تتميز العوازل المركبة بمزايا الوزن الخفيف ، ومقاومة التلوث ، وسهولة التركيب والصيانة ، وما إلى ذلك. تستخدم العوازل المركبة على نطاق واسع في بناء شبكات الطاقة في الداخل والخارج. في الوقت الحاضر ، يبلغ عدد العوازل المركبة في الاستخدام العادي في الصين حوالي 8 ملايين ، وهي واحدة من الدول التي لديها أكبر عدد من العوازل المركبة. تتأثر العوازل المركبة بسهولة بالعديد من العوامل أثناء التشغيل ، مثل الآلات والبيئة والكهرباء. مع زيادة وقت تشغيل العوازل المركبة ، ستصبح العوازل المركبة صلبة وهشة ومتسربة ، إلخ. إذا عملت العوازل المركبة على قيد الحياة لفترة طويلة ، فسيؤثر ذلك على التشغيل العادي لشبكة الطاقة. في السنوات الأخيرة ، جذبت مشكلة شيخوخة العوازل المركبة انتباه الإدارات ذات الصلة.
المادة العازلة الخارجية للعازل المركب عبارة عن مطاط سيليكون مبركن بدرجة حرارة عالية ، وهو عبارة عن مادة مرنة يتم الحصول عليها عن طريق إضافة معقدات مختلفة ، مثل حشو التعزيز وعامل التحكم في الهيكل ، إلى المطاط ، ثم التفاعل مع عامل الفلكنة. مطاط السيليكون المفلكن ذو درجة الحرارة العالية لديه ثبات قوي ، كاره للماء واستعادة الكارهة للماء. سيكون العازل المركب في البيئة الخارجية لفترة طويلة أثناء التشغيل ، وسيؤدي التلوث والإكليل والرطوبة في البيئة الخارجية إلى إتلاف سطح مطاط السيليكون ، مما يؤدي إلى تدهور خصائص العازل المركب تدريجيًا وفشل في النهاية.
في الوقت الحاضر ، يتغير اتجاه البناء الرئيسي لشبكة الطاقة في الصين إلى اتجاه UHV و UHV. تحتاج شبكة كهرباء Uhv إلى أن تُبنى على ارتفاعات عالية ومناطق عالية التلوث في كثير من الحالات. لذلك ، تحتاج العوازل المركبة إلى مواجهة مشاكل مثل الأشعة فوق البنفسجية وتفريغ الهالة ، وهي أيضًا من القضايا التي يجب الانتباه إليها في شيخوخة العوازل المركبة.
شيخوخة نوع وآلية العازل المركب
يمكن تقسيم شيخوخة العوازل المركبة إلى ثلاثة أنواع: الشيخوخة الفيزيائية ، والشيخوخة الكيميائية ، والشيخوخة الكهروميكانيكية.
1- الشيخوخة الجسدية
تشمل عوامل الشيخوخة الجسدية للعوازل المركبة بشكل أساسي الأشعة فوق البنفسجية ودرجة الحرارة المحلية المرتفعة والتعب الناتج عن الإجهاد. تؤثر الشيخوخة الجسدية بشكل خطير على الخصائص الميكانيكية والكهربائية لمطاط السيليكون. تم إجراء تجربة التعرض لمادة مطاط السيليكون خلال 1998-2005 في الصين ، وتمت دراسة تقادم مطاط السيليكون. لقد وجد أنه عندما يتعرض العازل المركب في الهواء الطلق لفترة طويلة ، فإن الخاصية الكهروضوئية للعازل المركب ستتغير بشكل واضح ، ومن بينها التغيير الأكثر وضوحًا في المنطقة الصحراوية ومنطقة الهضبة شبه الاستوائية.
للأشعة فوق البنفسجية تأثير تسريع كبير على شيخوخة مطاط السيليكون ، على الرغم من الأشعة فوق البنفسجية ويمكن أن تقطع تمامًا بنية السلسلة الرئيسية لمطاط السيليكون ، لكن الضوء فوق البنفسجي وعوامل أخرى ستجمع بين أكسدة مطاط السيليكون الميثيل الجانبي ، مما يؤدي في النهاية إلى شيخوخة مطاط السيليكون. ينتج هيكل السلسلة الرئيسي في مطاط السيليكون جذورًا حرة بعد الكسر ، وهذا الجزء من الجذور الحرة ذات الطاقة العالية ، ومن السهل إنتاج تفاعل الارتباط المتبادل بين بعضها البعض. عند تعرضها للهواء ، تتأكسد الجذور الحرة أيضًا مع الأكسجين الموجود في الهواء ، مما ينتج عنه غاز الميثان والغازات الأخرى.
في السنوات الأخيرة ، مع التقدم التدريجي لمشروع نقل الطاقة من الغرب إلى الشرق ، تم إنشاء عدد من خطوط النقل ذات الجهد العالي مع العوازل المركبة كمواد البناء الرئيسية في Yunguichuan و Xizang. تكون البيئة الطبيعية في هذه المناطق أكثر شدة من تلك الموجودة في المناطق الأخرى ، والعوازل المركبة هنا عرضة للشيخوخة في التطبيق. في Yunguichuan وغيرها من المناطق المرتفعة ، مع تمديد وقت الإشعاع فوق البنفسجي ، تقل قوة واستطالة مطاط السيليكون تدريجياً مع تغير الوقت ، كما ستنخفض المقاومة مع تمديد وقت التشعيع ، وسوف تظهر مقاومة مطاط السيليكون للماء اتجاه تنازلي. سبب هذه الظاهرة هو أن الرابطة الأولية لمطاط السيليكون العازل المركب سيتم توصيلها تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية ، مما يجعل الخصائص الميكانيكية لمطاط السيليكون تنخفض باستمرار.
