Kompozitní izolátory mají výhody v nízké hmotnosti, odolnosti proti znečištění, snadné instalaci a údržbě atd. Kompozitní izolátory jsou široce používány při výstavbě energetických sítí doma i v zahraničí. V současné době je počet kompozitních izolátorů běžně používaných v Číně asi 8 milionů, což je jedna ze zemí s největším počtem kompozitních izolátorů. Kompozitní izolátory jsou během provozu snadno ovlivněny mnoha faktory, jako je strojní zařízení, životní prostředí a elektřina. S prodlužující se dobou provozu kompozitních izolátorů se kompozitní izolátory stanou tvrdými, křehkými a netěsnými atd. Pokud jsou kompozitní izolátory v provozu po dlouhou dobu, ovlivní to normální provoz elektrické sítě. V posledních letech přitahuje pozornost příslušných oddělení problém stárnutí kompozitních izolátorů.
Vnějším izolačním materiálem kompozitního izolátoru je hlavně vysokoteplotní vulkanizovaný silikonový kaučuk, což je elastomer získaný přidáním různých komplexů, jako je zpevňující plnivo a činidlo pro kontrolu struktury, do kaučuku a poté interakcí s vulkanizačním činidlem. Vysokoteplotní vulkanizovaný silikonový kaučuk má silnou stabilitu, hydrofobnost a obnovu hydrofobnosti. Kompozitní izolátor bude ve venkovním prostředí dlouhodobě v provozu a znečištění, koróna a vlhkost ve venkovním prostředí způsobí poškození povrchu silikonového kaučuku, které postupně zhorší vlastnosti kompozitního izolantu a nakonec selže.
V současné době se hlavní stavební směr čínské energetické sítě mění na směr UHV a UHV. Uhv elektrická síť musí být v mnoha případech vybudována ve vysokých nadmořských výškách a oblastech s vysokým znečištěním. Kompozitní izolátory proto musí čelit problémům, jako je ultrafialové záření a korónový výboj, což jsou také problémy, kterým je třeba věnovat pozornost při stárnutí kompozitních izolátorů.
Typ a mechanismus stárnutí kompozitního izolátoru
Stárnutí kompozitních izolátorů lze rozdělit do tří typů: fyzikální stárnutí, chemické stárnutí a elektromechanické stárnutí.
1.Fyzické stárnutí
Mezi faktory fyzikálního stárnutí kompozitních izolantů patří především ultrafialové záření, lokální vysoká teplota a únava ze stresu. Fyzikální stárnutí vážně ovlivňuje mechanické a elektrické vlastnosti silikonového kaučuku. Expoziční experiment materiálu ze silikonové pryže byl proveden během 1998-2005 v Číně a bylo studováno stárnutí silikonové pryže. Bylo zjištěno, že když je kompozitní izolátor vystaven venku po dlouhou dobu, fotoelektrické vlastnosti kompozitního izolátoru se zjevně změní, přičemž změna je nejzřetelnější v oblasti pouště a subtropické plošiny.
Ultrafialové světlo má velký urychlující účinek na stárnutí silikonového kaučuku, ačkoli ultrafialové světlo může zcela odříznout hlavní řetězovou strukturu silikonového kaučuku, ale ultrafialové světlo a další faktory budou kombinovat oxidaci silikonového kaučuku postranního řetězce methylu, což nakonec povede k stárnutí silikonové pryže. Struktura hlavního řetězce v silikonovém kaučuku bude po přestávce produkovat volné radikály, tato část volných radikálů s vysokou energií, snadno produkující zesíťovací reakci mezi sebou. Když jsou volné radikály vystaveny vzduchu, oxidují se vzdušným kyslíkem a produkují metan a další plyny.
V posledních letech, s postupným pokrokem projektu přenosu energie ze západu na východ, byla v Yunguichuanu a Xizangu postavena řada vysokonapěťových přenosových vedení s kompozitními izolátory jako hlavními konstrukčními materiály. Přírodní prostředí v těchto oblastech je přísnější než v jiných oblastech a kompozitní izolátory jsou zde při aplikaci náchylné ke stárnutí. V Yunguichuanu a dalších oblastech s vysokou nadmořskou výškou, s prodlužováním doby ultrafialového ozařování, pevnost a tažnost silikonového kaučuku postupně klesala se změnou času, odpor se také snižuje s prodloužením doby ozařování a hydrofobnost silikonového kaučuku se projeví klesající trend. Důvodem tohoto jevu je to, že primární vazba kompozitního izolátoru silikonového kaučuku bude spojena působením ultrafialového světla, čímž se mechanické vlastnosti silikonového kaučuku neustále snižují.
Krakovací reakce bude také produkovat plyn, plyn uniká z výkonu silikonové pryže, povrch silikonové pryže se objeví nerovný nebo dokonce díry. Nemethylová skupina na postranním řetězci odpadá v důsledku oxidační reakce, v tuto chvíli nemethylová skupina nemůže vytvořit silný štít pro hlavní řetězec, což má za následek postupné snižování hydrofobnosti povrchu silikonového kaučuku. Kromě toho budou hydrofilní skupiny v silikonovém kaučuku také absorbovat vodu z povrchu silikonového kaučuku, takže měrný odpor silikonového kaučuku nadále klesá. Přerušení chemického řetězce v silikonové pryži také způsobí, že izolace bude slabá, což povede k úniku a dalším nehodám. Proto, pokud je silikonový kaučuk pod UV silným prostředím po dlouhou dobu, vnitřní silikonový kaučuk bude pokračovat k praskání, síťovacím reakcím, jako je oxidace, ničí molekulární strukturu silikonového kaučuku uvnitř, z makro hlediska, aby silikonový kaučuk dlouhé vystavení ultrafialovému světlu pokles v silikonovém kaučuku elektrický výkon a mechanický výkon je snížen, vliv na normální použití silikonového kaučuku.
