερών, όσον αφορά την χρήση τους στην ηλεκτρική μόνωση υπαίθριων ηλεκτρικών δικτύων, είναι η χαμηλή ανθεκτικότητα που εμφανίζουν στην ηλεκτρική και περιβαλλοντική καταπόνηση, με αποτέλεσμα η διάρκεια ζωής τους να είναι περιορισμένη. Στον πίνακα 2.1 φαίνονται οι συνήθεις πηγές γήρανσης στην περίπτωση των υπαίθριων μονώσεων. Ουσιαστικά κάθε περίπτωση μπορεί να αναχθεί σε ένα μηχανισμό προσφοράς ενέργειας στο υλικό, η οποία μπορεί να μεταβάλλει τα χαρακτηριστικά του, προκαλώντας διάσπαση της αλυσίδας του πολυμερούς, είτε σε μικρότερες αλυσίδες (chain scission), είτε στα μονομερή συστατικά. Επιπλέον μπορεί να παρατηρηθούν και αντιδράσεις αντικαταστάσεις. 10

10 Πίνακας 2.1 Συνήθεις πηγές γήρανσης στην περίπτωση των υπαίθριων μονώσεων Κατηγορία Περιβαλλοντική καταπόνηση Ηλεκτρική καταπόνηση Πηγή γήρανσης Υπεριώδης ακτινοβολία Υγρασία - βροχόπτωση Όξινη βροχή Θερμότητα Βιολογική ρύπανση Ηλεκτρικό πεδίο Ρεύμα διαρροή ξηρές ζώνες Στην περίπτωση του SIR, η αντικατάσταση του άνθρακα από το πυρίτιο και η ανάπτυξη της αλυσίδας του υλικού με δεσμούς πυριτίου οξυγόνου, οδηγεί στον σχηματισμό ενός μακρομορίου με αισθητά ανώτερη ανθεκτικότητα, σε σχέση με τον αντίστοιχο οργανικό (με άνθρακα). Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι ο δεσμός Si-O είναι ισχυρότερος σε σχέση με τους υπόλοιπους δεσμούς που συναντώνται στα συγκεκριμένα υλικά, με αποτέλεσμα να απαιτείται περισσότερη ενέργεια για την διάσπαση του. Έτσι το SIR είναι σαφώς ανθεκτικότερο και έχει μεγαλύτερη διάρκεια ζωής, σε σχέση με υλικά όπως το EPDM. Στον πίνακα 2.2 φαίνονται οι ενέργειες των δεσμών που συνήθως εμφανίζονται στα συγκεκριμένα υλικά, όπου ακριβώς προκύπτει η μεγαλύτερη ισχύς του δεσμού Si O, ιδιαίτερα σε σχέση με τον δεσμό C-C. Πίνακας 2.2 Ενέργειες δεσμών σε πολυμερή υλικά για υπαίθριες μονώσεις Δεσμός Ενέργεια Δεσμού σε kjoule/mole -Si-O C-H C-O C-C Si-C

11 -Si-H- 318 Επίδραση της υπεριώδους ακτινοβολίας. Η υπεριώδης ακτινοβολία που προσπίπτει στην επιφάνεια ενός υλικού στο περιβάλλον, προέρχεται από τον ήλιο. Η ενέργεια που τελικά φθάνει στην επιφάνεια της γης κυμαίνεται στην περιοχή από 290nm μέχρι τα 350nm. Η περιοχή αυτή αντιστοιχεί σε ενέργεια από 342kJ/Mole (350nm) μέχρι 412kJ/Mole (290nm). Έτσι από τον πίνακα 2.2 προκύπτει ότι η ενέργεια που προσπίπτει στην επιφάνεια δεν είναι αρκετή για να προκαλέσει την διάσπαση του δεσμού Si-O. Συνεπώς δεν είναι πιθανή η διάσπαση της κύριας αλυσίδας του μακρομορίου αλλά και των δεσμών διασταύρωσης. Αντίθετα, είναι δυνατή η διάσπαση του δεσμού C-C που συναντάται στα οργανικά πολυμερή αλλά και του δεσμού Si C. Στην τελευταία περίπτωση, είναι δυνατή η εκτέλεση αντιδράσεων αντικατάστασης των πλευρικών μεθυλίων στην αλυσίδα του SIR. Επίδραση του νερού Η παρουσία του νερού στην επιφάνεια του υλικού προκαλεί αρχικά απώλεια της υδροφοβίας. Αυτό οφείλεται αφενός στο γεγονός ότι τα χαμηλού μοριακού βάρους μόρια στην επιφάνεια του υλικού διαλύονται στο νερό και κατά συνέπεια απομακρύνονται και αφετέρου στο γεγονός ότι η πολικότητα του μορίου του νερού, επιβάλλει τον επαναπροσανατολισμό των πλευρικών μεθυλίων προς το εσωτερικό. Έτσι μεσολαβεί κάποιο διάστημα που είναι δυνατή η ροή ρεύματος διαρροής στην επιφάνεια του υλικού και η ηλεκτρική δραστηριότητα που την συνοδεύει. Δεδομένης λοιπόν της ενέργειας που προσφέρεται από τις εκκενώσεις και της παρουσίας νερού στην επιφάνεια, είναι δυνατό να λάβουν χώρα αντιδράσεις αντικατάστασης των πλευρικών μεθυλίων με υδροξύλια, αλλά και των μεθυλίων στα τέρματα αλυσίδων. Επιπλέον ακόμη και όταν η επιφάνεια του υλικού διατηρεί υδρόφοβη συμπεριφορά, ο σχηματισμός σταγόνων νερού συνεπάγεται την τοπική ενίσχυση του ηλεκτρικού πεδίου και την ανάπτυξη φαινομένου Corona. Έχει υπολογιστεί ότι στα άκρα της σταγόνας η ενίσχυση του ηλεκτρικού πεδίου μπορεί να φθάσει μέχρι και τις έξι φορές. Αξίζει να σημειωθεί ότι ο μηχανισμός αυτός λαμβάνει χώρα από την έναρξη της εφαρμογής του υλικού και φαίνεται να συνεισφέρει σημαντικά στον βαθμό γήρανσης. Επίδραση της θερμοκρασίας 12

12 Η συμβολή της θερμοκρασίας στην γήρανση αναφέρεται κυρίως στην αύξηση της κινητικότητας των μορίων, με αποτέλεσμα να είναι ευκολότερη η διάσπαση της αλυσίδας του μακρομορίου. Αξίζει να σημειωθεί ότι έχουν καταγραφεί θερμοκρασίες σε σημεία μονωτήρων που πλησιάζουν ακόμη και τους 400 ο C (Hot Spot). Επίδραση της ηλεκτρικής δραστηριότητας Η ηλεκτρική δραστηριότητα στην επιφάνεια του μονωτήρα αποδίδεται σε δύο φαινόμενα. Το πρώτο είναι το φαινόμενο Corona, το οποίο εμφανίζεται σε σημεία ενίσχυσης του ηλεκτρικού πεδίου. Το δεύτερο είναι το φαινόμενο της ρύπανσης και οι διασπάσεις των ξηρών ζωνών που το συνοδεύουν Αξιολόγηση της δομής υλικού σε σχέση με τα κεραμικά υλικά Η πορσελάνη και το γυαλί χρησιμοποιούνται από τα πρώτα βήματα της ηλεκτρικής βιομηχανίας. Πρόκειται για ιδιαίτερα ανθεκτικά υλικά, με μεγάλη διάρκεια ζωής, τα οποία όμως παρουσιάζουν σημαντικά προβλήματα, στην περίπτωση της ρύπανσης, λόγω της υδρόφιλης επιφάνειας που εμφανίζουν. Η υδροφοβία είναι μια ιδιότητα άμεσα συναρτημένη με την δομή ενός υλικού και ιδιαίτερα κοντά στην επιφάνεια, όπου παρατηρείται μια κατάσταση ανισορροπίας, όσον αφορά την αλληλεπίδραση των μορίων μεταξύ τους. Πράγματι, τα μόρια που βρίσκονται στο εσωτερικό του υλικού, δέχονται δυνάμεις συμμετρικά από όλα τα μόρια γύρω τους, όπως φαίνεται στο σχήμα 8. Από την άλλη μεριά, τα μόρια κοντά στην επιφάνεια δέχονται δυνάμεις μόνο από το εσωτερικό και από τα υπόλοιπα μόρια της επιφάνειας, οπότε προκύπτει μια περίσσεια ενέργειας, η οποία εκφράζεται από την επιφανειακή τάση γ. 13

