RTV silikon kaplamanın iz-erozyon ve hidrofobik özelliklerinin analizi
Analysis of tracking-erosion and hydrofobic properties of RTV silicone coating
Yazar: ZEYNELABİDİN ASLAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SUAT İLHAN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında farklı kalınlıktaki RTV (Room Temperature Vulcanizing) silikon kauçuk kaplı seramik numunelerin iz-erozyon ve hidrofobik özelliklerinin analizi deneysel olarak incelenmiştir.
Elektrik enerjisi yaşam kalitesi açısından günümüzün vazgeçilmez unsuru haline gelmiştir. Dolayısıyla enerjinin sürekliliği iletim hatlarındaki elemanların her türlü elektriksel yalıtkanlığı ve çevresel etkilerden kaynaklı kaçak akım etkilerinden korunması ile mümkündür. İletim hatlarındaki en önemli elemanlardan biri de izolatörlerdir. Günümüzde, porselen, cam, epoksi reçine ve silikon yalıtkanından üretilmiş izolatörler yüksek gerilim iletim ve dağıtım sistemlerinde kullanılmaktadır. 
İzolatörlerin her türlü çevresel etkilerden (yağmur, sis, kar…vs) korunarak kısa devre akımlarından dolayı atlamalara maruz kalmaması en büyük hedeftir. Zamanla izolatörler üzerinde oluşan kirlerin yağmur, kar, sis vs ile iletken tabaka oluşturmasından kaynaklı arklardan meydana gelen atlama sonucu enerji kesintileri meydana gelmektedir. Bu durum yaygın olarak kullanılan cam ve porselen izolatörlerin hidrofilik özelliğinden kaynaklanmaktadır.
Bütün bu olumsuzlukları engellemek için son yıllarda izolatör yüzeyleri RTV (Room temperature vulcanizing) silikon kauçuk malzeme ile kaplanarak elektriksel performansları arttırılmıştır. RTV ile kaplanan cam ve porselen izolatörlerin yüzeyleri hidrofilikten hidrofobikliğe dönüşmektedir. Dolayısıyla izolatör yüzeylerinde suyun damlacıklar halinde akması sağlanarak iletken tabaka oluşması engellenmektedir. Yapılan laboratuar çalışmalarında da bu kaplamanın izolatörlerin ömrünü uzattığı ve elektriksel dayanımını arttırdığı gözlemlenmiştir. Bu çalışmada da RTV kaplı seramik numunelerin elektriksel performansları incelenmiştir. 
İlk bölümde konu ile ilgili literatür araştırması yapılarak RTV kaplama ile ilgili yapılan çalışmalardaki sonuçlar irdelenmiştir. Ayrıca RTV silikon kauçuk kaplamanın kimyasal yapısı, iz ve erozyona karşı direnci, hidrofobikliği gibi karakteristik özellikleri incelenmiştir. Yapılan literatür taramasında Dinamik Damla Deneyi (Dynamic Drop Test, DDT) kullanılarak RTV kaplamalarla yapılan herhangi bir çalışmaya rastlanmamıştır. Ayrıca yine literatür taramalarında eğik düzlem deneyi ile yapılmış sıcaklık-kaçak akım ilişkisi hakkında herhangi bir çalışmaya rastlanmamıştır. Dolayısıyla bu tez çalışmasındaki RTV kaplamanın DDT deneyi, yine RTV kaplamanın eğik düzlem deneyi ile sıcaklık-kaçak akım ilişkisi özgün bir çalışma özelliği taşımaktadır.
İkinci bölümde RTV kaplamanın ana malzemesinin silikon kauçuk olmasından dolayı Silikon Kauçuğun termal, kimyasal, yüzey ve yalıtım özellikleri araştırılmıştır.
Üçüncü bölümde RTV kaplı izolatörlerin çevresel koşullardan kaynaklı kuru bant arkı, korona, su damlalarının temas açısı, ultraviyole ışınları ve oksidasyon kararlılığı kavramları açıklanmıştır. 
