Verbundisolatoren haben die Vorteile von geringem Gewicht, Verschmutzungsbeständigkeit, einfacher Installation und Wartung usw. Verbundisolatoren werden häufig beim Bau von Stromnetzen im In- und Ausland verwendet. Gegenwärtig beträgt die Anzahl der normal verwendeten Verbundisolatoren in China etwa 8 Millionen, was eines der Länder mit der größten Anzahl an Verbundisolatoren ist. Verbundisolatoren werden während des Betriebs leicht durch viele Faktoren wie Maschinen, Umwelt und Elektrizität beeinflusst. Mit zunehmender Betriebszeit von Verbundisolatoren werden Verbundisolatoren hart, spröde und lecken usw. Wenn Verbundisolatoren längere Zeit unter Spannung betrieben werden, beeinträchtigt dies den normalen Betrieb des Stromnetzes. In den letzten Jahren hat die Alterungsproblematik von Verbundisolatoren die Aufmerksamkeit einschlägiger Fachabteilungen auf sich gezogen.
Das äußere Isoliermaterial des Verbundisolators ist hauptsächlich bei hoher Temperatur vulkanisierter Silikonkautschuk, ein Elastomer, das durch Zugabe verschiedener Komplexe wie Verstärkungsfüllstoff und Strukturkontrollmittel zum Kautschuk und anschließende Wechselwirkung mit dem Vulkanisationsmittel erhalten wird. Hochtemperaturvulkanisierter Silikonkautschuk hat eine starke Stabilität, Hydrophobizität und Hydrophobizitätswiederherstellung. Der Verbundisolator wird lange Zeit im Freien in Betrieb sein, und die Verschmutzung, Korona und Feuchtigkeit im Außenbereich verursachen Schäden an der Oberfläche des Silikonkautschuks, die die Eigenschaften des Verbundisolators allmählich verschlechtern und schließlich versagen.
Derzeit ändert sich die Hauptbaurichtung des chinesischen Stromnetzes in Richtung UHV und UHV. UHV-Stromnetze müssen in vielen Fällen in Gebieten mit großer Höhe und hoher Verschmutzung gebaut werden. Daher müssen Verbundisolatoren mit Problemen wie ultravioletter Strahlung und Koronaentladung konfrontiert werden, die auch die Probleme sind, denen bei der Alterung von Verbundisolatoren Aufmerksamkeit geschenkt werden muss.
Art und Mechanismus der Alterung von Verbundisolatoren
Die Alterung von Verbundisolatoren kann in drei Arten unterteilt werden: physikalische Alterung, chemische Alterung und elektromechanische Alterung.
1. Körperliche Alterung
Zu den Faktoren der physikalischen Alterung von Verbundisolatoren gehören hauptsächlich UV-Strahlung, lokale hohe Temperaturen und Spannungsermüdung. Die physikalische Alterung beeinträchtigt die mechanischen und elektrischen Eigenschaften von Silikonkautschuk erheblich. Das Expositionsexperiment mit Silikonkautschukmaterial wurde während 1998-2005 in China durchgeführt, und die Alterung von Silikonkautschuk wurde untersucht. Es wurde festgestellt, dass sich die photoelektrische Eigenschaft des Verbundisolators offensichtlich ändert, wenn der Verbundisolator längere Zeit im Freien ausgesetzt wird, wobei die Änderung am deutlichsten in Wüstengebieten und subtropischen Hochebenen ist.
Ultraviolettes Licht hat eine große beschleunigende Wirkung auf die Alterung von Silikonkautschuk, obwohl ultraviolettes Licht die Hauptkettenstruktur von Silikonkautschuk vollständig abschneiden kann, aber ultraviolettes Licht und andere Faktoren die Oxidation von Silikonkautschuk-Seitenkettenmethyl kombinieren und schließlich dazu führen die Alterung von Silikonkautschuk. Die Hauptkettenstruktur im Silikonkautschuk erzeugt nach dem Bruch freie Radikale, dieser Teil der freien Radikale mit hoher Energie, die leicht zu einer Vernetzungsreaktion untereinander führen. Wenn sie der Luft ausgesetzt werden, oxidieren freie Radikale auch mit Sauerstoff in der Luft und erzeugen Methan und andere Gase.