13 Συνισταμένη δύναμη ίση με μηδέν Συνισταμένη δύναμη διάφορη του μηδενός Σχήμα 8 Τα μόρια στο εσωτερικό ενός στερεού και οι δυνάμεις που δέχονται και αντίστοιχα στην επιφάνεια Όταν λοιπόν στην επιφάνεια ενός στερεού τοποθετηθεί μια σταγόνα από κάποιο υγρό, τότε η περίσσεια ενέργειας συνεπάγεται την άσκηση δυνάμεων μεταξύ της επιφάνειας του στερεού και της σταγόνας. Επιπλέον τα μόρια στην επιφάνεια της σταγόνας δέχονται δυνάμεις από το εσωτερικό της, προς την κατεύθυνση της μείωσης της επιφανειακής ενέργειας, με μείωση της επιφάνειας. Όταν το στερεό είναι αρκετά ισχυρό (ισχυρή δομή), οι δυνάμεις που εξασκεί μπορεί να υπερβούν τις δυνάμεις συνοχής της σταγόνας και να παρατηρηθεί διαβροχή της επιφάνειας (υδρόφιλη συμπεριφορά- σχήμα 4α ). Στην αντίθετη περίπτωση, η σταγόνα διατηρεί τον όγκο της και δεν παρατηρείται διαβροχή της επιφάνειας (υδρόφοβη συμπεριφορά- σχήμα 4β ). Το πλεονέκτημα που προκύπτει στην περίπτωση της υδρόφοβης επιφάνειας είναι ότι από την στιγμή που δεν είναι δυνατή η διαβροχή της, δεν είναι δυνατή η διάλυση των ρύπων και έτσι αναστέλλεται η εξέλιξη του φαινομένου της ρύπανσης. Δυστυχώς όμως, σύμφωνα με την παραπάνω ανάλυση, η υδροφοβία είναι μια ιδιότητα που συναντάται σε ασθενή υλικά. Στο σχήμα 9 φαίνονται οι τιμές της επιφανειακής τάσης για διάφορα υλικά, τα οποία χρησιμοποιούνται στην κατασκευή ηλεκτρικών μονωτήρων. Φαίνεται ακριβώς ότι το γυαλί και ακόμη περισσότερο η πορσελάνη έχουν επιφανειακή τάση σαφώς μεγαλύτερη από το νερό, γεγονός που υποδεικνύει υδρόφιλη συμπεριφορά. Αντίθετα, τα σύνθετα υλικά λόγω της ασθενέστερης δομής, έχουν σαφώς μικρότερη επιφανειακή τάση και συνεπώς είναι υδρόφοβα. 14

14 Σχήμα 9 Τιμές επιφανειακής τάσης για διάφορα υλικά Η ιδιαίτερα χαμηλή τιμή της επιφανειακής τάσης για το SIR αξίζει προσοχής, δεδομένου ότι τόσο τα κεραμικά υλικά όσο και αυτό βασίζονται στον ισχυρό δεσμό Si-O (σχήμα 10), στον οποίο μάλιστα αποδίδεται η ανθεκτικότητα και των δύο. Παρά ταύτα η συμπεριφορά του SIR, όσον αφορά την υδροφοβία διαφέρει σημαντικά. Σχήμα 10. Γυαλί υψηλής καθαρότητας 3. Υδροφοβία στο Silicone Rubber Παρά την ύπαρξη του δεσμού πυριτίου οξυγόνου στην δομή του Silicone Rubber, το υλικό είναι υδρόφοβο. Το γεγονός αυτό αποδίδεται στα πλευρικά μεθύλια της αλυσίδας και ιδιαίτερα στον προσανατολισμό που αυτά έχουν προς την επιφάνεια.(σχ.11). Έτσι απομακρύνεται ο δεσμός Si-O και η επιφανειακή ενέργεια κυμαίνεται σε μικρότερα επίπεδα. 15

15 Σχήμα 11 Προσανατολισμός των πλευρικών μεθυλίων προς την επιφάνεια Βέβαια δεδομένης της ασθενούς δομής του υλικού η παραπάνω διάταξη μπορεί εύκολα να μεταβληθεί με αποτέλεσμα την απώλεια της υδροφοβίας. Επιπλέον η επικάθιση ρύπων επίσης ανατρέπει την υδρόφοβη συμπεριφορά. Προκύπτει δηλαδή ότι κατά την εφαρμογή του υλικού είναι πιθανή και η απώλεια της επιφανειακής υδροφοβίας Μηχανισμοί ανάκτησης της υδροφοβίας Ο πρώτος μηχανισμός ανάκτησης της υδροφοβίας σχετίζεται με τον επαναπροσανατολισμό των πλευρικών μεθυλίων. Πρόκειται για ένα αρκετά γρήγορο μηχανισμό, ο οποίος εμφανίζεται σε δύο εκδοχές. Στην πρώτη περίπτωση, τα μεθύλια που για κάποιο λόγω είχαν ωθηθεί προς το εσωτερικό, ανακτούν τον αρχικό προσανατολισμό τους προς την επιφάνεια, απομακρύνοντας έτσι την κύρια αλυσίδα (δεσμός Si-O) από αυτή. Στην δεύτερη εκδοχή υδροξύλια, τα οποία είναι υδρόφιλα, έχουν αντικαταστήσει πλευρικά μεθύλια, ως αποτέλεσμα μηχανισμών γήρανσης (σχήμα 12), οπότε ο επαναπροσανατολισμός των μεθυλίων περιλαμβάνει επιπλέον και την απομάκρυνση των υδροξυλίων από την επιφάνεια. Σχήμα 12 Μηχανισμός αντικατάστασης των μεθυλίων από υδροξύλια 16

