Композитні ізолятори мають такі переваги, як легка вага, стійкість до забруднення, легкість монтажу та обслуговування тощо. Композитні ізолятори широко використовуються в будівництві електромереж у країні та за кордоном. В даний час кількість композитних ізоляторів, які зазвичай використовуються в Китаї, становить близько 8 мільйонів, що є однією з країн з найбільшою кількістю композитних ізоляторів. Композитні ізолятори легко піддаються впливу багатьох факторів під час експлуатації, таких як машини, навколишнє середовище та електрика. Зі збільшенням часу роботи композитних ізоляторів, композитні ізолятори стануть твердими, крихкими та витоками тощо. Якщо композитні ізолятори працюють під напругою протягом тривалого часу, це вплине на нормальну роботу електромережі. В останні роки проблема старіння композитних ізоляторів привернула увагу відповідних відомств.
Зовнішнім ізоляційним матеріалом композитного ізолятора є в основному високотемпературна вулканізована силіконова гума, яка є еластомером, отриманим шляхом додавання різних комплексів, таких як армуючий наповнювач і структурний контрольний агент, до гуми, а потім взаємодіє з вулканізуючим агентом. Високотемпературна вулканізована силіконова гума має сильну стабільність, гідрофобність і відновлення гідрофобності. Композитний ізолятор буде працювати на відкритому повітрі протягом тривалого часу, а забруднення, корона та вологість у зовнішньому середовищі призведуть до пошкодження поверхні силіконової гуми, що поступово погіршить властивості композитного ізолятора та врешті-решт вийде з ладу.
В даний час основний напрямок будівництва електромережі Китаю змінюється на напрямок УВН і УВН. У багатьох випадках у високогірних районах із високим рівнем забруднення необхідно будувати електромережі УВЧ. Тому композитні ізолятори повинні стикатися з такими проблемами, як ультрафіолетове випромінювання та коронний розряд, на які також слід звернути увагу при старінні композитних ізоляторів.
Тип і механізм старіння композитного ізолятора
Старіння композитних ізоляторів можна розділити на три види: фізичне старіння, хімічне старіння та електромеханічне старіння.
1.Фізичне старіння
Фактори фізичного старіння композитних ізоляторів в основному включають ультрафіолетове випромінювання, локальну високу температуру і втому від напруги. Фізичне старіння серйозно впливає на механічні та електричні властивості силіконової гуми. Експеримент із силіконовим каучуком було проведено під час 1998-2005 у Китаї та досліджено старіння силіконового каучуку. Було виявлено, що коли композитний ізолятор витримується на відкритому повітрі протягом тривалого часу, фотоелектричні властивості композитного ізолятора змінюватимуться очевидно, серед яких зміна є найбільш очевидною в пустельній зоні та субтропічному плато.
Ультрафіолетове світло має великий прискорюючий вплив на старіння силіконової гуми, хоча ультрафіолетове світло може повністю відрізати структуру основного ланцюга силіконової гуми, але ультрафіолетове світло та інші фактори поєднуватимуть окислення метилу бічного ланцюга силіконової гуми, що зрештою призведе до старіння силіконової гуми. Основна структура ланцюга в силіконовому каучуку вироблятиме вільні радикали після розриву, ця частина вільних радикалів високої енергії, легко виробляти реакцію зшивання між собою. Під впливом повітря вільні радикали також окислюються разом з киснем повітря, утворюючи метан та інші гази.
В останні роки, з поступовим прогресом проекту електропередач Захід-Схід, ряд високовольтних ліній електропередачі з композитними ізоляторами як основними будівельними матеріалами були зведені в Юньгуйчуань і Сізан. Природне середовище в цих районах є більш суворим, ніж в інших регіонах, і композитні ізолятори тут схильні до старіння під час застосування. У Юньгуйчуані та інших високогірних районах із збільшенням часу ультрафіолетового опромінення міцність і подовження силіконової гуми поступово зменшуються зі зміною часу, питомий опір також зменшуватиметься із подовженням часу опромінення, і гідрофобність силіконової гуми покаже тенденція до зменшення. Причина цього явища полягає в тому, що первинний зв'язок композитного ізолятора силіконової гуми буде з'єднаний під дією ультрафіолетового світла, що призводить до постійного зниження механічних властивостей силіконової гуми.
Реакція крекінгу також вироблятиме газ, газ виходить із продуктивності силіконової гуми, на поверхні силіконової гуми з’являться нерівні або рівні отвори. Неметильна група на бічному ланцюзі відпадає через реакцію окислення, у цей час неметильна група не може утворити потужний щит для основного ланцюга, що призводить до поступового зниження гідрофобності поверхні силіконової гуми. Крім того, гідрофільні групи в силіконовому каучуку також поглинають воду з поверхні силіконового каучуку, тому питомий опір силіконового каучуку продовжує знижуватися. Розрив хімічного ланцюга в силіконовій гумі також призведе до слабкості ізоляції, що призведе до витоку та інших нещасних випадків. Таким чином, якщо силіконова гума під впливом ультрафіолетового оточення протягом тривалого часу, внутрішня силіконова гума продовжуватиме появу розтріскування, реакції зшивання, такі як окислення, руйнують молекулярну структуру силіконової гуми всередині, з макро точки зору, до Силіконова гума при тривалому впливі ультрафіолетового світла знижує електричні та механічні характеристики силіконової гуми, що впливає на нормальне використання силіконової гуми.
