Les isolateurs composites présentent les avantages d'un poids léger, d'une résistance à la pollution, d'une installation et d'une maintenance faciles, etc. Les isolateurs composites sont largement utilisés dans la construction de réseaux électriques au pays et à l'étranger. À l'heure actuelle, le nombre d'isolateurs composites utilisés normalement en Chine est d'environ 8 millions, qui est l'un des pays avec le plus grand nombre d'isolateurs composites. Les isolateurs composites sont facilement affectés par de nombreux facteurs pendant le fonctionnement, tels que les machines, l'environnement et l'électricité. Avec l'augmentation du temps de fonctionnement des isolateurs composites, les isolateurs composites deviendront durs, cassants et fuites, etc. Si les isolateurs composites fonctionnent sous tension pendant une longue période, cela affectera le fonctionnement normal du réseau électrique. Ces dernières années, la problématique du vieillissement des isolateurs composites a retenu l'attention des services concernés.
Le matériau isolant externe de l'isolant composite est principalement du caoutchouc de silicone vulcanisé à haute température, qui est un élastomère obtenu en ajoutant divers complexes, tels qu'une charge renforçante et un agent de contrôle de la structure, au caoutchouc, puis en interagissant avec un agent de vulcanisation. Le caoutchouc de silicone vulcanisé à haute température a une forte stabilité, hydrophobicité et récupération d'hydrophobicité. L'isolant composite sera dans un environnement extérieur pendant une longue période de fonctionnement, et la pollution, la couronne et l'humidité dans l'environnement extérieur endommageront la surface du caoutchouc de silicone, ce qui détériorera progressivement les propriétés de l'isolant composite et finira par échouer.
À l'heure actuelle, la principale direction de construction du réseau électrique chinois évolue vers la direction UHV et UHV. Le réseau électrique UHV doit être construit dans des zones de haute altitude et de forte pollution dans de nombreux cas. Par conséquent, les isolateurs composites doivent faire face à des problèmes tels que le rayonnement ultraviolet et la décharge corona, qui sont également les problèmes auxquels il faut prêter attention lors du vieillissement des isolateurs composites.
Type de vieillissement et mécanisme de l'isolant composite
Le vieillissement des isolants composites peut être divisé en trois types : vieillissement physique, vieillissement chimique et vieillissement électromécanique.
1.Vieillissement physique
Les facteurs de vieillissement physique des isolants composites comprennent principalement le rayonnement ultraviolet, la haute température locale et la fatigue sous contrainte. Le vieillissement physique affecte sérieusement les propriétés mécaniques et électriques du caoutchouc de silicone. L'expérience d'exposition du matériau en caoutchouc de silicone a été réalisée pendant 1998-2005 en Chine, et le vieillissement du caoutchouc de silicone a été étudié. Il a été constaté que lorsque l'isolant composite est exposé à l'extérieur pendant une longue période, la propriété photoélectrique de l'isolant composite changera évidemment, parmi lesquelles le changement est le plus évident dans la zone désertique et la zone de plateau subtropical.
La lumière ultraviolette a un grand effet d'accélération sur le vieillissement du caoutchouc de silicone, bien que la lumière ultraviolette puisse complètement couper la structure de la chaîne principale du caoutchouc de silicone, mais la lumière ultraviolette et d'autres facteurs combineront l'oxydation du méthyle de la chaîne latérale du caoutchouc de silicone, conduisant finalement à le vieillissement du caoutchouc de silicone. La structure de la chaîne principale en caoutchouc de silicone produira des radicaux libres après la rupture, cette partie des radicaux libres de haute énergie, facile à produire une réaction de réticulation entre eux. Lorsqu'ils sont exposés à l'air, les radicaux libres s'oxydent également avec l'oxygène de l'air, produisant du méthane et d'autres gaz.
Ces dernières années, avec les progrès progressifs du projet de transmission d'énergie ouest-est, un certain nombre de lignes de transmission à haute tension avec des isolateurs composites comme principaux matériaux de construction ont été érigées à Yunguichuan et Xizang. L'environnement naturel dans ces zones est plus sévère que dans d'autres zones, et les isolants composites ici sont sujets au vieillissement lors de l'application. À Yunguichuan et dans d'autres zones de haute altitude, avec l'extension du temps d'irradiation ultraviolette, la résistance et l'allongement du caoutchouc de silicone ont progressivement diminué avec le changement de temps, la résistivité diminuera également avec l'extension du temps d'irradiation et l'hydrophobicité du caoutchouc de silicone montrera une tendance à la baisse. La raison de ce phénomène est que la liaison primaire du caoutchouc de silicone isolant composite sera connectée sous l'action de la lumière ultraviolette, ce qui fait que les propriétés mécaniques du caoutchouc de silicone diminuent continuellement.
La réaction de fissuration produira également du gaz, le gaz s'échappant de la performance du caoutchouc de silicone, la surface du caoutchouc de silicone apparaîtra inégale ou même des trous. Le groupe non méthyle sur la chaîne latérale tombe en raison de la réaction d'oxydation, à ce moment, le groupe non méthyle ne peut pas former un bouclier puissant pour la chaîne principale, ce qui entraîne une diminution progressive de l'hydrophobicité de la surface en caoutchouc de silicone. De plus, les groupes hydrophiles dans le caoutchouc de silicone absorberont également l'eau de la surface du caoutchouc de silicone, de sorte que la résistivité du caoutchouc de silicone continue à décliner. La rupture de la chaîne chimique dans le caoutchouc de silicone entraînera également une faiblesse de l'isolation, entraînant des fuites et d'autres accidents. Par conséquent, si un caoutchouc de silicone sous un environnement fort UV pendant une longue période, le caoutchouc de silicone interne continuera à se fissurer, des réactions de réticulation telles que l'oxydation, détruisent la structure moléculaire du caoutchouc de silicone à l'intérieur, d'un point de vue macro, à caoutchouc de silicone longue exposition à l'environnement de lumière ultraviolette baisse des performances électriques du caoutchouc de silicone et les performances mécaniques sont réduites, affectent l'utilisation normale du caoutchouc de silicone.
