Kompozitni izolatorji imajo prednosti majhne teže, odpornosti proti onesnaževanju, enostavne namestitve in vzdrževanja itd. Kompozitni izolatorji se pogosto uporabljajo pri gradnji električnih omrežij doma in v tujini. Trenutno je število kompozitnih izolatorjev v običajni uporabi na Kitajskem približno 8 milijonov, kar je ena od držav z največjim številom kompozitnih izolatorjev. Na kompozitne izolatorje med delovanjem zlahka vplivajo številni dejavniki, kot so stroji, okolje in elektrika. S povečanjem časa delovanja kompozitnih izolatorjev bodo kompozitni izolatorji postali trdi, krhki in bodo puščali itd. Če bodo kompozitni izolatorji dolgo časa delovali pod napetostjo, bo to vplivalo na normalno delovanje električnega omrežja. V zadnjih letih je problem staranja kompozitnih izolatorjev pritegnil pozornost ustreznih oddelkov.
Zunanji izolacijski material kompozitnega izolatorja je v glavnem visokotemperaturna vulkanizirana silikonska guma, ki je elastomer, pridobljen z dodajanjem različnih kompleksov, kot sta ojačitveno polnilo in sredstvo za nadzor strukture, v gumo in nato v interakciji z vulkanizacijskim sredstvom. Visokotemperaturna vulkanizirana silikonska guma ima močno stabilnost, hidrofobnost in obnovitev hidrofobnosti. Kompozitni izolator bo v zunanjem okolju deloval dolgo časa, onesnaženje, korona in vlaga v zunanjem okolju pa bodo povzročili poškodbe površine silikonske gume, kar bo postopoma poslabšalo lastnosti kompozitnega izolatorja in sčasoma odpovedalo.
Trenutno se glavna gradbena smer kitajskega električnega omrežja spreminja v smer UHV in UHV. UHV električno omrežje je treba v mnogih primerih zgraditi na območjih z visoko nadmorsko višino in visokim onesnaženjem. Zato se morajo kompozitni izolatorji soočiti s težavami, kot sta ultravijolično sevanje in koronska razelektritev, ki sta tudi vprašanja, na katera je treba biti pozoren pri staranju kompozitnih izolatorjev.
Vrsta in mehanizem staranja kompozitnega izolatorja
Staranje kompozitnih izolatorjev lahko razdelimo na tri vrste: fizično staranje, kemično staranje in elektromehansko staranje.
1. Fizično staranje
Dejavniki fizičnega staranja kompozitnih izolatorjev vključujejo predvsem ultravijolično sevanje, lokalno visoko temperaturo in napetostno utrujenost. Fizično staranje resno vpliva na mehanske in električne lastnosti silikonske gume. Poskus izpostavljenosti silikonskega kavčuka je bil izveden med 1998-2005 na Kitajskem in proučevali so staranje silikonskega kavčuka. Ugotovljeno je bilo, da ko je kompozitni izolator dolgo časa izpostavljen na prostem, se bo fotoelektrična lastnost kompozitnega izolatorja očitno spremenila, med katerimi je sprememba najbolj očitna v puščavskem območju in na območju subtropske planote.
Ultravijolična svetloba ima velik pospeševalni učinek na staranje silikonske gume, čeprav lahko ultravijolična svetloba popolnoma prekine glavno verižno strukturo silikonske gume, vendar bodo ultravijolična svetloba in drugi dejavniki združili oksidacijo metila stranske verige silikonske gume, kar bo sčasoma privedlo do staranje silikonske gume. Glavna verižna struktura v silikonski gumi bo po prelomu proizvedla proste radikale, ta del prostih radikalov z visoko energijo, ki je enostaven za proizvodnjo medsebojne navzkrižne reakcije. Ko so izpostavljeni zraku, prosti radikali tudi oksidirajo s kisikom v zraku, pri čemer nastajajo metan in drugi plini.
V zadnjih letih so s postopnim napredovanjem projekta prenosa električne energije Zahod-vzhod postavili številne visokonapetostne daljnovode s kompozitnimi izolatorji kot glavnim gradbenim materialom v Yunguichuan in Xizang. Naravno okolje na teh območjih je hujše kot na drugih območjih, zato so kompozitni izolatorji med uporabo nagnjeni k staranju. V Yunguichuanu in drugih območjih z visoko nadmorsko višino se s podaljšanjem časa ultravijoličnega obsevanja trdnost in raztezek silikonske gume postopoma zmanjšujeta s spremembo časa, s podaljšanjem časa obsevanja se bo zmanjšala tudi upornost in pokazala se bo hidrofobnost silikonske gume trend upadanja. Razlog za ta pojav je, da bo primarna vez kompozitne izolatorske silikonske gume povezana pod delovanjem ultravijolične svetlobe, zaradi česar se mehanske lastnosti silikonske gume nenehno slabšajo.
Reakcija pokanja bo povzročila tudi plin, plin bo uhajal iz silikonske gume, površina silikonske gume bo videti neenakomerna ali celo luknje. Nemetilna skupina na stranski verigi odpade zaradi oksidacijske reakcije, v tem času nemetilna skupina ne more tvoriti močnega ščita za glavno verigo, kar povzroči postopno zmanjšanje hidrofobnosti površine silikonske gume. Poleg tega bodo hidrofilne skupine v silikonski gumi tudi absorbirale vodo s površine silikonske gume, tako da upornost silikonske gume še naprej upada. Prekinitev kemične verige v silikonski gumi bo povzročila tudi šibkost izolacije, kar bo povzročilo puščanje in druge nesreče. Torej, če je silikonska guma pod UV močnim okoljem za dolgo časa, bo notranja silikonska guma nadaljevala s pojavom razpok, reakcij zamreženja, kot je oksidacija, uničila molekularno strukturo silikonske gume v notranjosti, z makro vidika, do silikonska guma, dolga izpostavljenost ultravijoličnemu okolju, zmanjša električno in mehansko delovanje silikonske gume, kar vpliva na normalno uporabo silikonske gume.
