Kompozitni izolatori imaju prednosti male težine, otpornosti na zagađenje, jednostavne instalacije i održavanja, itd. Kompozitni izolatori naširoko se koriste u izgradnji električnih mreža u zemlji i inozemstvu. Trenutno je broj kompozitnih izolatora u normalnoj uporabi u Kini oko 8 milijuna, što je jedna od zemalja s najvećim brojem kompozitnih izolatora. Na kompozitne izolatore lako utječu mnogi čimbenici tijekom rada, kao što su strojevi, okoliš i električna energija. S povećanjem radnog vremena kompozitnih izolatora, kompozitni izolatori postat će tvrdi, lomljivi i curiti će itd. Ako kompozitni izolatori rade pod naponom dugo vremena, to će utjecati na normalan rad elektroenergetske mreže. Posljednjih godina problem starenja kompozitnih izolatora privukao je pozornost nadležnih odjela.
Vanjski izolacijski materijal kompozitnog izolatora uglavnom je visokotemperaturna vulkanizirana silikonska guma, koja je elastomer dobiven dodavanjem različitih kompleksa, kao što su ojačavajuće punilo i sredstvo za kontrolu strukture, u gumu, a zatim u interakciji sa sredstvom za vulkanizaciju. Visokotemperaturna vulkanizirana silikonska guma ima jaku stabilnost, hidrofobnost i oporavak hidrofobnosti. Kompozitni izolator dugo će biti u vanjskom okruženju, a onečišćenje, korona i vlaga u vanjskom okruženju uzrokovat će oštećenje površine silikonske gume, što će postupno pogoršati svojstva kompozitnog izolatora i na kraju propasti.
Trenutačno se glavni smjer izgradnje kineske električne mreže mijenja u smjer UHV i UHV. UHV elektroenergetsku mrežu u mnogim slučajevima treba izgraditi u područjima s velikom nadmorskom visinom i visokim zagađenjem. Stoga se kompozitni izolatori moraju suočiti s problemima kao što su ultraljubičasto zračenje i koronsko pražnjenje, što su također problemi na koje treba obratiti pozornost kod starenja kompozitnih izolatora.
Vrsta i mehanizam starenja kompozitnog izolatora
Starenje kompozitnih izolatora može se podijeliti u tri tipa: fizičko starenje, kemijsko starenje i elektromehaničko starenje.
1. Fizičko starenje
Čimbenici fizičkog starenja kompozitnih izolatora uglavnom uključuju ultraljubičasto zračenje, lokalne visoke temperature i zamor od naprezanja. Fizičko starenje ozbiljno utječe na mehanička i električna svojstva silikonske gume. Eksperiment izlaganja materijala od silikonske gume proveden je tijekom 1998-2005 u Kini i proučavano je starenje silikonske gume. Utvrđeno je da će se fotoelektrična svojstva kompozitnog izolatora očito promijeniti kada je kompozitni izolator dulje vrijeme izložen na otvorenom, među kojima je promjena najočitija u pustinjskom području i suptropskom visoravni.
Ultraljubičasto svjetlo ima veliki ubrzavajući učinak na starenje silikonske gume, iako ultraljubičasto svjetlo može potpuno odrezati strukturu glavnog lanca silikonske gume, ali ultraljubičasto svjetlo i drugi čimbenici kombinirat će oksidaciju metila bočnog lanca silikonske gume, što će na kraju dovesti do starenje silikonske gume. Glavna struktura lanca u silikonskoj gumi će proizvesti slobodne radikale nakon prekida, ovaj dio slobodnih radikala visoke energije, lako je proizvesti reakciju međusobnog unakrsnog povezivanja. Kada su izloženi zraku, slobodni radikali također oksidiraju s kisikom u zraku, proizvodeći metan i druge plinove.
Posljednjih godina, s postupnim napretkom projekta prijenosa električne energije zapad-istok, u Yunguichuanu i Xizangu podignut je niz visokonaponskih dalekovoda s kompozitnim izolatorima kao glavnim građevinskim materijalom. Prirodno okruženje u tim područjima je ozbiljnije nego u drugim područjima, a kompozitni izolatori ovdje su skloni starenju tijekom primjene. U Yunguichuanu i drugim područjima na velikim nadmorskim visinama, s produženjem vremena ultraljubičastog zračenja, čvrstoća i istezanje silikonske gume postupno se smanjuju s promjenom vremena, otpornost će se također smanjiti s produljenjem vremena zračenja, a hidrofobnost silikonske gume će se pokazati trend pada. Razlog za ovu pojavu je taj što će primarna veza kompozitne izolatorske silikonske gume biti povezana pod djelovanjem ultraljubičastog svjetla, zbog čega mehanička svojstva silikonske gume kontinuirano opadaju.
Reakcija pucanja također će proizvesti plin, plin će izaći iz performansi silikonske gume, površina silikonske gume pojavit će se neravnomjerno ili čak i rupe. Nemetilna skupina na bočnom lancu otpada zbog reakcije oksidacije, u ovom trenutku nemetilna skupina ne može formirati snažan štit za glavni lanac, što rezultira postupnim smanjenjem hidrofobnosti površine silikonske gume. Osim toga, hidrofilne skupine u silikonskoj gumi također će apsorbirati vodu s površine silikonske gume, tako da otpornost silikonske gume nastavlja opadati. Prekid kemijskog lanca u silikonskoj gumi također će uzrokovati slabu izolaciju, što dovodi do curenja i drugih nezgoda. Stoga, ako je silikonska guma pod UV jakim okruženjem dulje vrijeme, unutarnja silikonska guma nastavit će s pojavom pucanja, reakcijama umrežavanja kao što je oksidacija, uništiti molekularnu strukturu silikonske gume iznutra, s makro gledišta, do silikonska guma dugo izlaganje ultraljubičastom svjetlu okoline pad električnih i mehaničkih performansi silikonske gume je smanjen, utječe na normalnu upotrebu silikonske gume.