16 Ο παραπάνω μηχανισμός εξασφαλίζει σε μικρό βαθμό την ανάκαμψη της υδροφοβίας. Ο κύριος μηχανισμός ανάκτησης βασίζεται στην διάχυση μορίων χαμηλού μοριακού βάρους (LMW, Low Molecular Weight molecules), από τον όγκο του υλικού προς την επιφάνεια. Τα μόρια αυτά σχηματίζονται κατά την διαδικασία του πολυμερισμού, δεδομένου ότι δεν είναι πρακτικά δυνατό, όλες οι αλυσίδες να έχουν το ίδιο μήκος και έτσι το μοριακό βάρος των μορίων ακολουθεί μια στατιστική κατανομή ανάλογα πάντα με την μέθοδο. Επιπλέον της ποσότητας των LMW μορίων που υπάρχουν στο υλικό, δημιουργούνται και άλλα στην επιφάνεια του υλικού, όταν μεγαλύτερες αλυσίδες διασπώνται σε μικρότερες, ως αποτέλεσμα της καταπόνησης (ηλεκτρικής και περιβαλλοντικής) που υφίσταται το υλικό. Βέβαια αυτός ο μηχανισμός αναγέννησης δεν τροφοδοτεί με μεγάλες ποσότητες LMW μορίων και έτσι κύρια πηγή αποτελεί η ποσότητα του υλικού που δεν μετέχει στην διαδικασία διασταύρωσης. Όταν λοιπόν στην επιφάνεια του υλικού επικαθίσουν ρύποι, λόγω της διαφοράς συγκέντρωσης, μόρια χαμηλού μοριακού βάρους κινούνται από τον όγκο του υλικού προς την επιφάνεια. Η κίνηση αυτή είναι εφικτή, δεδομένου ότι τα μόρια είναι μικρά και έτσι μπορούν να κινηθούν μέσα από το πλέγμα του υλικού, ενώ παράλληλα λόγω της θερμικής κίνησης των μορίων, τα LMW μόρια δύσκολα μετέχουν στην σύνθεση του πλέγματος και άρα είναι ελεύθερα. Έτσι με τον τρόπο αυτό και όσο αυξάνει η συγκέντρωση των μορίων του πολυμερούς στο στρώμα των ρύπων, αλλάζει ο υδρόφιλος χαρακτήρας σε υδρόφοβο. Όπως είναι αναμενόμενο, αυτή η διαδικασία μετάδοσης της ιδιότητας της υδροφοβίας, απαιτεί πεπερασμένο χρονικό διάστημα για την ολοκλήρωση της. Μάλιστα η ταχύτητα εξέλιξης της είναι συνάρτηση της διαφοράς συγκέντρωσης, της θερμοκρασίας (σχήμα 13), της ευκινησίας των LMW μορίων και της απόστασης που απέχουν από την επιφάνεια. Συνεπώς μεσολαβεί ένα ορισμένο χρονικό διάστημα, κατά το οποίο είναι δυνατή η εξέλιξη του φαινομένου της ρύπανσης, με ανάπτυξη ρεύματος διαρροής, ξηρών ζωνών κτλ. 17

17 θ/θ αρχ Celcius 23 Celcius 60 Celcius Hours Σχήμα 13 Επίδραση της θερμοκρασίας στην ανάκαμψη της υδροφοβίας. 4. Υλικά RTV Silicone Rubber Η εφαρμογή των Room Temperature Vulcanized Silicon Rubber coatings ή RTV SIR επικαλύψεων για την αντιμετώπιση της ρύπανσης των μονωτήρων ξεκίνησε πιλοτικά το 1968 στις Η.Π.Α., φθάνοντας στην πρώτη μαζική εφαρμογή το 1987 επίσης στις Η.Π.Α. Τα μέχρι τώρα αποτελέσματα είναι ιδιαίτερα ενθαρρυντικά δεδομένου ότι στην βιβλιογραφία αναφέρονται εφαρμογές που απαριθμούν περισσότερα από 10 χρόνια λειτουργίας χωρίς πρόβλημα (Trouble Free Operation), σε διάφορα περιβάλλοντα ρύπανσης (θαλάσσιο, βιομηχανικό κ.α). Στην Ελλάδα η πρώτη μαζική εφαρμογή τέτοιων υλικών έγινε από τον Τομέα Δικτύων Μεταφοράς Κρήτης Ρόδου το

18 Σχήμα 14 Μ/Σ έντασης με επικάλυψη από RTV SIR σε Υ/Σ 150kV του Συστήματος Μεταφοράς Κρήτης. 4.1 Εφαρμογή των υλικών RTV SIR για την αντιμετώπιση της ρύπανσης των μονωτήρων Τα RTVs χρησιμοποιούνται κυρίως για την αντιμετώπιση της ρύπανσης σε ήδη εγκατεστημένο εξοπλισμό, με μόνωση από πορσελάνη ή γυαλί, δεδομένου ότι τοποθετούνται υπό μορφή διαλύματος, το οποίο αργότερα στερεοποιείται σε θερμοκρασία δωματίου. Έτσι είναι δυνατό να καλυφθούν επιφάνειες με σύνθετα γεωμετρικά σχήματα όπως αυτά των μονωτήρων. Επιπλέον η εφαρμογή τους απευθύνεται ως επί το πλείστο σε Υποσταθμούς, δεδομένου ότι στην περίπτωση αυτή ο εξοπλισμός είναι συγκεντρωμένος γεωγραφικά και έτσι το κόστος τοποθέτησης είναι χαμηλό (μεγάλος συντελεστής μονωτικής επιφάνειας προς επιφάνεια κάλυψης εξοπλισμού). Στην περίπτωση των Γραμμών Μεταφοράς, φαίνεται ως καλύτερη επιλογή η χρήση μονωτήρων από σύνθετα υλικά και ιδιαίτερα SIR, ακόμη και στην περίπτωση ήδη εγκατεστημένου εξοπλισμού, οπότε απαιτείται αντικατάσταση των κεραμικών μονωτήρων (μικρός συντελεστής μονωτικής επιφάνειας προς επιφάνεια κάλυψης εξοπλισμού). Αξίζει βέβαια να σημειωθεί ότι στην βιβλιογραφία αναφέρονται περιπτώσεις εφαρμογής RTVs σε Γραμμές Μεταφοράς. 4.2 Σύνθεση των υλικών RTV SIR. Επιπλέον του βασικού συστατικού που είναι το πολυμερές (PDMS), στο υλικό, το οποίο διατίθεται στην μορφή διαλύματος, υπάρχουν διάφορα προσθετικά με σκοπό την διαμόρφωση των ηλεκτρικών και φυσικών ιδιοτήτων του, όπως για παράδειγμα το χρώμα. Είναι αναμενόμενο 19