Dördüncü bölümde eğik düzlem deney düzeneğinin kurulması aşamalarına değinilmiştir. 4 farklı kaplama kalınlığından (ıslak kalınlıkları=0.25 mm, 0.50 mm, 0.75 mm ve 1.00 mm) 5 adet numunenin 6 saatlik deney sonucuna göre iz ve erozyon performansları incelenmiştir. Dolayısıyla sıcaklık harmonik ilişkisine, RMS, Maksimum ve harmonik kaçak akım değerlerinin karşılaştırılması ile ilgili verilerin sonuçlarına yer verilmiştir. 
Son bölümde dinamik damla deneyi (Dynamic Drop Test, DDT) düzeneğinin kurulması aşamalarına değinilmiştir. Bu düzenek yardımıyla kaçak akım ölçümü yapılarak RTV kaplamaların hidrofobiklik performansları değerlendirilmiştir. DDT deneyinde eğik düzlem deneyi gibi 4 farklı kaplama kalınlığı ile her kalınlıktan 5 numune kullanılmış olup deney süresi sınırlandırılmamış ve kaplamaların bozulma anına kadar deney sürdürülmüştür. Çıkan veriler doğrultusunda numunelerin RMS, Maksimum ve sıcaklık değerleri karşılaştırılarak en uygun kaplama kalınlığı tespitine çalışılmıştır. Ayrıca deneylerde kullanılan RTV silikon kaplamanın Elemental analizi, Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) analizi, SEM (scanning electron microscope) analizi, TGA(Termogravimetrik) analizi ve CA (Contact Angle) analizi yapılarak malzeme ile ilgili sağlıklı veriler elde edilmiştir.

Abstract:
In this thesis, the analysis of tracking-erosion and hydrophobic properties of RTV (Room temperature vulcanizing) silicone rubber coated ceramic samples of different thickness are presented. Tracking and erosion performance of the coatings are evaluated with respect to IEC 60587 standard by using incliine plane tests. On the other hand, the hydrophobic properties of the coatings are investigated with respect to the Cigre Working Group D1.14 (442) documantation by using dynamic drop tests. The AC test voltages for both investigations are considered as 50 Hz, 4.5 kV r.m.s. voltage. Four different coating thicknesses, 0.25 mm, 0.50 mm, 0.75 mm, and 1.00 mm (wet ones) are taking into considerations in the experimental works. The studies are conducted at Istanbul Technical University, Electrical and Electronics Faculty, Fuat Kulunk High Voltage Laboratory. 
Electrical energy has become an vital element of today's quality of life. Therefore, continuity of the energy is possible by protecting the components in the transmission lines from the electrical insulation problems caused by environmental effects. The cost of the economy due to the constraint costs in the transmission lines resulting from the cessation of production in the electricity generation companies or the energy cuts caused by any failure in the transmission lines is quite large. The voltage in the instantaneous power outages caused by the fault, the frequency instability, also causes other materials to break down. 
Specifically, starting from the project stage to the construction of the facilities in the process of type test reports and specifications of materials in accordance with the "Insulation Coordination" within the framework of the facility must be made appropriate. Insulators are one of the most important elements that ensure the safe transport of transmission lines in the process from electricity generation to transmission and end-user distribution. One of the major causes of power outages is the dirt on the insulator surface. Therefore, insulator material selection and design is required in accordance with different environmental conditions. However, the insulator production standard has not been fully developed depending on the pollution conditions. The solution in prevailing opinion is to increase the leakage distance of the insulators.
Nowadays, insulators that are made by porcelain, glass, epoxy resin and silicone rubber are used in high voltage transmission and distribution systems. Porcelain insulators have higher mechanical and thermal resistance than other materials. The glaze coating used to increase the insulation constant on the surface of the porcelain insulator ensures that the surface is smooth and allows the dirt to be removed from the surface with the rain water. Since the glass insulators are made of transparent material and pass the light, their deformations are visible and they get less hot. However, moisture on the surface of the glass insulator densely faster than porcelain material provides the formation of dirt on the surface and accelerates the leakage currents.