In den letzten Jahren wurden mit dem schrittweisen Fortschritt des West-Ost-Stromübertragungsprojekts in Yunguichuan und Xizang eine Reihe von Hochspannungsübertragungsleitungen mit Verbundisolatoren als Hauptbaumaterialien errichtet. Die natürliche Umgebung in diesen Gebieten ist strenger als die in anderen Gebieten, und Verbundisolatoren hier sind anfällig für Alterung in der Anwendung. In Yunguichuan und anderen Höhenlagen nahmen mit der Verlängerung der UV-Bestrahlungszeit die Festigkeit und Dehnung von Silikonkautschuk im Laufe der Zeit allmählich ab, der spezifische Widerstand nimmt auch mit der Verlängerung der Bestrahlungszeit ab und die Hydrophobizität von Silikonkautschuk wird sich zeigen eine abnehmende Tendenz. Der Grund für dieses Phänomen ist, dass die primäre Bindung des Verbundisolator-Silikonkautschuks unter der Einwirkung von ultraviolettem Licht verbunden wird, wodurch die mechanischen Eigenschaften des Silikonkautschuks kontinuierlich abnehmen.
Die Crackreaktion erzeugt auch Gas, Gas entweicht aus der Leistung von Silikonkautschuk, die Silikonkautschukoberfläche erscheint uneben oder sogar löchrig. Die Nicht-Methylgruppe an der Seitenkette fällt aufgrund einer Oxidationsreaktion ab, zu diesem Zeitpunkt kann die Nicht-Methylgruppe keinen starken Schutz für die Hauptkette bilden, was zu einer allmählichen Abnahme der Hydrophobizität der Silikonkautschukoberfläche führt. Außerdem absorbieren die hydrophilen Gruppen im Silikonkautschuk auch Wasser von der Oberfläche des Silikonkautschuks, so dass der spezifische Widerstand des Silikonkautschuks weiter abnimmt. Der Bruch der chemischen Kette in Silikonkautschuk führt auch zu einer schwachen Isolierung, was zu Undichtigkeiten und anderen Unfällen führt. Wenn daher ein Silikonkautschuk für lange Zeit einer starken UV-Umgebung ausgesetzt wird, wird das Innere des Silikonkautschuks weiterhin zum Auftreten von Rissen, Vernetzungsreaktionen wie Oxidation führen und die molekulare Struktur des Silikonkautschuks im Inneren aus makroskopischer Sicht zerstören Silikonkautschuk lange Einwirkung von UV-Licht Umwelt fallen in Silikonkautschuk elektrische Leistung und mechanische Leistung wird reduziert, beeinträchtigen die normale Verwendung von Silikonkautschuk.
Es wurde festgestellt, dass das Färbemittel Eisenoxid die thermische Oxidationsreaktion im Verbundisolator-Silikonkautschuk hemmen kann, um die Stabilität des Silikonkautschuks aufrechtzuerhalten, aber die Verwendung des Färbemittels Eisenoxid spielt eine katalytische Rolle bei der Hydrolysereaktion. Wenn dem Silikonkautschuk Nanosilika zugesetzt wird, nimmt die Wahrscheinlichkeit einer Überschlagsspannung des Verbundisolators mit zunehmender Zugabemenge ab. Wenn dem Silikonkautschuk Nano-BN-Partikel zugesetzt werden, wird die Oberflächentemperaturverteilung des Silikonkautschuks gleichmäßiger, die Erosionstiefe nimmt allmählich ab, die Widerstandsstabilität der Silikonkautschukoberfläche wird verbessert und die Wahrscheinlichkeit eines Überschlagsproblems wird erhöht weiter abnehmen.
Auch Belastungsermüdung wird die Alterung von Verbundisolatoren stark beschleunigen. Es hat sich herausgestellt, dass, wenn hochfrequente Schwingungen in der Schirmschürze mit Lastisolatoren auftreten, die Schwingung zu einem ernsthaften Spannungskonzentrationsphänomen an der Wurzel der Schirmschürze führt. Unter langfristiger und hochfester Belastung befindet sich die Wurzel der Schirmschürze immer in einem Zustand der Spannungsermüdung, was zur Bildung von Mikrorissen führt. Wenn die Mikrorisse nicht effektiv repariert werden, wird die Tiefe der Risse weiter zunehmen, und schließlich wird die Schirmschürze zerrissen.
