Gli isolanti compositi presentano i vantaggi di leggerezza, resistenza all'inquinamento, facilità di installazione e manutenzione, ecc. Gli isolanti compositi sono ampiamente utilizzati nella costruzione di reti elettriche in patria e all'estero. Attualmente, il numero di isolanti compositi in uso normale in Cina è di circa 8 milioni, che è uno dei paesi con il maggior numero di isolanti compositi. Gli isolanti compositi sono facilmente influenzati da molti fattori durante il funzionamento, come macchinari, ambiente ed elettricità. Con l'aumento del tempo di funzionamento degli isolanti compositi, gli isolanti compositi diventeranno duri, fragili e con perdite, ecc. Se gli isolanti compositi funzionano in tensione per un lungo periodo, ciò influirà sul normale funzionamento della rete elettrica. Negli ultimi anni, il problema dell'invecchiamento degli isolanti compositi ha attirato l'attenzione dei dipartimenti competenti.
Il materiale isolante esterno dell'isolante composito è principalmente gomma siliconica vulcanizzata ad alta temperatura, che è un elastomero ottenuto aggiungendo vari complessi, come riempitivo rinforzante e agente di controllo della struttura, alla gomma, e quindi interagendo con l'agente vulcanizzante. La gomma siliconica vulcanizzata ad alta temperatura ha una forte stabilità, idrofobicità e recupero dell'idrofobicità. L'isolante composito rimarrà in funzione per molto tempo nell'ambiente esterno e l'inquinamento, la corona e l'umidità nell'ambiente esterno causeranno danni alla superficie della gomma siliconica, che deteriorerà gradualmente le proprietà dell'isolante composito e alla fine si guasterà.
Attualmente, la direzione di costruzione principale della rete elettrica cinese sta cambiando verso la direzione di UHV e UHV. La rete elettrica Uhv in molti casi deve essere costruita in zone ad alta quota e ad alto inquinamento. Pertanto, gli isolanti compositi devono affrontare problemi come le radiazioni ultraviolette e la scarica corona, che sono anche problemi a cui prestare attenzione nell'invecchiamento degli isolanti compositi.
Tipo di invecchiamento e meccanismo dell'isolante composito
L'invecchiamento degli isolanti compositi può essere suddiviso in tre tipi: invecchiamento fisico, invecchiamento chimico e invecchiamento elettromeccanico.
1. Invecchiamento fisico
I fattori dell'invecchiamento fisico degli isolanti compositi includono principalmente la radiazione ultravioletta, l'elevata temperatura locale e l'affaticamento da stress. L'invecchiamento fisico influisce seriamente sulle proprietà meccaniche ed elettriche della gomma siliconica. L'esperimento di esposizione del materiale in gomma siliconica è stato condotto durante 1998-2005 in Cina ed è stato studiato l'invecchiamento della gomma siliconica. È stato riscontrato che quando l'isolante composito è esposto all'esterno per lungo tempo, la proprietà fotoelettrica dell'isolante composito cambierà ovviamente, tra cui il cambiamento è più evidente nell'area desertica e nell'area dell'altopiano subtropicale.
La luce ultravioletta ha un grande effetto accelerante sull'invecchiamento della gomma siliconica, sebbene la luce ultravioletta e possa tagliare completamente la struttura della catena principale della gomma siliconica, ma la luce ultravioletta e altri fattori combineranno l'ossidazione della catena laterale della gomma siliconica metilica, portando infine a l'invecchiamento della gomma siliconica. La struttura della catena principale in gomma siliconica produrrà radicali liberi dopo la rottura, questa parte di radicali liberi ad alta energia, facili da produrre reazioni di reticolazione tra loro. Se esposti all'aria, i radicali liberi si ossidano anche con l'ossigeno presente nell'aria, producendo metano e altri gas.
Negli ultimi anni, con il progressivo avanzamento del progetto di trasmissione di potenza Ovest-Est, a Yunguichuan e Xizang sono state erette numerose linee di trasmissione ad alta tensione con isolanti compositi come materiali da costruzione principali. L'ambiente naturale in queste aree è più severo di quello in altre aree e gli isolanti compositi qui sono soggetti a invecchiamento nell'applicazione. Nello Yunguichuan e in altre aree ad alta quota, con l'estensione del tempo di irradiazione ultravioletta, la forza e l'allungamento della gomma siliconica diminuiscono gradualmente con il cambio del tempo, la resistività diminuirà anche con l'estensione del tempo di irradiazione e l'idrofobicità della gomma siliconica mostrerà una tendenza decrescente. La ragione di questo fenomeno è che il legame primario della gomma siliconica isolante composita sarà collegato sotto l'azione della luce ultravioletta, il che fa diminuire continuamente le proprietà meccaniche della gomma siliconica.
La reazione di cracking produrrà anche gas, fughe di gas dalle prestazioni della gomma siliconica, la superficie della gomma siliconica apparirà irregolare o uniforme. Il gruppo non metilico sulla catena laterale cade a causa della reazione di ossidazione, in questo momento, il gruppo non metilico non può formare un potente scudo per la catena principale, con conseguente graduale diminuzione dell'idrofobicità della superficie della gomma siliconica. Inoltre, i gruppi idrofili nella gomma siliconica assorbiranno anche acqua dalla superficie della gomma siliconica, in modo che la resistività della gomma siliconica continui a diminuire. La rottura della catena chimica nella gomma siliconica causerà anche un isolamento debole, causando perdite e altri incidenti. Pertanto, se una gomma siliconica in un ambiente resistente ai raggi UV per molto tempo, l'interno della gomma siliconica continuerà a verificarsi screpolature, reazioni di reticolazione come l'ossidazione, distruggeranno la struttura molecolare della gomma siliconica all'interno, da un punto di vista macro, per la lunga esposizione della gomma di silicone all'ambiente di luce ultravioletta cade nella prestazione elettrica della gomma di silicone e la prestazione meccanica è ridotta, pregiudica l'uso normale della gomma di silicone.