19 ότι η τελική σύνθεση του υλικού έχει σημαντική επίδραση στην απόδοση και στην διάρκεια ζωής του, γεγονός που πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά την αξιολόγηση διαφορετικών RTVs. Διαλύτες Ο διαλύτης δρα ως μέσο μεταφοράς του υλικού στην επιφάνεια του μονωτήρα. Όταν αυτό τοποθετηθεί ο διαλύτης εξατμίζεται και ξεκινά η διαδικασία του βουλκανισμού, η οποία ευθύνεται για την στερεοποίηση του υλικού. Ο τύπος του διαλύτη έχει ιδιαίτερη σημασία όσον αφορά την διαδικασία τοποθέτησης του υλικού. Όταν η ρευστότητα του διαλύματος είναι ικανοποιητική, τότε η σωστή τοποθέτηση του υλικού στο κατάλληλο πάχος είναι ευκολότερη και άρα και η αποτελεσματικότητα του υλικού καλύτερη. Συνήθως ως διαλύτες χρησιμοποιούνται η νάφθα, η οποία όμως είναι εύφλεκτη και άρα δεν είναι κατάλληλη για την τοποθέτηση του υλικού υπό τάση, και το 1,1,1 τριχλωροαιθάνιο το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί και για τοποθέτηση υπό τάση. Προσθετικά ενίσχυσης (renforcing fillers) Τα προσθετικά ενίσχυσης (renforcing fillers) σκοπό έχουν να αυξήσουν την ανθεκτικότητα του υλικού σε διάφορους παράγοντες καταπόνησης. Στα RTVs συνήθως προστίθεται ένυδρη αλουμίνα (ATH) για την αντιμετώπιση των φαινομένων tracking και errosion, τα οποία λαμβάνουν χώρα ως αποτέλεσμα της επιφανειακής δραστηριότητας, κατά την διάρκεια του χρονικού διαστήματος απώλειας της υδροφοβίας (dry band arcing). Η παρουσία της ΑΤΗ στην σύνθεση του υλικού πράγματι βελτιώνει την ανθεκτικότητα του σε σχέση με τα παραπάνω φαινόμενα, όμως δρα αρνητικά όσον αφορά το μηχανισμό μετάδοσης της υδροφοβίας. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι σε συγκεκριμένη ποσότητα υλικού, η προσθήκη ΑΤΗ συνεπάγεται μείωση του ποσοστού του πολυμερούς σε ελεύθερη μορφή (silicone oil), με αποτέλεσμα η διαφορά συγκέντρωσης σε σχέση με την επιφάνεια να είναι μικρότερη και άρα και η ταχύτητα διάχυσης επίσης μικρότερη. Επιπλέον τα μόρια της ΑΤΗ σχηματίζουν ένα πλέγμα το οποίο καθυστερεί την κίνηση των χαμηλού μοριακού βάρους μορίων (LMW) του πολυμερούς προς την επιφάνεια. Υπάρχει λοιπόν μια βέλτιστη συγκέντρωση ΑΤΗ, η οποία προσφέρει την μέγιστη δυνατή διάρκεια ζωής (σχήμα 15). 20

20 Σχήμα 15 Βέλτιστη περιεκτικότητα ΑΤΗ σε σχέση με την διάρκεια ζωής του υλικού Επιπλέον πρέπει να ληφθεί υπόψη και το μέγεθος του σωματιδίου της ΑΤΗ. Από εργαστηριακές μετρήσεις προκύπτει ότι το βέλτιστο μέγεθος είναι της τάξης των 4,5 μm (σχήμα 16). Σωματίδια μικρότερα δεν κατανέμονται ομοιόμορφα στην επιφάνεια και έτσι η ΑΤΗ είναι λιγότερο αποτελεσματική. Από την άλλη μεριά μεγάλα σωματίδια εμποδίζουν περισσότερο την κίνηση των LMW μορίων προς την επιφάνεια επιβραδύνοντας την ανάκτηση της υδροφοβίας. Παράλληλα σημαντική είναι η επίδραση του μεγέθους στην θερμική αγωγιμότητα της επικάλυψης και στην κίνηση των LMW μορίων λόγω της προσκόλλησης τους πάνω στα μόρια της ATH. Σχήμα 16 Επίδραση του μεγέθους του μορίου ΑΤΗ σε σχέση με την διάρκεια ζωής του υλικού Προσθετικά προσκόλλησης (Adhesion Promoters) Όταν το υλικό τοποθετηθεί πάνω στην επιφάνεια της μόνωσης και στερεοποιηθεί, αποτελεί ένα «ξένο» σώμα, το οποίο με κάποιο μηχανισμό πρέπει να προσκολληθεί σε αυτήν. Σε αντίθετη περίπτωση το υλικό κινδυνεύει από παράγοντες όπως ο άνεμος, ο οποίος 21

21 εκμεταλλευόμενος αδυναμίες της εφαρμογής, όπως ρηγματώσεις από διάβρωση (errosion), μπορεί να ανασηκώσει και τελικά να απομακρύνει τμήματα του υλικού. Επιπλέον το πλύσιμο το οποίο είναι απαραίτητο για την απομάκρυνση αδρανών υλικών όπως π.χ. το τσιμέντο, μπορεί επίσης να προκαλέσει αποκόλληση του υλικού. Έτσι στην σύνθεση των υλικών προστίθενται ουσίες που εξασφαλίζουν την προσκόλληση στην επιφάνεια της μόνωσης και έτσι τέτοια προβλήματα έχουν πια ξεπεραστεί στην τελευταία γενιά υλικών. Στο σχήμα 17 φαίνεται η τομή ενός μονωτήρα και διακρίνεται η RTV SIR επικάλυψη στην επιφάνεια. Σχήμα 17 Τομή μονωτήρα πορσελάνης με επικάλυψη RTV Άλλα προσθετικά Επιπλέον των παραπάνω, στην τελική σύνθεση του υλικού υπάρχουν και άλλα προσθετικά, όπως για παράδειγμα καταλύτες διασταύρωσης (crosslinking agents) και χρώμα. Συνήθως τα υλικά διατίθενται σε άσπρο, γκρι ή πράσινο χρώμα και κάποιες φορές μπλε. Το χρώμα έχει αξία όσον αφορά την διαδικασία τοποθέτησης δεδομένου ότι αποτελεί μια ένδειξη για το ποσοστό κάλυψης και το πάχος του υλικού. Βέβαια πρέπει να σημειωθεί ότι στην περίπτωση ανοιχτών χρωμάτων όπως το άσπρο, μπορεί να δημιουργηθεί λάθος εντύπωση, λόγω του ότι η ποσότητα των ρύπων που συγκεντρώνεται φαίνεται έντονα, χωρίς αυτό να συνεπάγεται απαραίτητα πρόβλημα, όπως θα συνέβαινε αν δεν είχαν καλυφθεί οι μονωτήρες. 22

22 ΕΦΑΡΜΟΓΗ, ΧΡΗΣΗ ΚΑΙ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗ ΕΠΙΚΑΛΥΨΕΩΝ R.T.V. SILICONE RUBBER ΣΕ ΚΕΡΑΜΙΚΟΥΣ ΜΟΝΩΤΗΡΕΣ ΥΨΗΛΗΣ ΤΑΣΗΣ 1. Εισαγωγή Η ρύπανση των μονωτήρων αποτελεί ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα για τις υπαίθριες εγκαταστάσεις Υψηλών Τάσεων. Τα τελευταία χρόνια για την αντιμετώπιση του προβλήματος έχει επικρατήσει η χρήση σύνθετων πολυμερών υλικών. Στα υλικά αυτά η επιφάνεια εμφανίζει υδρόφοβη συμπεριφορά, αποτρέποντας κατά αυτόν τον τρόπο την ανάπτυξη του γνωστού αγώγιμου επιφανειακού φιλμ ρύπων, το οποίο αποτελεί το σημαντικότερο στάδιο του προβλήματος. Συνεπώς σε νέες εγκαταστάσεις επιλέγεται η τοποθέτηση μονωτήρων από σύνθετα υλικά, ενώ πολλές φορές προκύπτει συμφέρουσα και η αντικατάσταση των ήδη τοποθετημένων κεραμικών μονωτήρων. Παράλληλα σε περιπτώσεις όπου δεν είναι δυνατή η αντικατάσταση ή το κόστος αυτής είναι αρκετά υψηλό προτείνεται ως εναλλακτική λύση η τοποθέτηση επικαλύψεων. Οι επικαλύψεις από R.T.V. Silicone Rubber είναι ο επικρατέστερος τύπος μεταξύ αυτών που διατίθενται στην αγορά (silicon grease κ.α.), εξασφαλίζοντας αναβαθμισμένη συμπεριφορά και μεγαλύτερη διάρκεια ζωής. Η σύνθεση των επικαλύψεων βασίζεται στο Silicon Rubber, το οποίο χρησιμοποιείται με ιδιαίτερη επιτυχία και για την κατασκευή μονωτήρων, όπου όμως στην περίπτωση των επικαλύψεων αλλάζει ο τρόπος στερεοποίησης (βουλκανισμός). Το σύνηθες πεδίο εφαρμογής των επικαλύψεων είναι οι Υποσταθμοί Υ.Τ. όπου η αντικατάσταση των μονωτήρων (bushing, αλεξικέραυνα κτλ) είναι δύσκολη, είτε λόγω κόστους είτε λόγω περιορισμένης διαθεσιμότητας. Επιπλέον τα τελευταία χρόνια προκύπτει ως οικονομικά συμφέρουσα η τοποθέτηση προεπικαλυμένων κεραμικών μονωτήρων σε Γραμμές Μεταφοράς Μέσης Τάσης. 23

