Композитните изолатори имат предимствата на леко тегло, устойчивост на замърсяване, лесен монтаж и поддръжка и т.н. Композитните изолатори се използват широко при изграждането на електрически мрежи у нас и в чужбина. Понастоящем броят на композитните изолатори в нормална употреба в Китай е около 8 милиона, което е една от страните с най-голям брой композитни изолатори. Композитните изолатори лесно се влияят от много фактори по време на работа, като машини, околна среда и електричество. С увеличаване на времето за работа на композитните изолатори, композитните изолатори ще станат твърди, крехки и течове и т.н. Ако композитните изолатори работят под напрежение дълго време, това ще повлияе на нормалната работа на електрическата мрежа. През последните години проблемът със стареенето на композитните изолатори привлече вниманието на съответните отдели.
Външният изолационен материал на композитния изолатор е предимно високотемпературен вулканизиран силиконов каучук, който е еластомер, получен чрез добавяне на различни комплекси, като усилващ пълнител и агент за контрол на структурата, към каучука и след това взаимодейства с вулканизиращ агент. Високотемпературен вулканизиран силиконов каучук има силна стабилност, хидрофобност и възстановяване на хидрофобността. Композитният изолатор ще бъде във външна среда дълго време в експлоатация, а замърсяването, короната и влагата във външната среда ще причинят увреждане на повърхността на силиконовия каучук, което постепенно ще влоши свойствата на композитния изолатор и в крайна сметка ще се провали.
Понастоящем основната посока на изграждане на електрическата мрежа на Китай се променя към посоката на UHV и UHV. UHV електропреносната мрежа трябва да бъде изградена в райони с голяма надморска височина и силно замърсяване в много случаи. Следователно, композитните изолатори трябва да се изправят пред проблеми като ултравиолетово лъчение и коронен разряд, които също са проблемите, на които трябва да се обърне внимание при стареенето на композитните изолатори.
Тип и механизъм на стареене на композитния изолатор
Стареенето на композитните изолатори може да бъде разделено на три вида: физическо стареене, химическо стареене и електромеханично стареене.
1. Физическо стареене
Факторите на физическото стареене на композитните изолатори включват главно ултравиолетова радиация, локална висока температура и умора от напрежение. Физическото стареене сериозно засяга механичните и електрически свойства на силиконовия каучук. Експериментът с експозиция на материал от силиконов каучук е проведен по време на 1998-2005 в Китай и е изследвано стареенето на силиконовия каучук. Установено е, че когато композитният изолатор е изложен на открито за дълго време, фотоелектричното свойство на композитния изолатор ще се промени очевидно, сред които промяната е най-очевидна в пустинната зона и субтропичната зона на платото.
Ултравиолетовата светлина има голям ускоряващ ефект върху стареенето на силиконовия каучук, въпреки че ултравиолетовата светлина може напълно да отреже структурата на основната верига на силиконовия каучук, но ултравиолетовата светлина и други фактори ще комбинират окисляването на метила на страничната верига на силиконовия каучук, което в крайна сметка ще доведе до стареене на силиконова гума. Структурата на основната верига в силиконовия каучук ще произведе свободни радикали след прекъсването, тази част от свободните радикали с висока енергия, лесна за производство на омрежваща реакция помежду си. Когато са изложени на въздуха, свободните радикали също се окисляват с кислорода във въздуха, произвеждайки метан и други газове.
През последните години, с постепенния напредък на проекта за пренос на електроенергия запад-изток, редица далекопроводи за високо напрежение с композитни изолатори като основни строителни материали бяха издигнати в Yunguichuan и Xizang. Естествената среда в тези райони е по-тежка от тази в други райони и композитните изолатори тук са склонни към стареене при приложение. В Yunguichuan и други райони с голяма надморска височина, с удължаването на времето за ултравиолетово облъчване, силата и удължението на силиконовия каучук постепенно намаляват с промяната на времето, съпротивлението също ще намалее с удължаването на времето за облъчване и ще се покаже хидрофобността на силиконовия каучук тенденция към намаляване. Причината за това явление е, че първичната връзка на композитния изолационен силиконов каучук ще бъде свързана под действието на ултравиолетова светлина, което прави механичните свойства на силиконовия каучук непрекъснато да намаляват.
Реакцията на крекинг също ще произведе газ, изтичането на газ от работата на силиконовия каучук, повърхността на силиконовия каучук ще изглежда неравномерна или дори дупки. Неметиловата група на страничната верига пада поради окислителна реакция, по това време неметиловата група не може да образува мощен щит за основната верига, което води до постепенно намаляване на хидрофобността на повърхността на силиконовия каучук. В допълнение, хидрофилните групи в силиконовия каучук също ще абсорбират вода от повърхността на силиконовия каучук, така че съпротивлението на силиконовия каучук продължава да намалява. Прекъсването на химическата верига в силиконовия каучук също ще доведе до слаба изолация, което ще доведе до изтичане и други инциденти. Следователно, ако силиконов каучук под UV силна среда за дълго време, вътрешният силиконов каучук ще продължи до появата на напукване, реакции на омрежване като окисляване, разрушаване на молекулярната структура на силиконовия каучук вътре, от макро гледна точка, до силиконов каучук продължително излагане на ултравиолетова светлина среда спад в електрическите характеристики на силиконовия каучук и механичните характеристики са намалени, засягат нормалната употреба на силиконов каучук.