Ugotovljeno je bilo, da barvilo železov oksid lahko zavira toplotno oksidacijsko reakcijo v kompozitni izolatorski silikonski gumi, tako da ohrani stabilnost silikonske gume, vendar ima uporaba barvila železov oksid katalitično vlogo pri reakciji hidrolize. Ko silikonski gumi dodamo nano silicijev dioksid, se s povečanjem dodane količine zmanjša verjetnost preskoka napetosti kompozitnega izolatorja. Ko silikonski gumi dodamo delce nano BN, bo porazdelitev površinske temperature silikonske gume bolj enakomerna, globina erozije se bo postopoma zmanjševala, stabilnost upora površine silikonske gume bo povečana in verjetnost problema preplaha bo še naprej zmanjševati.
Tudi utrujenost zaradi stresa bo v veliki meri pospešila staranje kompozitnih izolatorjev. Ugotovljeno je bilo, da ko pride do visokofrekvenčnih vibracij v krilu dežnika z izolatorji obremenitve, bo tresenje povzročilo resen pojav koncentracije napetosti v korenu krila dežnika. Pod dolgotrajno in močno obremenitvijo bo koren krovnega krila vedno v stanju napetostne utrujenosti, kar bo povzročilo nastanek mikrorazpok. Če mikrorazpok ne popravimo učinkovito, se bo globina razpok še povečevala in sčasoma se bo krovni rob raztrgal.
2. Kemijsko staranje
Glavni vzroki za staranje kompozitnega izolatorja iz silikonske gume so ozon, kislina in baza ter dušikov oksid, med katerimi dušikov oksid reagira z vodo in tvori dušikovo kislino. Ko je kompozitni izolator dlje časa v kislem okolju, bo površina kompozitnega izolatorja resno razjedena. Močna kislina bo povzročila zlom hrbtenice iz silikonske gume kompozitnega izolatorja in tako povzročila poškodbe materiala iz silikonske gume. Ko je kompozitni izolator v alkalnem okolju, bo površina kompozitnega izolatorja pokazala šibko alkalnost, alkalne snovi pa bodo povzročile tudi prekinitev primarne vezi v silikonski gumi, kar bo povzročilo izgubo hidrofobnosti kompozitnega izolatorja. Z makro vidika bo kompozitni izolator iz silikonske gume v kislem ali alkalnem okolju dolgo časa pokazal pojav zmanjšanja trdnosti.
V dolgotrajnem onesnaženem in vlažnem okolju bo hidrofobnost površine silikonske gume kompozitnih izolatorjev postopoma oslabela in s časom celo popolnoma izginila. Ko so kompozitni izolatorji potopljeni v raztopine različnih lastnosti, lahko ugotovimo, da se površina kompozitnih izolatorjev v nevtralnih raztopinah bistveno ne spremeni, medtem ko površina kompozitnih izolatorjev v kislih in alkalnih raztopinah kaže očiten pojav korozije in stopnjo korozije. se postopoma poglablja s povečanjem kislosti in alkalnosti. Za kompozitne izolatorje je kislo okolje bolj škodljivo kot alkalno okolje.
Zaradi pojava razelektritve med delovanjem visokonapetostnega voda bo ozon, ki nastane zaradi pojava razelektritve, oksidiral in reagiral s polimernim materialom v kompozitnem izolatorju. Reakcija oksidacije bo povzročila resne napake na površini kompozitnega izolatorja in celo resno vplivala na delovanje kompozitnega izolatorja.
3. Električno staranje
Na kompozitne izolatorje poleg vpliva naravnega okolja delujejo tudi visokonapetostna električna polja, ki pospešujejo staranje silikonske gume. Hkrati študija nabitih kompozitnih izolatorjev in nenabitih kompozitnih izolatorjev kaže, da je življenjska doba nabitih kompozitnih izolatorjev veliko nižja od življenjske dobe nenabitih kompozitnih izolatorjev, kar tudi kaže, da je električno staranje pomemben dejavnik, ki povzroča staranje kompozitnih izolatorjev. Na kompozitni izolator bodo med normalnim delovanjem vplivali nabiti delci, kar bo povzročilo zlom glavne verige kompozitnega izolatorja iz silikonske gume. Istočasno bo reagiral z okoliškim kisikom in drugimi snovmi, da bi proizvedel dušikove okside in druge snovi, nato pa poškodoval delovanje silikonske gume. Koronski oblok bo povzročil tudi visoko temperaturo na površini kompozitnih izolatorjev, kar bo zmanjšalo električne in mehanske lastnosti kompozitnih izolatorjev. Ko so kompozitni izolatorji požgani s koronskim oblokom, se bo vsebnost organske snovi na površini kompozitnih izolatorjev močno zmanjšala, kar bo povzročilo upad izolacijske učinkovitosti kompozitnih izolatorjev. Pri vsem staranju je reakcijski proces električnega staranja najbolj zapleten, hkrati pa se bo pojavil tudi proces električnega staranja, fizično in kemično staranje, zato je vpliv električnega staranja na kompozitne izolacijske materiale največji.