Kompozitné izolátory majú výhody nízkej hmotnosti, odolnosti voči znečisteniu, ľahkej inštalácie a údržby atď. Kompozitné izolátory sú široko používané pri výstavbe energetických sietí doma iv zahraničí. V súčasnosti je počet kompozitných izolátorov bežne používaných v Číne približne 8 miliónov, čo je jedna z krajín s najväčším počtom kompozitných izolátorov. Kompozitné izolátory sú počas prevádzky ľahko ovplyvnené mnohými faktormi, ako sú stroje, životné prostredie a elektrická energia. S predlžujúcou sa dobou prevádzky kompozitných izolátorov sa kompozitné izolátory stanú tvrdými, krehkými a pretekajú atď. Ak kompozitné izolátory pracujú pod napätím po dlhú dobu, ovplyvní to normálnu prevádzku elektrickej siete. Problém starnutia kompozitných izolátorov priťahuje v posledných rokoch pozornosť príslušných oddelení.
Vonkajším izolačným materiálom kompozitného izolátora je hlavne vysokoteplotný vulkanizovaný silikónový kaučuk, čo je elastomér získaný pridaním rôznych komplexov, ako je vystužujúce plnivo a činidlo na kontrolu štruktúry, do kaučuku a potom interakciou s vulkanizačným činidlom. Vysokoteplotná vulkanizovaná silikónová guma má silnú stabilitu, hydrofóbnosť a obnovu hydrofóbnosti. Kompozitný izolátor bude vo vonkajšom prostredí dlhodobo v prevádzke a znečistenie, koróna a vlhkosť vo vonkajšom prostredí spôsobia poškodenie povrchu silikónového kaučuku, čím sa postupne zhoršia vlastnosti kompozitného izolantu a nakoniec zlyhá.
V súčasnosti sa hlavný stavebný smer čínskej elektrickej siete mení na smer UHV a UHV. Elektrická sieť UHV musí byť v mnohých prípadoch vybudovaná vo vysokej nadmorskej výške a v oblastiach s vysokým znečistením. Preto musia kompozitné izolátory čeliť problémom, ako je ultrafialové žiarenie a korónový výboj, čo sú tiež problémy, ktorým je potrebné venovať pozornosť pri starnutí kompozitných izolátorov.
Typ a mechanizmus starnutia kompozitného izolátora
Starnutie kompozitných izolátorov možno rozdeliť do troch typov: fyzické starnutie, chemické starnutie a elektromechanické starnutie.
1. Fyzické starnutie
K faktorom fyzického starnutia kompozitných izolantov patrí najmä ultrafialové žiarenie, lokálna vysoká teplota a únava zo stresu. Fyzikálne starnutie vážne ovplyvňuje mechanické a elektrické vlastnosti silikónového kaučuku. Expozičný experiment materiálu zo silikónovej gumy sa uskutočnil počas 1998-2005 v Číne a skúmalo sa starnutie silikónovej gumy. Zistilo sa, že keď je kompozitný izolátor vystavený vonku dlhší čas, fotoelektrické vlastnosti kompozitného izolátora sa očividne zmenia, pričom zmena je najzreteľnejšia v púštnej oblasti a subtropickej náhornej oblasti.
Ultrafialové svetlo má veľký urýchľujúci účinok na starnutie silikónového kaučuku, aj keď ultrafialové svetlo môže úplne odrezať štruktúru hlavného reťazca silikónového kaučuku, ale ultrafialové svetlo a ďalšie faktory budú spájať oxidáciu metylu silikónového kaučuku, čo nakoniec vedie k starnutie silikónovej gumy. Hlavná štruktúra reťazca v silikónovom kaučuku bude produkovať voľné radikály po prerušení, táto časť voľných radikálov s vysokou energiou, ľahko vytvoriteľná zosieťovacia reakcia medzi sebou. Keď sú voľné radikály vystavené vzduchu, oxidujú sa aj s kyslíkom vo vzduchu, čím vzniká metán a iné plyny.
V posledných rokoch, s postupným pokrokom projektu prenosu energie zo západu na východ, sa v Yunguichuan a Xizang postavilo množstvo vysokonapäťových prenosových vedení s kompozitnými izolátormi ako hlavnými konštrukčnými materiálmi. Prírodné prostredie v týchto oblastiach je prísnejšie ako v iných oblastiach a kompozitné izolátory sú tu pri aplikácii náchylné na starnutie. V Yunguichuane a iných oblastiach s vysokou nadmorskou výškou, s predĺžením času ultrafialového ožiarenia, pevnosť a predĺženie silikónového kaučuku postupne klesali so zmenou času, odpor sa tiež zníži s predĺžením času ožiarenia a ukáže sa hydrofóbnosť silikónového kaučuku klesajúci trend. Dôvodom tohto javu je, že primárna väzba kompozitného izolačného silikónového kaučuku bude spojená pôsobením ultrafialového svetla, čím sa mechanické vlastnosti silikónového kaučuku neustále znižujú.
Krakovacia reakcia bude tiež produkovať plyn, plyn unikne z výkonu silikónovej gumy, povrch silikónovej gumy sa objaví nerovný alebo dokonca diery. Nemetylová skupina na bočnom reťazci odpadá v dôsledku oxidačnej reakcie, v tomto čase nemetylová skupina nemôže vytvoriť silný štít pre hlavný reťazec, čo vedie k postupnému znižovaniu hydrofóbnosti povrchu silikónového kaučuku. Okrem toho hydrofilné skupiny v silikónovej gume budú tiež absorbovať vodu z povrchu silikónovej gumy, takže merný odpor silikónovej gumy bude naďalej klesať. Prerušenie chemického reťazca v silikónovej gume tiež spôsobí slabú izoláciu, čo vedie k úniku a iným nehodám. Preto, ak je silikónový kaučuk pod UV silným prostredím po dlhú dobu, vnútorný silikónový kaučuk bude pokračovať v výskyte prasklín, zosieťovacích reakcií, ako je oxidácia, zničí molekulárnu štruktúru silikónového kaučuku vo vnútri z makro hľadiska silikónový kaučuk dlhé vystavenie ultrafialovému svetlu prostredia pokles v silikónovom kaučuku elektrický výkon a mechanický výkon je znížená, vplyv na normálne používanie silikónovej gumy.