The main objective is that insulators are protected from all kinds of environmental effects (rain, fog, snow, etc.), and are not exposed to flashovers due to high leakage currents. Over time, the conductive layer of the contamination occurs on the insulators due to rain, snow, fog, etc., and then flashover may develop due to the high leakage currents, dry band arcings. Pollution flashover is very common especially for the conventional glass and porcelain insulators since they have hydrophilic surfaces.
In recent years, in order to prevent the pollution related problems, application of RTV coating to the porcelain and glass insulators has gained popularity. The surfaces of glass and porcelain insulators coated with RTV are converted from hydrophilic to hydrophobic. Consequently, conductive layer formation is prevented on the insulator surfaces by providing water to flow as droplets. It has been observed that this coating extends the lifetime of the insulators and increases the pollution performance. In this study, the electrical performance of RTV coated ceramic samples are investigated by considering several thicknesses.
The most important characteristic feature of the RTV coating is that the coating suppresses the leakage current and hence prevents arc band formation and flash over. The preventation or suppression of leakage currents is due to the hydrophobicity of the RTV silicone coating. One of the most important characteristic of silicone is the penetration of dirt on the surface of the insulator and the hydrophobicity of this surface. Therefore, the ability to transfer hydrophobicity allows the insulators to remain in long-term operation and to maintain their activity without the need for any cleaning.
In addition, the ATH (Alumina trihydrate)additive is used in the RTV coating material to increase the tracking-erosion resistance of the coating. The LMW (Low molecular weight) fluid in the PDMS (Polidimetilsiloksan) has a hydrophobicity by penetrating the surface of the dirt if dirt accumulates on the coating. Therefore, these factors do not require frequent washing of insulators and personnel use.
In the first section of this thesis, reviewing of the literature on the subject and the results of the studies on RTV coating are summarized. Furthermore, characteristics features such as the chemical structure of RTV silicone rubber coating, resistance to tracking-erosion and hydrophobicity are investigated. In the literature review, no studies were conducted with RTV coatings by using Dynamic Drop Test (DDT). In addition, there is no research related to temperature and leakage current variations by using inclined plane tests. Accordingly, DDT testing of RTV coating and temperature-leakage current relationship in inclined plane test of RTV coating are the main originality of this thesis. 
In the second section, due to the fact that the main material of RTV coating is the silicone rubber, thermal, chemical, surface and dielectric properties of silicon rubber are investigated.
In the third section, dry band arcing, corona, contact angle of water droplets, ultraviolet rays and oxidation stability concepts of the RTV coated insulators originated from environmental conditions are explained.
In the fourth section, the steps of designing of the Inclined Plane Test (IPT) circuit are explained. The aim of this study is to investigate the tracking and erosion resistance of RTV coated samples with 0.25 mm, 0.50 mm, 0.75 mm and 1.00 mm wet thicknesses. In the inclined plane tests, variations of the leakage currents (main and harmonic components), and temperature distributions were investigated.
In the last section, the steps of designing the Dynamic Drop Test (DDT) circuit are explained. The hydrophobic performance of RTV coatings were evaluated by using the DDT with the leakage current method. In the DDT experiment, like IPT test, 5 samples of each coating thicknesses were tested, and the test period was not limited. In other words, experiments were continued until the loss of hydrophobicity of the coatings. Based on the experimental data, retention of the hydrophobic property, RMS, Maximum and temperature values of the samples were compared with respect to coating thicknesses. In addition; Elemental analysis, Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) analysis, SEM (scanning electron microscope) analysis, TGA (Thermogravimetric) analysis and CA (Contact Angle) analysis of RTV silicone coating used in experiments were obtained to healthy information about the material.