On a constaté que l'oxyde de fer colorant peut inhiber la réaction d'oxydation thermique dans le caoutchouc de silicone isolant composite, de manière à maintenir la stabilité du caoutchouc de silicone, mais l'utilisation d'oxyde de fer colorant joue un rôle catalytique dans la réaction d'hydrolyse. Lorsque la nano silice est ajoutée au caoutchouc de silicone, la probabilité de tension de contournement de l'isolant composite diminue avec l'augmentation de la quantité ajoutée. Lorsque des particules nano BN sont ajoutées au caoutchouc de silicone, la distribution de la température de surface du caoutchouc de silicone sera plus uniforme, la profondeur d'érosion diminuera progressivement, la stabilité de la résistance de la surface du caoutchouc de silicone sera améliorée et la probabilité de problème de contournement sera continuer à diminuer.
La fatigue sous contrainte accélérera également dans une large mesure le vieillissement des isolants composites. Il a été constaté que lorsque des vibrations à haute fréquence se produisent dans la jupe de parapluie avec des isolateurs de charge, les vibrations entraîneront un grave phénomène de concentration de contraintes à la base de la jupe de parapluie. Sous une charge à long terme et à haute résistance, la racine de la jupe parapluie sera toujours dans un état de fatigue sous contrainte, ce qui conduira à la génération de micro-fissures. Si les micro-fissures ne sont pas réparées efficacement, la profondeur des fissures continuera d'augmenter, et éventuellement la jupe parapluie se déchirera.
2. Vieillissement chimique
Les principales causes du vieillissement du caoutchouc de silicone isolant composite sont l'ozone, l'acide et la base et l'oxyde d'azote, parmi lesquels l'oxyde d'azote réagit avec l'eau pour produire de l'acide nitrique. Lorsque l'isolant composite est dans un environnement acide pendant une longue période, la surface de l'isolant composite sera sérieusement corrodée. L'acide fort conduira à la rupture du squelette en caoutchouc de silicone de l'isolant composite, causant ainsi des dommages au matériau en caoutchouc de silicone. Lorsque l'isolant composite se trouve dans un environnement alcalin, la surface de l'isolant composite présentera une alcalinité faible, et les substances alcalines provoqueront également la rupture de la liaison primaire dans le caoutchouc de silicone, entraînant la perte d'hydrophobicité de l'isolant composite. Du point de vue macro, le caoutchouc de silicone isolant composite dans un environnement acide ou alcalin pendant une longue période montrera le phénomène de réduction de la résistance.
Dans l'environnement pollué et humide pendant longtemps, l'hydrophobicité de la surface en caoutchouc de silicone des isolants composites s'affaiblit progressivement, voire disparaît complètement avec l'augmentation du temps. Lorsque des isolateurs composites sont immergés dans des solutions de propriétés différentes, on peut constater que la surface des isolateurs composites dans des solutions neutres ne change pas de manière significative, tandis que la surface des isolateurs composites dans des solutions acides et alcalines montre un phénomène de corrosion évident, et le degré de corrosion s'approfondit progressivement avec l'augmentation de l'acidité et de l'alcalinité. Pour les isolants composites, l'environnement acide est plus nocif que l'environnement alcalin.
En raison du phénomène de décharge lors du fonctionnement de la ligne à haute tension, l'ozone généré par le phénomène de décharge va s'oxyder et réagir avec le matériau polymère dans l'isolant composite. La réaction d'oxydation conduira à de graves défauts sur la surface de l'isolant composite, et aura même un impact sérieux sur les performances de l'isolant composite.
3. Vieillissement électrique
En plus d'être affectés par l'environnement naturel, les isolateurs composites sont également affectés par les champs électriques à haute tension, qui accélèrent le vieillissement du caoutchouc de silicone. Dans le même temps, l'étude des isolateurs composites chargés et des isolateurs composites non chargés montre que la durée de vie des isolateurs composites chargés est bien inférieure à celle des isolateurs composites non chargés, ce qui indique également que le vieillissement électrique est un facteur important provoquant la vieillissement des isolants composites. L'isolant composite sera impacté par des particules chargées en fonctionnement normal, ce qui entraînera la rupture de la chaîne principale en caoutchouc de silicone de l'isolant composite. En même temps, il réagira avec l'oxygène environnant et d'autres substances pour produire des oxydes d'azote et d'autres substances, puis endommagera les performances du caoutchouc de silicone. L'arc corona provoquera également une température élevée à la surface des isolateurs composites, ce qui diminuera les propriétés électriques et mécaniques des isolateurs composites. Une fois les isolateurs composites cautérisés par un arc corona, la teneur en matière organique à la surface des isolateurs composites diminuera considérablement, ce qui entraînera une baisse des performances d'isolation des isolateurs composites. Dans tout le vieillissement, le processus de réaction du vieillissement électrique est le plus complexe, et le processus de vieillissement électrique apparaîtra également en même temps, le vieillissement physique et le vieillissement chimique, par conséquent, l'impact du vieillissement électrique sur les matériaux isolants composites est le plus important.