23 Ο συγκεκριμένος οδηγός αναφέρεται στην επιλογή, τοποθέτηση και συντήρηση των RTV SIR επικαλύψεων. Εικ.1 Μονωτήρες πορσελάνης 150kV με επικάλυψη από R.T.V. Silicone Rubber 2. Εφαρμογή του Silicone Rubber σε δίκτυα Μέσης και Υψηλής Τάσης Το silicone rubber ή ελαστομερές της σιλικόνης [1] είναι το επικρατέστερο σύνθετο υλικό μεταξύ αυτών που έχουν μέχρι σήμερα χρησιμοποιηθεί για την μόνωση υπαίθριων δικτύων (Outdoor Insulation) [2]. Ανήκει στην κατηγορία των ανόργανων πολυμερών (inorganic polymers), δηλαδή διατηρεί την δομή ενός οργανικού πολυμερούς (μακρομοριακές αλυσίδες κτλ), όπου όμως έχει αντικατασταθεί ο άνθρακας C από Πυρίτιο Si, (υλικά της ίδιας οικογένειας μπορούν να προκύψουν με την αντικατάσταση από άλλα στοιχεία όπως Γερμάνιο κτλ)[3]. 24

24 Εικ.2 Το βασικό μονομερές του Silicone Rubber Η διαδικασία δόμησης του συγκεκριμένου υλικού περιλαμβάνει μια σειρά από επιμέρους διαδικασίες μεταξύ των οποίων διακρίνονται ο πολυμερισμός και ο βουλκανισμός. Α. Πολυμερισμός Είναι η διαδικασία σύνθεσης των γνωστών μακρομοριακών αλυσίδων με συνένωση μονομερών [4,7]. Το μέγεθος των αλυσίδων αλλά και η γεωμετρία (ευθύγραμμες, κυκλικές κτλ) εξαρτάται από την μέθοδο που χρησιμοποιείται και από τις συνθήκες. Σε κάθε περίπτωση πάντως η διαδικασία του πολυμερισμού οδηγεί σε ένα πλήθος αλυσίδων, των οποίων τα χαρακτηριστικά (μέγεθος και γεωμετρία) ακολουθούν μια στατιστική κατανομή και ο έλεγχος της διαδικασίας αποσκοπεί ουσιαστικά στον καθορισμό των χαρακτηριστικών αυτής της κατανομής. Β. Βουλκανισμός Η διαδικασία του βουλκανισμού ακολουθεί τον πολυμερισμό και αποσκοπεί στην στερεοποίηση σκλήρυνση του υλικού [2,4-7]. Είναι απαραίτητη δεδομένου ότι τα μακρομόρια που προκύπτουν από τον πολυμερισμό, ανάλογα με το μέγεθος τους, βρίσκονται σε αέρια ή υγρή φάση (ασθενής διαμοριακές δυνάμεις). Έτσι δια της διαδικασίας του βουλκανισμού και την ανάπτυξη σταυροδεσμών μεταξύ των αλυσίδων ενισχύεται η συνοχή της δομής μέσω της ανάπτυξης ενός πλέγματος. (cross linking net). Βέβαια και πάλι παραμένουν ελεύθερα μακρομόρια τα οποία δεν μετέχουν στο πλέγμα. 25

25 Εικ.3 Ανάπτυξη σταυροδεσμών (cross R.T.V. SIR μέσω ατόμων οξυγόνου linking) στο Η διαδικασία του βουλκανισμού έχει ιδιαίτερη σημασία για το τελικό προϊόν που προκύπτει. Ειδικά για το Silicone Rubber διακρίνουμε τρία είδη ανάλογα με την διαδικασία του βουλκανισμού (συνθήκες και στοιχεία που συμμετέχουν)[2]: High Temperature Vulcanized (HTV): Η διαδικασία του βουλκανισμού λαμβάνει χώρα σε υψηλή θερμοκρασία (180 o C) και πίεσης. Χρησιμοποιείται κυρίως για την κατασκευή συνθετικών μονωτήρων (composite housings). Room Temperature Vulcanized (RTV): Διακρίνουμε δύο κατηγορίες, το one part RTV SIR, όπου η διαδικασία του βουλκανισμού λαμβάνει χώρα σε θερμοκρασία δωματίου με την συμβολή της υγρασίας και το two part RTV SIR, όπου ο βουλκανισμός λαμβάνει χώρα σε θερμοκρασία 60 ο C. Το one part RTV SIR χρησιμοποιείται στην τεχνολογία των επικαλύψεων, ενώ το two part RTV SIR χρησιμοποιείται για την κατασκευή μονωτήρων (housings). Liquid Silicone Rubber (LSR): Στο LSR η διαδικασία του βουλκανισμού λαμβάνει χώρα σε θερμοκρασία δωματίου 150 o C 200 o C. Χρησιμοποιείται κυρίως για την κατασκευή συνθετικών μονωτήρων (composite housings). 3. Σύνθεση RTV SIR Στην σύνθεση των επικαλύψεων RTV SIR περιλαμβάνονται επιπλέον του βασικού πολυμερούς και ένα πλήθος από προσμίξεις με σκοπό την διαμόρφωση βελτίωση των ιδιοτήτων του προϊόντος καθώς και πρόσθετα τα οποία βοηθούν την χρήση του. Στον πίνακα 1 καταγράφονται οι συνήθεις προσμίξεις. [2,8,9] 26