2. Chemische Alterung
Die Hauptursachen für die Alterung von Verbundisolator-Silikonkautschuk sind Ozon, Säuren und Basen sowie Stickoxide, von denen Stickoxide mit Wasser reagieren, um Salpetersäure zu erzeugen. Wenn sich der Verbundisolator längere Zeit in einer sauren Umgebung befindet, wird die Oberfläche des Verbundisolators stark korrodiert. Die starke Säure führt zum Bruch des Silikonkautschuk-Rückgrats des Verbundisolators, wodurch das Silikonkautschukmaterial beschädigt wird. Wenn sich der Verbundisolator in einer alkalischen Umgebung befindet, zeigt die Oberfläche des Verbundisolators eine schwache Alkalinität, und alkalische Substanzen führen auch dazu, dass die primäre Bindung im Silikonkautschuk bricht, was zu einem Verlust der Hydrophobizität des Verbundisolators führt. Aus makroökonomischer Sicht zeigt der Verbundisolator-Silikonkautschuk in saurer oder alkalischer Umgebung für lange Zeit das Phänomen der Festigkeitsminderung.
In einer verschmutzten und feuchten Umgebung wird die Hydrophobizität der Silikonkautschukoberfläche von Verbundisolatoren allmählich schwächer und verschwindet mit zunehmender Zeit sogar vollständig. Wenn Verbundisolatoren in Lösungen mit unterschiedlichen Eigenschaften eingetaucht werden, kann festgestellt werden, dass sich die Oberfläche von Verbundisolatoren in neutralen Lösungen nicht wesentlich verändert, während die Oberfläche von Verbundisolatoren in sauren und alkalischen Lösungen ein offensichtliches Korrosionsphänomen und den Grad der Korrosion zeigt wird allmählich mit der Zunahme von Säure und Alkalität vertieft. Für Verbundisolatoren ist das saure Milieu schädlicher als das alkalische Milieu.
Aufgrund des Entladungsphänomens während des Betriebs der Hochspannungsleitung oxidiert das durch das Entladungsphänomen erzeugte Ozon und reagiert mit dem Polymermaterial in dem Verbundisolator. Die Oxidationsreaktion führt zu ernsthaften Defekten auf der Oberfläche des Verbundisolators und hat sogar einen ernsthaften Einfluss auf die Leistung des Verbundisolators.
3. Elektrische Alterung
Verbundisolatoren werden nicht nur durch die natürliche Umgebung beeinflusst, sondern auch durch elektrische Hochspannungsfelder, die die Alterung von Silikonkautschuk beschleunigen. Gleichzeitig zeigt die Untersuchung von geladenen Verbundisolatoren und ungeladenen Verbundisolatoren, dass die Lebensdauer von geladenen Verbundisolatoren weitaus geringer ist als die von ungeladenen Verbundisolatoren, was ebenfalls darauf hindeutet, dass die elektrische Alterung ein wichtiger Faktor ist, der die verursacht Alterung von Verbundisolatoren. Der Verbundisolator wird im Normalbetrieb von geladenen Teilchen getroffen, was zum Bruch der Silikonkautschuk-Hauptkette des Verbundisolators führt. Gleichzeitig reagiert es mit dem umgebenden Sauerstoff und anderen Substanzen, um Stickoxide und andere Substanzen zu erzeugen, und beeinträchtigt dann die Leistung des Silikonkautschuks. Koronalichtbögen verursachen auch hohe Temperaturen auf der Oberfläche von Verbundisolatoren, was die elektrischen und mechanischen Eigenschaften von Verbundisolatoren verschlechtert. Nachdem die Verbundisolatoren durch einen Koronabogen kauterisiert wurden, nimmt der Gehalt an organischem Material auf der Oberfläche der Verbundisolatoren stark ab, was zu einer Abnahme der Isolierleistung der Verbundisolatoren führt. Bei der gesamten Alterung ist der Reaktionsprozess der elektrischen Alterung der komplexeste, und der elektrische Alterungsprozess tritt gleichzeitig auf, die physikalische Alterung und die chemische Alterung, daher ist der Einfluss der elektrischen Alterung auf Verbundisoliermaterialien am größten.