Виявлено, що барвник оксид заліза може інгібувати реакцію термічного окислення в силіконовому каучуку композитного ізолятора, щоб підтримувати стабільність силіконового каучуку, але використання барвника оксиду заліза відіграє каталітичну роль у реакції гідролізу. Коли нанокремнезем додається до силіконової гуми, ймовірність спалаху напруги композитного ізолятора зменшується зі збільшенням доданої кількості. Коли наночастинки BN додаються до силіконової гуми, розподіл температури на поверхні силіконової гуми буде більш рівномірним, глибина ерозії поступово зменшуватиметься, стабільність опору поверхні силіконової гуми буде підвищена, а ймовірність проблеми спалаху буде збільшена. продовжують зменшуватися.
Втома від напруги також значною мірою прискорить старіння композитних ізоляторів. Виявлено, що коли високочастотна вібрація виникає в спідниці парасольки з ізоляторами навантаження, вібрація призведе до серйозного явища концентрації напруги в корені спідниці парасольки. При тривалому і високоміцному навантаженні корінь спідниці парасольки завжди буде перебувати в стані втоми від напруги, що призведе до утворення мікротріщин. Якщо мікротріщини не відремонтувати ефективно, глибина тріщин буде продовжувати збільшуватися, і врешті-решт спідниця парасольки буде розірвана.
2. Хімічне старіння
Основними причинами старіння композитного ізолятора із силіконової гуми є озон, кислота, основа та оксид азоту, серед яких оксид азоту реагує з водою з утворенням азотної кислоти. Коли композитний ізолятор перебуває в кислому середовищі протягом тривалого часу, поверхня композитного ізолятора піддається серйозній корозії. Сильна кислота призведе до розриву силіконової гумової основи композитного ізолятора, що призведе до пошкодження силіконової гуми. Коли композитний ізолятор знаходиться в лужному середовищі, поверхня композитного ізолятора буде демонструвати слабку лужність, і лужні речовини також призведуть до розриву первинного зв’язку в силіконовому каучуку, що призведе до втрати гідрофобності композитного ізолятора. З макро точки зору композитний ізолятор силіконова гума в кислому або лужному середовищі протягом тривалого часу буде демонструвати явище зниження міцності.
У забрудненому та вологому середовищі протягом тривалого часу гідрофобність поверхні силіконової гуми композитних ізоляторів поступово слабшає, а з часом навіть повністю зникає. Коли композитні ізолятори занурюють у розчини з різними властивостями, можна виявити, що поверхня композитних ізоляторів у нейтральних розчинах суттєво не змінюється, тоді як поверхня композитних ізоляторів у кислотних та лужних розчинах демонструє явне явище корозії, а ступінь корозії поступово поглиблюється з підвищенням кислотності та лужності. Для композитних ізоляторів кислотне середовище більш шкідливе, ніж лужне.
Через явище розряду під час роботи високовольтної лінії озон, що утворюється в результаті явища розряду, окислюватиметься та реагує з полімерним матеріалом у композитному ізоляторі. Реакція окислення призведе до серйозних дефектів на поверхні композитного ізолятора і навіть серйозно вплине на його роботу.
3. Електричне старіння
Окрім впливу навколишнього середовища, на композитні ізолятори також впливають електричні поля високої напруги, які прискорюють старіння силіконової гуми. У той же час, дослідження заряджених композитних ізоляторів і незаряджених композитних ізоляторів показує, що термін служби заряджених композитних ізоляторів набагато нижчий, ніж у незаряджених композитних ізоляторів, що також вказує на те, що електричне старіння є важливим фактором, що викликає старіння композитних ізоляторів. Під час нормальної роботи на композитний ізолятор впливатимуть заряджені частинки, що призведе до розриву основного ланцюга силіконового каучуку композитного ізолятора. У той же час він реагує з навколишнім киснем та іншими речовинами, утворюючи оксиди азоту та інші речовини, а потім пошкоджує ефективність силіконової гуми. Коронна дуга також спричинить високу температуру на поверхні композитних ізоляторів, що погіршить електричні та механічні властивості композитних ізоляторів. Після того, як композитні ізолятори припікаються коронною дугою, вміст органічної речовини на поверхні композитних ізоляторів значно зменшиться, що призведе до зниження ізоляційних характеристик композитних ізоляторів. У всьому старінні реакційний процес електричного старіння є найскладнішим, і процес електричного старіння також з'явиться одночасно, фізичне старіння та хімічне старіння, отже, вплив електричного старіння на композитні ізоляційні матеріали є найбільшим.