26 Πίνακας 1. Προσμίξεις στο RTV SIR Πρόσμιξη Σκοπός ΑΤΗ ή Silica Καταλύτης Ενισχυτικό προσκόλλησης Χρώμα Χρησιμοποιείται με στόχο την αύξηση της αντοχής του υλικού στην καταπόνηση που δέχεται από ενδεχόμενη επιφανειακή ηλεκτρική δραστηριότητα (φαινόμενα Tracking και Erosion) Υποστήριξη της διαδικασίας βουλκανισμού Ενίσχυση της ικανότητας προσκόλλησης του υλικού στην επιφάνεια του μονωτήρα Προστίθεται προς υποστήριξη της διαδικασίας τοποθέτησης (αξιολόγηση πάχους, κάλυψης κτλ) Το σύνολο που προκύπτει και η επιμέρους συνεισφορά κάθε πρόσμιξης συμβάλει σημαντικά στην καλή ή όχι συμπεριφορά του υλικού και στην διάρκεια ζωής του. Έτσι κάθε φορά, ανάλογα με το περιβάλλον και τις συνθήκες λειτουργίας πρέπει να επιλέγεται η βέλτιστη σύνθεση, η οποία μπορεί να προκύψει μετά από δοκιμαστική τοποθέτηση διάφορων υλικών σε πραγματικές συνθήκες αλλά και στο εργαστήριο. 4. Τοποθέτηση RTV SIR 4.1 Προετοιμασία του μονωτήρα Η επιφάνεια του μονωτήρα πριν από την τοποθέτηση του υλικού πρέπει να είναι καθαρή και στεγνή, ώστε να επιτευχθεί η βέλτιστη δυνατή προσκόλληση του υλικού. Στην συνήθη περίπτωση (αλάτι, σκόνη κτλ), ο καθαρισμός με νερό υπό υψηλή πίεση αρκεί, ενώ σε ιδιαίτερες περιπτώσεις ρύπων μπορούν να χρησιμοποιηθούν εξειδικευμένες μέθοδοι. Ιδιαίτερη αναφορά πρέπει να γίνει σε μονωτήρες όπου έχει προηγηθεί χρήση Silicon Grease. Στην περίπτωση αυτή πρέπει καταρχήν να απομακρυνθεί ο κύριος όγκος του υλικού (Silicon Grease) και στην συνέχεια με κατάλληλο διαλύτη (oil less) να απομακρυνθούν τα υπολείμματα από την επιφάνεια, ώστε να προκύψει η απαιτούμενη καθαρή και στεγνή επιφάνεια. Στον πίνακα 2 27

27 καταγράφονται οι συνήθης τύποι ρύπων και οι προτεινόμενες μέθοδοι καθαρισμού [10]. 4.2 Προετοιμασία του υλικού Για την προετοιμασία του υλικού πρέπει να ακολουθούνται πιστά οι οδηγίες του κατασκευαστή [11-13]. Σε γενικές γραμμές τα σημεία που χρήζουν προσοχής είναι: η διάρκεια ζωής του υλικού: οι επικαλύψεις RTV SIR έχουν περιορισμένο χρόνο αποθήκευσης (shelf time). Πριν την χρήση πρέπει να επιβεβαιώνεται ότι το υλικό δεν έχει υπερβεί την οριζόμενη διάρκεια ασφαλούς αποθήκευσης, η οποία είναι συνήθως της τάξης των 6 μηνών. Πίνακας 2. Συνήθης ρύποι Ρύπος Προέλευση Χαρακτηριστικά Μέθοδος Καθαρισμού Αλάτι Θάλασσα, δρόμοι κ.α. Διαλύεται εύκολα με νερό Με το χέρι Νερό υπό πίεση Αδρανή Εργοστάσια Προσκολλάται στην επιφάνεια Με το χέρι χρησιμοποιώντας υλικά τσιμέντου, του μονωτήρα και δεν κατάλληλο εξοπλισμό (βούρτσες (τσιμέντο) εργοτάξια κτλ καθαρίζει εύκολα με νερό κτλ) και όταν χρειάζεται χημικά Αγροτική δραστ/τα Υγρά λιπάσματα καθαρίζονται με νερό, αλλά στερεές επικαθίσεις προσκολλώνται στην επιφάνεια και δεν καθαρίζονται εύκολα, οπότε απαιτείται καθαρισμός με το χέρι, κατάλληλο εξοπλισμό (βούρτσες κτλ) και όταν χρειάζεται χημικά Σκόνη Νερό με υψηλή πίεση Κάρβουνο Προσκολλάται στην επιφάνεια Αέρας υπό πίεση με κατάλληλα υλικά καθαρισμού Άλλες πηγές Ανάλογα με τον βαθμό προσκόλλησης χρησιμοποιούνται οι παραπάνω μέθοδοι Χημικά Βιομηχανική δραστ/τα Ανάλογα με τον βαθμό προσκόλλησης χρησιμοποιούνται οι παραπάνω μέθοδοι 28

28 Εικ.4 Υλικό R.T.V. SIR το οποίο έχει υπερβεί την προβλεπόμενη διάρκεια ζωής και έχει στερεοποιηθεί. η διάλυση του υλικού: για την τοποθέτηση του υλικού απαιτείται η χρήση διαλύτη, ο οποίος δρα ως μέσο μεταφοράς και αυξάνει και την ρευστότητα του υλικού. Για κάθε υλικό πρέπει να ακολουθούνται οι οδηγίες του κατασκευαστή όσον αφορά τον τύπο του διαλύτη και τον τρόπο διάλυσης. Συνήθως για εφαρμογές εκτός τάσης για την διάλυση του υλικού χρησιμοποιείται νάφθα. Για εφαρμογές όμως υπό τάση (live) απαιτείται η επιλογή άλλου μη αναφλέξμου διαλύτη. Πρέπει να σημειωθεί ότι στην αγορά διατίθενται υλικά τα οποία εμπεριέχουν ήδη το διαλύτη. η κατανομή των προσθετικών (settling): επιπλέον της προσθήκης του διαλύτη απαιτείται ανάδευση του υλικού με στόχο την ομοιόμορφη κατανομή των προσθετικών. 4.3 Μέθοδοι τοποθέτησης - Εξοπλισμός 29

29 Η τοποθέτηση του υλικού μπορεί να γίνει με τις συνήθεις μεθόδους που χρησιμοποιούνται και στις κοινές βαφές, δηλαδή με την χρήση πινέλου, με ψεκασμό, ενώ επιπλέον υπάρχει και η δυνατότητα της εβάπτυνσης. Η χρήση του πινέλου είναι η πιο απλή και χαμηλού κόστους μέθοδος. Όμως η ποιότητα της εφαρμογής είναι χαμηλή, ενώ σε πολλές περιπτώσεις, λόγω της ιδιαίτερης γεωμετρίας των μονωτήρων δεν είναι δυνατή η πλήρης κάλυψη της επιφάνειας. Επιπλέον ο χρόνος ολοκλήρωσης της εφαρμογής είναι σημαντικός. Έτσι η χρήση της συγκεκριμένης μεθόδου συνιστάτε σε περιορισμένης κλίμακας διορθωτικές επεμβάσεις. Έτσι συνήθως επιλέγεται η μέθοδος του ψεκασμού η οποία είναι ταχύτερη και προσφέρει καλύτερης ποιότητας βαφή ακόμη και σε σύνθετες γεωμετρίες. Από την άλλη μεριά η φύση της μεθόδου απαιτεί δεξιότητα από το προσωπικό ενώ υπάρχουν και απώλειες υλικού (πρακτική κάλυψη). Για την υλοποίηση της μεθόδου μπορεί να χρησιμοποιηθεί ο συνήθης εξοπλισμός ψεκασμού, όπου το υλικό αποθηκεύεται σε δοχείο ενσωματωμένο στο πιστόλι ψεκασμού. Στην περίπτωση αυτή το κόστος είναι χαμηλό όπως όμως και η παραγωγικότητα της μεθόδου. Η διαθέσιμη ποσότητα υλικού περιορίζεται σε αυτή του δοχείου, ο χειρισμός του πιστολιού λόγω του όγκου και του βάρους του είναι δυσκολότερος και ο χειριστής του πιστολιού αναγκάζεται να μεταφέρει συνεχώς το υλικό (κούραση). Αντί αυτού προτείνεται η χρήση συστήματος με αντλία και δίκτυο παροχής υλικού. Στην περίπτωση αυτή το κόστος είναι υψηλότερο αλλά βελτιώνεται σημαντικά η παραγωγικότητα, δεδομένου ότι δεν χρειάζονται διακοπές πλήρωσης υλικού και η χρήση των πιστολιών είναι πιο ξεκούραστη. Σε κάθε περίπτωση πάντως, ανεξάρτητα από το είδος του εξοπλισμού που επιλέγεται, είναι σημαντικό να υπάρχει η δυνατότητα ρύθμισης του εύρους της δέσμης ψεκασμού ώστε να είναι δυνατή η επικάλυψη σύνθετων γεωμετριών με τις δυνατό λιγότερες απώλειες. 30