Si è riscontrato che l'ossido di ferro colorante può inibire la reazione di ossidazione termica nella gomma siliconica isolante composita, in modo da mantenere la stabilità della gomma siliconica, ma l'uso dell'ossido di ferro colorante svolge un ruolo catalitico nella reazione di idrolisi. Quando la nano silice viene aggiunta alla gomma siliconica, la probabilità di una tensione di flashover dell'isolante composito diminuisce con l'aumento della quantità aggiunta. Quando le particelle di nano BN vengono aggiunte alla gomma siliconica, la distribuzione della temperatura superficiale della gomma siliconica sarà più uniforme, la profondità di erosione diminuirà gradualmente, la stabilità della resistenza della superficie della gomma siliconica sarà migliorata e la probabilità di problemi di flashover sarà continuare a diminuire.
L'affaticamento da stress accelererà anche l'invecchiamento degli isolanti compositi in larga misura. Si è riscontrato che quando si verificano vibrazioni ad alta frequenza nella gonna dell'ombrello con isolatori di carico, la vibrazione porterà a un grave fenomeno di concentrazione dello stress alla radice della gonna dell'ombrello. Sotto carico a lungo termine e ad alta resistenza, la radice della gonna dell'ombrello sarà sempre in uno stato di affaticamento da stress, che porterà alla generazione di microfessure. Se le microfessure non vengono riparate in modo efficace, la profondità delle crepe continuerà ad aumentare e alla fine la gonna dell'ombrello verrà strappata.
2. Invecchiamento chimico
Le principali cause dell'invecchiamento della gomma siliconica isolante composito sono l'ozono, l'acido e la base e l'ossido di azoto, tra i quali l'ossido di azoto reagisce con l'acqua per produrre acido nitrico. Quando l'isolante composito si trova in un ambiente acido per lungo tempo, la superficie dell'isolante composito sarà gravemente corrosa. L'acido forte porterà alla rottura della spina dorsale in gomma siliconica dell'isolante composito, causando così danni al materiale in gomma siliconica. Quando l'isolante composito si trova in un ambiente alcalino, la superficie dell'isolante composito mostrerà una debole alcalinità e le sostanze alcaline causeranno anche la rottura del legame primario nella gomma siliconica, con conseguente perdita di idrofobicità dell'isolante composito. Dal punto di vista macro, la gomma siliconica isolante composita in ambiente acido o alcalino mostrerà a lungo il fenomeno della riduzione della forza.
Nell'ambiente inquinato e umido per lungo tempo, l'idrofobicità della superficie in gomma siliconica degli isolanti compositi si indebolirà gradualmente e addirittura scomparirà completamente con l'aumentare del tempo. Quando gli isolanti compositi sono immersi in soluzioni di diverse proprietà, si può riscontrare che la superficie degli isolanti compositi in soluzioni neutre non cambia in modo significativo, mentre la superficie degli isolanti compositi in soluzioni acide e alcaline mostra evidenti fenomeni di corrosione e il grado di corrosione si approfondisce progressivamente con l'aumentare dell'acidità e dell'alcalinità. Per gli isolanti compositi, l'ambiente acido è più dannoso dell'ambiente alcalino.
A causa del fenomeno della scarica durante il funzionamento della linea ad alta tensione, l'ozono generato dal fenomeno della scarica si ossida e reagisce con il materiale polimerico nell'isolante composito. La reazione di ossidazione porterà a gravi difetti sulla superficie dell'isolante composito e avrà anche un grave impatto sulle prestazioni dell'isolante composito.
3. Invecchiamento elettrico
Oltre ad essere influenzati dall'ambiente naturale, gli isolanti compositi sono anche influenzati dai campi elettrici ad alta tensione, che accelerano l'invecchiamento della gomma siliconica. Allo stesso tempo, lo studio degli isolanti compositi caricati e degli isolanti compositi non caricati mostra che la vita utile degli isolanti compositi caricati è di gran lunga inferiore a quella degli isolanti compositi non caricati, il che indica anche che l'invecchiamento elettrico è un fattore importante che causa il invecchiamento degli isolanti compositi. L'isolante composito sarà colpito da particelle cariche durante il normale funzionamento, il che porterà alla rottura della catena principale in gomma siliconica dell'isolante composito. Allo stesso tempo, reagirà con l'ossigeno circostante e altre sostanze per produrre ossidi di azoto e altre sostanze e quindi danneggerà le prestazioni della gomma siliconica. L'arco corona provocherà anche temperature elevate sulla superficie degli isolanti compositi, che diminuiranno le proprietà elettriche e meccaniche degli isolanti compositi. Dopo che gli isolanti compositi sono stati cauterizzati dall'arco corona, il contenuto di materia organica sulla superficie degli isolanti compositi diminuirà notevolmente, determinando un calo delle prestazioni di isolamento degli isolanti compositi. In tutto l'invecchiamento, il processo di reazione dell'invecchiamento elettrico è il più complesso e allo stesso tempo apparirà anche il processo di invecchiamento elettrico, invecchiamento fisico e invecchiamento chimico, pertanto l'impatto dell'invecchiamento elettrico sui materiali isolanti compositi è il più grande.