Bylo zjištěno, že barvivo oxidu železa může inhibovat tepelnou oxidační reakci v kompozitním izolačním silikonovém kaučuku, aby byla zachována stabilita silikonového kaučuku, ale použití barviva oxidu železa hraje katalytickou roli v hydrolytické reakci. Když se do silikonového kaučuku přidá nanosilika, pravděpodobnost přeskokového napětí kompozitního izolátoru klesá s rostoucím přidaným množstvím. Když se do silikonového kaučuku přidají nano částice BN, rozložení povrchové teploty silikonového kaučuku bude rovnoměrnější, hloubka eroze se bude postupně snižovat, odolnost povrchu silikonového kaučuku se zvýší a pravděpodobnost problému flashoveru se zvýší. nadále klesat.
Stresová únava také do značné míry urychlí stárnutí kompozitních izolátorů. Bylo zjištěno, že když se v sukni deštníku se zátěžovými izolátory objeví vysokofrekvenční vibrace, vibrace povedou k vážnému jevu koncentrace napětí u kořene sukně deštníku. Při dlouhodobém a vysokopevnostním zatížení bude kořen sukně deštníku vždy ve stavu stresové únavy, což povede ke vzniku mikrotrhlin. Pokud nebudou mikrotrhliny účinně opraveny, hloubka prasklin se bude dále zvětšovat a nakonec dojde k roztržení sukně deštníku.
2. Chemické stárnutí
Hlavními příčinami stárnutí kompozitního izolátoru silikonového kaučuku jsou ozón, kyselina a zásada a oxidy dusíku, mezi nimiž oxid dusíku reaguje s vodou za vzniku kyseliny dusičné. Když je kompozitní izolátor v kyselém prostředí po dlouhou dobu, povrch kompozitního izolátoru bude vážně zkorodován. Silná kyselina povede ke zlomení kostry silikonové pryže kompozitního izolátoru, čímž dojde k poškození materiálu silikonové pryže. Když je kompozitní izolátor v alkalickém prostředí, povrch kompozitního izolátoru bude vykazovat slabou alkalitu a alkalické látky také způsobí porušení primární vazby v silikonové pryži, což má za následek ztrátu hydrofobnosti kompozitního izolátoru. Z makro pohledu bude kompozitní izolátor silikonový kaučuk v kyselém nebo alkalickém prostředí po dlouhou dobu vykazovat jev snižování pevnosti.
V dlouhodobě znečištěném a vlhkém prostředí bude hydrofobnost silikonového kaučukového povrchu kompozitních izolátorů postupně slábnout a s přibývajícím časem dokonce zcela vymizí. Když jsou kompozitní izolátory ponořeny do roztoků různých vlastností, lze zjistit, že povrch kompozitních izolátorů v neutrálních roztocích se výrazně nemění, zatímco povrch kompozitních izolátorů v kyselých a alkalických roztocích vykazuje zjevný korozní jev a stupeň koroze se postupně prohlubuje se zvyšováním kyselosti a zásaditosti. Pro kompozitní izolanty je kyselé prostředí škodlivější než prostředí alkalické.
V důsledku jevu výboje během provozu vysokonapěťového vedení bude ozon generovaný jevem výboje oxidovat a reagovat s polymerním materiálem v kompozitním izolátoru. Oxidační reakce povede k vážným defektům na povrchu kompozitního izolátoru a dokonce bude mít vážný dopad na výkon kompozitního izolátoru.
3. Elektrické stárnutí
Kompozitní izolátory jsou kromě ovlivnění přírodním prostředím ovlivněny také elektrickými poli vysokého napětí, které urychlují stárnutí silikonového kaučuku. Studie nabitých kompozitních izolátorů a nenabitých kompozitních izolátorů současně ukazuje, že životnost nabitých kompozitních izolátorů je mnohem nižší než životnost nenabitých kompozitních izolátorů, což také naznačuje, že elektrické stárnutí je důležitým faktorem způsobujícím stárnutí kompozitních izolátorů. Kompozitní izolátor bude za normálního provozu zasažen nabitými částicemi, což povede k přetržení hlavního řetězce kompozitního izolátoru ze silikonové pryže. Zároveň bude reagovat s okolním kyslíkem a dalšími látkami za vzniku oxidů dusíku a dalších látek a následně poškodit výkon silikonové pryže. Korónový oblouk také způsobí vysokou teplotu na povrchu kompozitních izolátorů, což sníží elektrické a mechanické vlastnosti kompozitních izolátorů. Po kauterizaci kompozitních izolátorů koronovým obloukem se obsah organické hmoty na povrchu kompozitních izolátorů výrazně sníží, což má za následek pokles izolačního výkonu kompozitních izolátorů. Při celém stárnutí je nejsložitější reakční proces elektrického stárnutí a současně se objeví i proces elektrického stárnutí, fyzikální stárnutí a chemické stárnutí, proto je dopad elektrického stárnutí na kompozitní izolační materiály největší.