30 Εικ.5 Τοποθέτηση R.T.V. SIR σε μονωτήρα πορσελάνης 150kV με ψεκασμό. Κατά την μέθοδο της εβάπτυνσης ο μονωτήρας εμβαπτίζεται σε μπάνιο με υλικό και στην συνέχεια φυγοκεντρίζεται με σκοπό την επίτευξη ομοιόμορφης επιφάνειας. Συνεπώς η εφαρμογή της μεθόδου περιορίζεται στην περίπτωση νέου μη εγκατεστημένου εξοπλισμού (ο οποίος είτε πρόκειται να αντικαταστήσει παλαιότερο, είτε πρόκειται να τοποθετηθεί σε νέες εγκαταστάσεις), ενώ αυξάνει σημαντικά η δυσκολία εφαρμογής για μεγάλα και ογκώδη τμήματα του εξοπλισμού (bushing, M/Σ κτλ). Επιπλέον πρέπει να σημειωθεί ότι οι απώλειες σε υλικό είναι σημαντικές δεδομένου ότι για την πλήρωση του μπάνιου απαιτείται σημαντική ποσότητα υλικού (με περιορισμένη διάρκεια αναμονής λόγω του βουλκανισμού), το οποίο εν τέλει δεν γίνεται με την μέθοδο αυτή να χρησιμοποιηθεί πλήρως. Οπότε είναι μια μέθοδος που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για μαζική παραγωγή κεραμικών μονωτήρων με επικάλυψη, δεν προτείνεται όμως για εφαρμογή στο πεδίο. 4.4 Συντήρηση του εξοπλισμού - υλικού μετά την τοποθέτηση Ανεξάρτητα από την μέθοδο τοποθέτησης είναι σημαντικός ο καθαρισμός του εξοπλισμού που χρησιμοποιήθηκε. Λόγω της φύσης του υλικού και ιδιαίτερα της διαδικασίας του βουλκανισμού, το υλικό που θα παραμείνει θα στερεοποιηθεί 31

31 δημιουργώντας προβλήματα στην επόμενη χρήση του εξοπλισμού. Έτσι χρησιμοποιώντας κατάλληλο διαλύτη, ο οποίος προτείνεται από τον κατασκευαστή του υλικού (συνήθως είναι ο ίδιος που χρησιμοποιείται και για την διάλυση του υλικού) πρέπει να καθαρίζεται πλήρως ο εξοπλισμός. Επιπλέον στην περίπτωση που παραμείνει υλικό, για παράδειγμα κάποιο κουτί που ανοίχτηκε αλλά δεν χρησιμοποιήθηκε όλο, πρέπει το υλικό αυτό να χρησιμοποιηθεί άμεσα σε χρόνο που ορίζεται από τον κατασκευαστή, διαφορετικά αχρηστεύεται. Σε κάποια υλικά είναι δυνατό να επιμηκυνθεί ο χρόνος διατήρησης καλύπτοντας την ελεύθερη επιφάνεια με διαλύτη. Πάντως σε κάθε περίπτωση το στρώμα του υλικού που έχει στερεοποιηθεί πρέπει να αφαιρείται πριν την χρήση. 4.5 Προστασία του προσωπικού Η διαδικασία του βουλκανισμού ξεκινά αμέσως με την επαφή του υλικού με την ατμοσφαιρική υγρασία. Συνεπώς κατά την τοποθέτηση του υλικού το προσωπικό εκτίθεται σε αναθυμιάσεις και αέρια υπό προϊόντα της διαδικασίας βουλκανισμού. Συνεπώς απαιτείται η χρήση μέσων προστασίας του προσωπικού όπως γυαλιά και μάσκα, αναπνευστήρα ειδικού τύπου (organic vapor) και γάντια. Τα μέσα αυτά είναι τα ελάχιστα που απαιτούνται για ασφαλή εργασία. Εικ.6 Εξοπλισμός αναπνοής με κατάλληλα vapor). φίλτρα (organic Ακόμη όταν η εφαρμογή πραγματοποιείται σε χώρο που υπάρχουν ενεργά κυκλώματα Υ.Τ. απαιτείται η γείωση του εξοπλισμού. Επισημαίνεται ότι πολλοί από τους διαλύτες που χρησιμοποιούνται είναι εύφλεκτοι, οπότε είναι σημαντική η πιθανότητα ανάφλεξης (ιδιαίτερα στην περίπτωση της τοποθέτησης σε ενεργό κύκλωμα υπό τάση, κάτι όμως που απαγορεύεται στην Ελλάδα). 32

32 5. Αξιολόγηση της ποιότητας της τοποθέτησης Η σωστή τοποθέτηση του υλικού συμβάλει σημαντικά στην τελική διάρκεια αξιόπιστης λειτουργίας. Δεδομένου όμως του τρόπου τοποθέτησης δεν είναι δυνατό να προκύψει ένα τυποποιημένο επίπεδο ποιότητας. Έτσι είναι απαραίτητη η αξιολόγηση της κάθε εφαρμογής τόσο όσον αφορά την προετοιμασία του υλικού όσο και την ικανότητα τοποθέτησης. Οι παράμετροι που πρέπει να ελεχθούν είναι: Η προσκόλληση στην επιφάνεια του μονωτήρα Το ενδεχόμενο κακής προσκόλλησης μπορεί να προκύψει είτε από κακό καθαρισμό της επιφάνειας είτε από κακή προετοιμασία του υλικού. Μπορεί να οδηγήσει σε μείωση της διάρκειας ζωής του δεδομένου ότι τμήματα μπορούν να αποκολληθούν από δυνατούς ανέμους δημιουργώντας έτσι εστίες αυξημένης συγκέντρωσης ρύπων. Επιπλέον προβλήματα μπορούν να προκύψουν στην περίπτωση που απαιτηθεί καθαρισμός του μονωτήρα με νερό υπό πίεση. Τέτοια απαίτηση μπορεί να προκύψει στην περίπτωση επικάθισης αδρανών ρύπων (τσιμέντο κτλ). Στην περίπτωση αυτή είναι πιθανή η απομάκρυνση του υλικού μαζί με τους ρύπους. Για να ελεγχθεί η αποτελεσματικότητα της κάθε εφαρμογής μπορεί να χρησιμοποιηθεί η δοκιμή του βρασμού (boiling water test), κατά την οποία ένας δοκιμαστικός μονωτήρας (δείγμα) καθαρίζεται και επικαλύπτεται με τις μεθόδους και τις συνθήκες της κάθε εφαρμογής. Στην συνέχεια ο μονωτήρας τοποθετείται σε δοχείο με νερό το οποίο βράζει. Μετά από 100 ώρες ο μονωτήρας αφαιρείται και ελέγχεται η κατάσταση της επιφάνειας του. Σε περίπτωση που υπάρχουν προβλήματα προσκόλλησης στα σημεία που εμφανίζονται θα προκύψουν φυσαλίδες νερού. Έτσι αν υπάρχει πρόβλημα είναι εκ των προτέρων γνωστό συμβάλλοντας στην αξιολόγηση των μεθόδων καθαρισμού και τοποθέτησης αλλά και της συγκεκριμένης εφαρμογής. Το πάχος της επικάλυψης 33