Установено е, че оцветителят железен оксид може да инхибира реакцията на термично окисляване в композитния изолационен силиконов каучук, така че да поддържа стабилността на силиконовия каучук, но използването на оцветител железен оксид играе каталитична роля в реакцията на хидролиза. Когато нано силициевият диоксид се добави към силиконовия каучук, вероятността от напрежение на мигане на композитния изолатор намалява с увеличаване на добавеното количество. Когато нано BN частици се добавят към силиконовия каучук, разпределението на температурата на повърхността на силиконовия каучук ще бъде по-равномерно, дълбочината на ерозията постепенно ще намалее, стабилността на съпротивлението на повърхността на силиконовия каучук ще се подобри и вероятността от проблем с пламъка ще се появи продължават да намаляват.
Умората от стрес също ще ускори до голяма степен стареенето на композитните изолатори. Установено е, че когато се появи високочестотна вибрация в полата на чадъра с изолатори на натоварване, вибрацията ще доведе до сериозен феномен на концентрация на напрежение в основата на полата на чадъра. При дългосрочно и високоякостно натоварване коренът на полата на чадъра винаги ще бъде в състояние на умора от напрежение, което ще доведе до генериране на микропукнатини. Ако микропукнатините не бъдат поправени ефективно, дълбочината на пукнатините ще продължи да се увеличава и в крайна сметка полата на чадъра ще бъде разкъсана.
2. Химично стареене
Основните причини за стареенето на композитния изолатор от силиконов каучук са озон, киселина и основа и азотен оксид, сред които азотният оксид реагира с вода, за да произведе азотна киселина. Когато композитният изолатор е в кисела среда за дълго време, повърхността на композитния изолатор ще бъде сериозно корозирала. Силната киселина ще доведе до счупване на гръбнака на силиконовия каучук на композитния изолатор, като по този начин ще причини повреда на материала от силиконов каучук. Когато композитният изолатор е в алкална среда, повърхността на композитния изолатор ще покаже слаба алкалност и алкалните вещества също ще причинят разрушаване на първичната връзка в силиконовия каучук, което води до загуба на хидрофобност на композитния изолатор. От макро гледна точка, композитният изолационен силиконов каучук в кисела или алкална среда за дълго време ще покаже феномена на намаляване на якостта.
В замърсената и влажна среда за дълго време, хидрофобността на повърхността на силиконовия каучук на композитните изолатори постепенно ще отслабне и дори ще изчезне напълно с увеличаването на времето. Когато композитните изолатори се потапят в разтвори с различни свойства, може да се установи, че повърхността на композитните изолатори в неутрални разтвори не се променя значително, докато повърхността на композитните изолатори в киселинни и алкални разтвори показва очевидно корозионно явление и степента на корозия постепенно се задълбочава с повишаване на киселинността и алкалността. За композитните изолатори киселинната среда е по-вредна от алкалната среда.
Поради явлението разряд по време на работа на линията за високо напрежение, озонът, генериран от явлението разряд, ще се окисли и ще реагира с полимерния материал в композитния изолатор. Окислителната реакция ще доведе до сериозни дефекти на повърхността на композитния изолатор и дори ще има сериозно въздействие върху работата на композитния изолатор.
3. Електрическо стареене
Освен че се влияят от естествената среда, композитните изолатори се влияят и от електрически полета с високо напрежение, които ускоряват стареенето на силиконовия каучук. В същото време изследването на заредени композитни изолатори и незаредени композитни изолатори показва, че експлоатационният живот на заредените композитни изолатори е много по-нисък от този на незаредените композитни изолатори, което също показва, че електрическото стареене е важен фактор, причиняващ стареене на композитни изолатори. Композитният изолатор ще бъде повлиян от заредени частици при нормална работа, което ще доведе до счупване на основната верига от силиконова гума на композитния изолатор. В същото време той ще реагира с околния кислород и други вещества, за да произведе азотни оксиди и други вещества и след това ще увреди работата на силиконовия каучук. Коронната дъга също ще причини висока температура на повърхността на композитните изолатори, което ще намали електрическите и механичните свойства на композитните изолатори. След като композитните изолатори бъдат обгорени от коронна дъга, съдържанието на органична материя на повърхността на композитните изолатори значително ще намалее, което ще доведе до влошаване на изолационните характеристики на композитните изолатори. При цялото стареене реакционният процес на електрическо стареене е най-сложен и процесът на електрическо стареене също ще се появи едновременно, физическо стареене и химическо стареене, следователно въздействието на електрическото стареене върху композитните изолационни материали е най-голямо.