Isolator komposit memiliki keunggulan bobot yang ringan, ketahanan terhadap polusi, pemasangan dan perawatan yang mudah, dll. Isolator komposit banyak digunakan dalam pembangunan jaringan listrik di dalam dan luar negeri. Saat ini, jumlah isolator komposit yang digunakan secara normal di Cina adalah sekitar 8 juta, yang merupakan salah satu negara dengan jumlah isolator komposit terbesar. Isolator komposit mudah dipengaruhi oleh banyak faktor selama operasi, seperti mesin, lingkungan dan listrik. Dengan bertambahnya waktu operasi isolator komposit, isolator komposit akan menjadi keras, rapuh dan bocor, dll. Jika isolator komposit beroperasi dalam waktu lama, itu akan mempengaruhi operasi normal jaringan listrik. Dalam beberapa tahun terakhir, masalah penuaan isolator komposit telah menarik perhatian departemen terkait.
Bahan isolasi eksternal dari isolator komposit terutama adalah karet silikon vulkanisir suhu tinggi, yang merupakan elastomer yang diperoleh dengan menambahkan berbagai kompleks, seperti pengisi penguat dan agen kontrol struktur, ke karet, dan kemudian berinteraksi dengan agen vulkanisir. Karet silikon vulkanisir suhu tinggi memiliki stabilitas yang kuat, pemulihan hidrofobisitas dan hidrofobisitas. Isolator komposit akan berada di lingkungan luar untuk waktu yang lama dalam operasi, dan polusi, korona dan kelembaban di lingkungan luar akan menyebabkan kerusakan pada permukaan karet silikon, yang secara bertahap akan merusak sifat isolator komposit dan akhirnya gagal.
Saat ini, arah konstruksi utama jaringan listrik China berubah ke arah UHV dan UHV. Jaringan listrik UHV perlu dibangun di dataran tinggi dan daerah dengan polusi tinggi dalam banyak kasus. Oleh karena itu, isolator komposit perlu menghadapi masalah seperti radiasi ultraviolet dan pelepasan korona, yang juga merupakan masalah yang perlu diperhatikan dalam penuaan isolator komposit.
Jenis penuaan dan mekanisme isolator komposit
Penuaan isolator komposit dapat dibagi menjadi tiga jenis: penuaan fisik, penuaan kimia dan penuaan elektromekanis.
1. Penuaan Fisik
Faktor penuaan fisik isolator komposit terutama meliputi radiasi ultraviolet, suhu tinggi lokal dan kelelahan stres. Penuaan fisik sangat mempengaruhi sifat mekanik dan listrik dari karet silikon. Eksperimen pemaparan bahan karet silikon dilakukan selama 1998-2005 di Cina, dan penuaan karet silikon dipelajari. Ditemukan bahwa ketika isolator komposit diekspos di luar ruangan untuk waktu yang lama, sifat fotolistrik isolator komposit akan berubah dengan jelas, di antaranya perubahan paling jelas di daerah gurun dan daerah dataran tinggi subtropis.
Sinar ultraviolet memiliki efek percepatan yang besar pada penuaan karet silikon, meskipun sinar ultraviolet dan benar-benar dapat memotong struktur rantai utama karet silikon, tetapi sinar ultraviolet dan faktor lainnya akan menggabungkan oksidasi metil rantai samping karet silikon, akhirnya mengarah ke penuaan karet silikon. Struktur rantai utama dalam karet silikon akan menghasilkan radikal bebas setelah putus, bagian dari radikal bebas energi tinggi ini, mudah untuk menghasilkan reaksi ikatan silang antara satu sama lain. Ketika terkena udara, radikal bebas juga teroksidasi dengan oksigen di udara, menghasilkan metana dan gas lainnya.
Dalam beberapa tahun terakhir, dengan kemajuan bertahap dari proyek transmisi daya Barat-timur, sejumlah saluran transmisi tegangan tinggi dengan isolator komposit sebagai bahan konstruksi utama telah didirikan di Yunguichuan dan Xizang. Lingkungan alam di daerah ini lebih parah daripada di daerah lain, dan isolator komposit di sini rentan terhadap penuaan dalam penerapannya. Di Yunguichuan dan daerah dataran tinggi lainnya, dengan perpanjangan waktu penyinaran ultraviolet, kekuatan dan perpanjangan karet silikon secara bertahap menurun dengan perubahan waktu, resistivitas juga akan menurun dengan perpanjangan waktu penyinaran, dan hidrofobisitas karet silikon akan menunjukkan tren yang menurun. Alasan untuk fenomena ini adalah bahwa ikatan utama karet silikon isolator komposit akan terhubung di bawah aksi sinar ultraviolet, yang membuat sifat mekanik karet silikon terus menurun.
Reaksi perengkahan juga akan menghasilkan gas, gas yang keluar dari kinerja karet silikon, permukaan karet silikon akan tampak tidak rata atau bahkan berlubang. Gugus non-metil pada rantai samping jatuh karena reaksi oksidasi, pada saat ini, gugus non-metil tidak dapat membentuk perisai yang kuat untuk rantai utama, menghasilkan penurunan hidrofobisitas permukaan karet silikon secara bertahap. Selain itu, gugus hidrofilik pada karet silikon juga akan menyerap air dari permukaan karet silikon, sehingga resistivitas karet silikon terus menurun. Putusnya rantai kimia pada karet silikon juga akan menyebabkan insulasi menjadi lemah, menyebabkan kebocoran dan kecelakaan lainnya. Oleh karena itu, jika karet silikon di bawah uv lingkungan yang kuat untuk waktu yang lama, karet silikon internal akan terus terjadinya retak, reaksi silang seperti oksidasi, menghancurkan struktur molekul karet silikon di dalam, dari sudut pandang makro, untuk karet silikon paparan panjang sinar ultraviolet lingkungan jatuh karet silikon kinerja listrik dan kinerja mekanik berkurang, mempengaruhi penggunaan normal karet silikon.