33 Το προτεινόμενο πάχος της επικάλυψης από πολλούς κατασκευαστές, μετά από την διαδικασία του βουλκανισμού και την εξάτμιση του διαλύτη (Dry Film Thickness) είναι 0,5mm. Μεγαλύτερο πάχος μπορεί να οδηγήσει σε αύξηση της πιθανότητας εμφάνισης θερμών σημείων (hot spots) λόγω της ενδεχόμενης επιφανειακής δραστηριότητας (διάσπαση ξηρών ζωνών κτλ). Από την άλλη πλευρά μικρότερο πάχος αυξάνει την πιθανότητα προσβολής του υλικού από περιβαλλοντικούς παράγοντες γήρανσης. Εικ.7 RTV SIR επικάλυψη σε τμήμα τομή μονωτήρα πορσελάνης. Στην πράξη επικαλύψεις με πάχος από 0,125mm μέχρι 0,7mm έχουν χρησιμοποιηθεί με τον ίδιο βαθμό επιτυχίας, ενώ το βέλτιστο πάχος, όπως αυτό προκύπτει από εργαστηριακές δοκιμές είναι 0,38mm. Για την μέτρηση του πάχους του υλικού προτείνονται δύο τρόποι: 1. Μέτρηση πριν την στερεοποίηση του υλικού Στην περίπτωση αυτή μετράται το πάχος της επικάλυψης κατά την τοποθέτηση με κατάλληλο όργανο (wet film thickness gauge). Στην συνέχεια το πάχος που τελικά θα προκύψει (Dry film Thickness) προκύπτει από την μέτρηση (Wet film Thickness) επί το ποσοστό των στερεών συστατικών του υλικού (% of solids). 2. Μέτρηση μετά την στερεοποίηση του υλικού 34

34 Μετά την ολοκλήρωση της διαδικασίας του βουλκανισμού και την εξάτμιση του διαλύτη, η μέτρηση του πάχους της επικάλυψης μπορεί να γίνει με ένα παχύμετρο υπερήχων (ultrasonic thickness gauge). Η ποιότητα της επιφάνειας Η διαδικασία προετοιμασίας του υλικού πρέπει να οδηγήσει σε τέτοια ρευστότητα ώστε να είναι δυνατή η εύκολη τοποθέτηση του υλικού χωρίς όμως αυτό να τρέχει και να συρώνει. Επιπλέον πρέπει σε όλη την επιφάνεια του μονωτήρα να επιτυγχάνεται ομοιόμορφη κάλυψη. Εικ.8 RTV SIR επικάλυψη σε μονωτήρα cap and pin από γυαλί. 6. Παράγοντες που επιδρούν στην διάρκεια ζωής των επικαλύψεων Ως διάρκεια ζωής μιας επικάλυψης ορίζεται το χρονικό διάστημα, κατά το οποίο διατηρείται η ικανότητα καταστολής της επιφανειακής δραστηριότητας λόγω του φαινομένου της ρύπανσης. Ο κύριος μηχανισμός που εξασφαλίζει αυτή την συμπεριφορά είναι η υδρόφοβη συμπεριφορά των υλικών και ιδιαίτερα η διαδικασία μετάδοσης αυτής της ιδιότητας στους επιφανειακούς ρύπους. Δυστυχώς η ιδιότητα της υδροφοβίας είναι άρρηκτα συνδεδεμένη με μια ασθενή εσωτερική δομή των υλικών, με αποτέλεσμα τα σύνθετα πολυμερή υλικά, τα οποία χαρακτηρίζονται από την ιδιότητα της υδροφοβίας, να είναι ευάλωτα στην επίδραση διαφόρων παραγόντων γήρανσης. Οι παράγοντες αυτοί αποδίδονται τόσο στην επίδραση του περιβάλλοντος όσο και στην ηλεκτρική καταπόνηση που δέχονται τα 35

35 υλικά. Η επίδραση που συνήθως παρατηρείται προκύπτει ως συνδυασμός τέτοιων παραγόντων, οι οποίοι μπορούν να οδηγήσουν σε σημαντική μείωση της διάρκειας ζωής των υλικών. Στον πίνακα 3 αναφέρονται οι σημαντικότεροι παράγοντες γήρανσης. Πίνακας 3. Σημαντικότεροι παράγοντες γήρανσης[14] Παράγοντες Γήρανσης Υγρασία Υπεριώδης ακτινοβολία Χημική προσβολή Βιολογική προσβολή Ρύποι Ηλεκτρική καταπόνηση (Corona) Ηλεκτρική καταπόνηση (Dry band arcing) Τυπική επίδραση στα υλικά Η απορρόφηση υγρασίας μπορεί να οδηγήσει σε μείωση της διηλεκτρικής αντοχής των υλικών αλλά και στην μηχανική αντοχή τους. Η υπεριώδης ακτινοβολία μπορεί να προέρχεται είτε από το περιβάλλον (ηλιακή ακτινοβολία) είτε από το φαινόμενο Corona. Και στις δύο περιπτώσεις πρόκειται ουσιαστικά για προσφορά ενέργειας η οποία υποστηρίζει διάφορους μηχανισμούς όπως διάσπαση αλυσίδων, οξείδωση κτλ. Τα σύνθετα υλικά είναι ευάλωτα στην επίδραση οργανικών οξέων τα οποία μπορούν να οδηγήσουν σε διάφορα φαινόμενα όπως διόγκωση του υλικού, αντιδράσεις πυρόλυσης, υδρόλυσης κ.α. Βακτήρια και άλλοι μικροοργανισμοί λόγω της παρουσίας άνθρακα χρησιμοποιούν τα υλικά ως περιβάλλον ανάπτυξης καταστρέφοντας τα. Τέτοια προβλήματα συναντώνται συνήθως σε τροπικό περιβάλλον Η παρουσία ρύπων στην επιφάνεια μπορεί να έχει θετική επίδραση για το υλικό προστατεύοντας το από την επίδραση του περιβάλλοντος (π.χ. υπεριώδης ακτινοβολία κ.α.). Όμως διάφοροι τύποι ρύπων μπορούν αφενός να μπλοκάρουν τον μηχανισμό μετάδοσης της υδροφοβίας (π.χ. τσιμέντο κτλ) και αφετέρου να συμβάλλουν στην ανάπτυξη επιφανειακής δραστηριότητας. Ανάλογα με τις συνθήκες μπορεί να οδηγήσει σε αύξηση του μήκους των αλυσίδων και του πλέγματος διασταύρωσης (σκληρό και εύθραυστο υλικό) ή το αντίθετο. Η επιφανειακή δραστηριότητα σε συνδυασμό με την παρουσία υγρασίας μπορεί να οδηγήσει σε υποβάθμιση του υλικού μέσω φαινόμένων οξείδωσης κτλ. 36