Zistilo sa, že farbivo oxidu železa môže inhibovať tepelnú oxidačnú reakciu v kompozitnom izolačnom silikónovom kaučuku, aby sa zachovala stabilita silikónového kaučuku, ale použitie farbiaceho oxidu železa hrá katalytickú úlohu v hydrolytickej reakcii. Keď sa do silikónového kaučuku pridá nanosilika, pravdepodobnosť preskoku napätia kompozitného izolátora klesá so zvyšujúcim sa množstvom pridaného množstva. Keď sa k silikónovému kaučuku pridajú častice nano BN, distribúcia povrchovej teploty silikónového kaučuku bude rovnomernejšia, hĺbka erózie sa bude postupne znižovať, odolnosť povrchu silikónového kaučuku sa zvýši a pravdepodobnosť problému preskoku sa zvýši. naďalej klesať.
Stresová únava tiež do značnej miery urýchli starnutie kompozitných izolátorov. Zistilo sa, že keď sa vysokofrekvenčné vibrácie vyskytujú v plášti dáždnika so záťažovými izolátormi, vibrácie povedú k vážnemu javu koncentrácie napätia v koreni sukne dáždnika. Pri dlhodobom a vysokom zaťažení bude koreň dáždnikovej sukne vždy v stave stresovej únavy, čo povedie k tvorbe mikrotrhlín. Ak mikrotrhlinky nie sú účinne opravené, hĺbka prasklín sa bude naďalej zväčšovať a nakoniec sa roztrhne sukňa dáždnika.
2. Chemické starnutie
Hlavnými príčinami starnutia kompozitného izolátora zo silikónovej gumy sú ozón, kyselina a zásada a oxidy dusíka, medzi ktorými oxid dusíka reaguje s vodou za vzniku kyseliny dusičnej. Keď je kompozitný izolátor dlhší čas v kyslom prostredí, povrch kompozitného izolátora bude vážne skorodovaný. Silná kyselina povedie k pretrhnutiu kostry silikónovej gumy kompozitného izolátora, čo spôsobí poškodenie materiálu silikónovej gumy. Keď je kompozitný izolátor v alkalickom prostredí, povrch kompozitného izolátora bude vykazovať slabú alkalitu a alkalické látky tiež spôsobia prerušenie primárnej väzby v silikónovej gume, čo má za následok stratu hydrofóbnosti kompozitného izolátora. Z makro hľadiska bude kompozitný izolátor silikónový kaučuk v kyslom alebo zásaditom prostredí po dlhú dobu vykazovať jav znižovania pevnosti.
V dlhodobom znečistenom a vlhkom prostredí hydrofóbnosť silikónového kaučukového povrchu kompozitných izolátorov postupne slabne a s pribúdajúcim časom dokonca úplne zmizne. Keď sú kompozitné izolátory ponorené do roztokov rôznych vlastností, možno zistiť, že povrch kompozitných izolátorov v neutrálnych roztokoch sa výrazne nemení, zatiaľ čo povrch kompozitných izolátorov v kyslých a alkalických roztokoch vykazuje zjavný korózny jav a stupeň korózie sa postupne prehlbuje so zvyšovaním kyslosti a zásaditosti. Pre kompozitné izolanty je kyslé prostredie škodlivejšie ako alkalické prostredie.
V dôsledku javu výboja počas prevádzky vysokonapäťového vedenia bude ozón generovaný javom výboja oxidovať a reagovať s polymérnym materiálom v kompozitnom izolátore. Oxidačná reakcia povedie k vážnym defektom na povrchu kompozitného izolátora a dokonca bude mať vážny dopad na výkon kompozitného izolátora.
3. Elektrické starnutie
Okrem vplyvu prírodného prostredia na kompozitné izolanty vplývajú aj elektrické polia vysokého napätia, ktoré urýchľujú starnutie silikónového kaučuku. Štúdia nabitých kompozitných izolátorov a nenabitých kompozitných izolátorov zároveň ukazuje, že životnosť nabitých kompozitných izolátorov je oveľa nižšia ako životnosť nenabitých kompozitných izolátorov, čo tiež naznačuje, že elektrické starnutie je dôležitým faktorom spôsobujúcim starnutie kompozitných izolátorov. Kompozitný izolátor bude za normálnej prevádzky zasiahnutý nabitými časticami, čo povedie k pretrhnutiu hlavného reťazca kompozitného izolátora zo silikónovej gumy. Zároveň bude reagovať s okolitým kyslíkom a inými látkami za vzniku oxidov dusíka a iných látok a následne poškodí výkon silikónového kaučuku. Korónový oblúk tiež spôsobí vysokú teplotu na povrchu kompozitných izolátorov, čo zníži elektrické a mechanické vlastnosti kompozitných izolátorov. Po kauterizácii kompozitných izolátorov korónovým oblúkom sa obsah organickej hmoty na povrchu kompozitných izolátorov výrazne zníži, čo vedie k poklesu izolačného výkonu kompozitných izolátorov. Pri celom starnutí je reakčný proces elektrického starnutia najzložitejší a súčasne sa objaví aj proces elektrického starnutia, fyzické starnutie a chemické starnutie, preto je vplyv elektrického starnutia na kompozitné izolačné materiály najväčší.