Utvrđeno je da bojilo željezov oksid može inhibirati reakciju toplinske oksidacije u kompozitnoj izolatorskoj silikonskoj gumi, kako bi se održala stabilnost silikonske gume, ali upotreba bojila željezov oksid igra katalitičku ulogu u reakciji hidrolize. Kada se silikonskoj gumi doda nano silika, vjerojatnost preskoka napona kompozitnog izolatora opada s povećanjem dodane količine. Kada se nano BN čestice dodaju silikonskoj gumi, raspodjela površinske temperature silikonske gume bit će ujednačenija, dubina erozije postupno će se smanjivati, stabilnost otpora površine silikonske gume će se povećati, a vjerojatnost problema s flashoverom će se povećati. nastaviti smanjivati.
Zamor od naprezanja također će u velikoj mjeri ubrzati starenje kompozitnih izolatora. Utvrđeno je da kada se visokofrekventna vibracija pojavi u rubu kišobrana s izolatorima opterećenja, vibracija će dovesti do ozbiljnog fenomena koncentracije naprezanja u korijenu ruba kišobrana. Pod dugotrajnim i velikim opterećenjem, korijen suknje kišobrana uvijek će biti u stanju zamora od naprezanja, što će dovesti do stvaranja mikropukotina. Ako se mikropukotine ne poprave učinkovito, dubina pukotina nastavit će se povećavati, a na kraju će rub kišobrana biti poderan.
2. Kemijsko starenje
Glavni uzroci starenja kompozitnog izolatora od silikonske gume su ozon, kiselina i baza te dušikov oksid, među kojima dušikov oksid reagira s vodom i proizvodi dušičnu kiselinu. Kada je kompozitni izolator dulje vrijeme u kiseloj sredini, površina kompozitnog izolatora bit će ozbiljno korodirana. Jaka kiselina će dovesti do loma silikonske gumene okosnice kompozitnog izolatora, uzrokujući tako oštećenje materijala od silikonske gume. Kada je kompozitni izolator u alkalnom okruženju, površina kompozitnog izolatora će pokazati slabu alkalnost, a alkalne tvari će također uzrokovati pucanje primarne veze u silikonskoj gumi, što će rezultirati gubitkom hidrofobnosti kompozitnog izolatora. S makro gledišta, kompozitna izolatorska silikonska guma u kiselom ili alkalnom okruženju dugo vremena će pokazati fenomen smanjenja čvrstoće.
U onečišćenoj i vlažnoj okolini dulje vrijeme, hidrofobnost površine silikonske gume kompozitnih izolatora postupno će slabiti, pa čak i potpuno nestati s vremenom. Kada se kompozitni izolatori uranjaju u otopine različitih svojstava, može se ustanoviti da se površina kompozitnih izolatora u neutralnim otopinama ne mijenja značajno, dok površina kompozitnih izolatora u kiselim i alkalnim otopinama pokazuje očit fenomen korozije, a stupanj korozije postupno se produbljuje s porastom kiselosti i lužnatosti. Za kompozitne izolatore, kiseli okoliš je štetniji od alkalnog okoliša.
Zbog fenomena pražnjenja tijekom rada visokonaponskog voda, ozon nastao fenomenom pražnjenja će oksidirati i reagirati s polimernim materijalom u kompozitnom izolatoru. Reakcija oksidacije će dovesti do ozbiljnih nedostataka na površini kompozitnog izolatora, pa čak i imati ozbiljan utjecaj na performanse kompozitnog izolatora.
3. Električno starenje
Osim utjecaja prirodnog okoliša, na kompozitne izolatore utječu i visokonaponska električna polja koja ubrzavaju starenje silikonske gume. U isto vrijeme, studija kompozitnih izolatora s nabojem i kompozitnih izolatora bez naboja pokazuje da je životni vijek kompozitnih izolatora s nabojem daleko niži od životnog vijeka kompozitnih izolatora bez naboja, što također ukazuje na to da je električno starenje važan čimbenik koji uzrokuje starenje kompozitnih izolatora. Na kompozitni izolator će tijekom normalnog rada djelovati nabijene čestice, što će dovesti do pucanja glavnog lanca kompozitnog izolatora od silikonske gume. Istodobno će reagirati s okolnim kisikom i drugim tvarima i proizvesti dušikove okside i druge tvari, a zatim oštetiti performanse silikonske gume. Korona će također uzrokovati visoku temperaturu na površini kompozitnih izolatora, što će smanjiti električna i mehanička svojstva kompozitnih izolatora. Nakon što se kompozitni izolatori kauteriziraju koronskim lukom, sadržaj organske tvari na površini kompozitnih izolatora znatno će se smanjiti, što će rezultirati padom izolacijskih svojstava kompozitnih izolatora. U cijelom starenju, reakcijski proces električnog starenja je najsloženiji, a električni proces starenja također će se pojaviti u isto vrijeme, fizičko starenje i kemijsko starenje, stoga je utjecaj električnog starenja na kompozitne izolacijske materijale najveći.