Ditemukan bahwa pewarna oksida besi dapat menghambat reaksi oksidasi termal pada karet silikon isolator komposit, sehingga dapat menjaga stabilitas karet silikon, tetapi penggunaan pewarna oksida besi memainkan peran katalitik dalam reaksi hidrolisis. Ketika nano silika ditambahkan ke karet silikon, kemungkinan tegangan flashover isolator komposit berkurang dengan meningkatnya jumlah yang ditambahkan. Ketika partikel nano BN ditambahkan ke karet silikon, distribusi suhu permukaan karet silikon akan lebih seragam, kedalaman erosi akan berkurang secara bertahap, stabilitas ketahanan permukaan karet silikon akan ditingkatkan, dan kemungkinan masalah flashover akan terus berkurang.
Kelelahan stres juga akan mempercepat penuaan isolator komposit untuk sebagian besar. Ditemukan bahwa ketika getaran frekuensi tinggi terjadi di rok payung dengan isolator beban, getaran akan menyebabkan fenomena konsentrasi tegangan yang serius di akar rok payung. Di bawah beban jangka panjang dan kekuatan tinggi, akar rok payung akan selalu dalam kondisi kelelahan stres, yang akan menyebabkan terjadinya retakan mikro. Jika retakan mikro tidak diperbaiki secara efektif, kedalaman retakan akan terus meningkat, dan akhirnya rok payung akan robek.
2. Penuaan Kimia
Penyebab utama penuaan karet silikon isolator komposit adalah ozon, asam dan basa dan nitrogen oksida, di antaranya nitrogen oksida bereaksi dengan air untuk menghasilkan asam nitrat. Ketika isolator komposit berada dalam lingkungan asam untuk waktu yang lama, permukaan isolator komposit akan mengalami korosi yang serius. Asam kuat akan menyebabkan patahnya tulang punggung karet silikon dari isolator komposit, sehingga menyebabkan kerusakan pada bahan karet silikon. Ketika isolator komposit berada dalam lingkungan basa, permukaan isolator komposit akan menunjukkan alkalinitas yang lemah, dan zat alkali juga akan menyebabkan ikatan primer pada karet silikon putus, mengakibatkan hilangnya hidrofobisitas isolator komposit. Dari sudut pandang makro, karet silikon isolator komposit dalam lingkungan asam atau basa untuk waktu yang lama akan menunjukkan fenomena pengurangan kekuatan.
Dalam lingkungan yang tercemar dan lembab untuk waktu yang lama, hidrofobisitas permukaan karet silikon dari isolator komposit secara bertahap akan melemah, dan bahkan menghilang sepenuhnya dengan bertambahnya waktu. Ketika isolator komposit direndam dalam larutan dengan sifat yang berbeda, dapat ditemukan bahwa permukaan isolator komposit dalam larutan netral tidak berubah secara signifikan, sedangkan permukaan isolator komposit dalam larutan asam dan basa menunjukkan fenomena korosi yang jelas, dan tingkat korosi. secara bertahap diperdalam dengan peningkatan keasaman dan alkalinitas. Untuk isolator komposit, lingkungan asam lebih berbahaya daripada lingkungan basa.
Karena fenomena pelepasan selama pengoperasian saluran tegangan tinggi, ozon yang dihasilkan oleh fenomena pelepasan akan teroksidasi dan bereaksi dengan bahan polimer dalam isolator komposit. Reaksi oksidasi akan menyebabkan cacat serius pada permukaan isolator komposit, dan bahkan berdampak serius pada kinerja isolator komposit.
3. Penuaan Listrik
Selain dipengaruhi oleh lingkungan alam, isolator komposit juga dipengaruhi oleh medan listrik tegangan tinggi, yang mempercepat penuaan karet silikon. Pada saat yang sama, studi tentang isolator komposit bermuatan dan isolator komposit tidak bermuatan menunjukkan bahwa masa pakai isolator komposit bermuatan jauh lebih rendah daripada isolator komposit tidak bermuatan, yang juga menunjukkan bahwa penuaan listrik merupakan faktor penting yang menyebabkan penuaan isolator komposit. Isolator komposit akan terpengaruh oleh partikel bermuatan dalam operasi normal, yang akan menyebabkan putusnya rantai utama karet silikon isolator komposit. Pada saat yang sama, ia akan bereaksi dengan oksigen dan zat lain di sekitarnya untuk menghasilkan nitrogen oksida dan zat lain, dan kemudian merusak kinerja karet silikon. Busur korona juga akan menyebabkan suhu tinggi pada permukaan isolator komposit, yang akan menurunkan sifat listrik dan mekanik dari isolator komposit. Setelah isolator komposit dikauterisasi oleh busur korona, kandungan bahan organik pada permukaan isolator komposit akan sangat berkurang, sehingga mengakibatkan penurunan kinerja isolasi dari isolator komposit. Di semua penuaan, proses reaksi penuaan listrik adalah yang paling kompleks, dan proses penuaan listrik juga akan muncul pada saat yang sama, penuaan fisik dan penuaan kimia, oleh karena itu, dampak penuaan listrik pada bahan isolasi komposit adalah yang terbesar.