سيؤدي تفاعل التكسير أيضًا إلى إنتاج الغاز ، وهروب الغاز من أداء مطاط السيليكون ، وسيظهر سطح مطاط السيليكون غير المستوي أو حتى الثقوب. تسقط المجموعة غير الميثيلية الموجودة في السلسلة الجانبية بسبب تفاعل الأكسدة ، في هذا الوقت ، لا يمكن لمجموعة غير الميثيل أن تشكل درعًا قويًا للسلسلة الرئيسية ، مما يؤدي إلى انخفاض تدريجي في مقاومة الماء لسطح مطاط السيليكون. بالإضافة إلى ذلك ، فإن المجموعات المحبة للماء في مطاط السيليكون سوف تمتص الماء أيضًا من سطح مطاط السيليكون ، لذلك تستمر مقاومة مطاط السيليكون في الانخفاض. سيؤدي كسر السلسلة الكيميائية في مطاط السيليكون أيضًا إلى ضعف العزل ، مما يؤدي إلى التسرب والحوادث الأخرى. لذلك ، إذا كان مطاط السيليكون تحت بيئة قوية للأشعة فوق البنفسجية لفترة طويلة ، فسوف يستمر مطاط السيليكون الداخلي في حدوث تكسير ، تفاعلات التشابك مثل الأكسدة ، تدمير التركيب الجزيئي لمطاط السيليكون بالداخل ، من وجهة نظر كلية ، إلى مطاط السيليكون التعرض الطويل لبيئة الضوء فوق البنفسجي يقع في الأداء الكهربائي لمطاط السيليكون ويقلل من الأداء الميكانيكي ، ويؤثر على الاستخدام العادي لمطاط السيليكون.
لقد وجد أن أكسيد الحديد الملون يمكن أن يمنع تفاعل الأكسدة الحرارية في مطاط السيليكون العازل المركب ، وذلك للحفاظ على ثبات مطاط السيليكون ، لكن استخدام أكسيد الحديد الملون يلعب دورًا محفزًا في تفاعل التحلل المائي. عند إضافة نانو سيليكا إلى مطاط السيليكون ، تقل احتمالية جهد وميض العازل المركب مع زيادة الكمية المضافة. عند إضافة جزيئات نانو BN إلى مطاط السيليكون ، سيكون توزيع درجة حرارة سطح مطاط السيليكون أكثر اتساقًا ، وسيقل عمق التآكل تدريجياً ، وسيتم تعزيز استقرار مقاومة سطح مطاط السيليكون ، واحتمال حدوث مشكلة وميض تستمر في الانخفاض.
سيؤدي إجهاد الإجهاد أيضًا إلى تسريع شيخوخة العوازل المركبة إلى حد كبير. لقد وجد أنه عندما يحدث اهتزاز عالي التردد في التنورة المظلة مع عوازل الحمل ، فإن الاهتزاز سيؤدي إلى ظاهرة تركيز إجهاد خطيرة في جذر تنورة المظلة. تحت الحمل طويل المدى وعالي القوة ، سيكون جذر التنورة المظلة دائمًا في حالة إجهاد إجهاد ، مما سيؤدي إلى حدوث تشققات صغيرة. إذا لم يتم إصلاح الشقوق الدقيقة بشكل فعال ، فسيستمر عمق الشقوق في الزيادة ، وفي النهاية سيتمزق تنورة المظلة.
2. الشيخوخة الكيميائية
الأسباب الرئيسية لشيخوخة مطاط السيليكون للعازل المركب هي الأوزون والحمض والقاعدة وأكسيد النيتروجين ، من بينها أكسيد النيتروجين الذي يتفاعل مع الماء لإنتاج حمض النيتريك. عندما يكون العازل المركب في بيئة حمضية لفترة طويلة ، فإن سطح العازل المركب سوف يتآكل بشكل خطير. سوف يؤدي الحمض القوي إلى كسر العمود الفقري لمطاط السيليكون للعازل المركب ، وبالتالي يتسبب في تلف مادة مطاط السيليكون. عندما يكون العازل المركب في بيئة قلوية ، فإن سطح العازل المركب سيظهر قلوية ضعيفة ، وستتسبب المواد القلوية أيضًا في كسر الرابطة الأولية في مطاط السيليكون ، مما يؤدي إلى فقدان مقاومة الماء للعازل المركب. من وجهة النظر الكلية ، سيُظهر مطاط السيليكون العازل المركب في بيئة حمضية أو قلوية لفترة طويلة ظاهرة تقليل القوة.
في البيئة الملوثة والرطبة لفترة طويلة ، فإن مقاومة الماء لسطح مطاط السيليكون للعوازل المركبة سوف تضعف تدريجياً ، بل وتختفي تمامًا مع زيادة الوقت. عند غمر العوازل المركبة في محاليل ذات خصائص مختلفة ، يمكن ملاحظة أن سطح العوازل المركبة في المحاليل المحايدة لا يتغير بشكل كبير ، بينما يظهر سطح العوازل المركبة في المحاليل الحمضية والقلوية ظاهرة تآكل واضحة ، ودرجة التآكل يتعمق تدريجيا مع زيادة الحموضة والقلوية. بالنسبة للعوازل المركبة ، تكون البيئة الحمضية أكثر ضررًا من البيئة القلوية.
نظرًا لظاهرة التفريغ أثناء تشغيل خط الجهد العالي ، فإن الأوزون الناتج عن ظاهرة التفريغ سوف يتأكسد ويتفاعل مع مادة البوليمر في العازل المركب. سيؤدي تفاعل الأكسدة إلى حدوث عيوب خطيرة على سطح العازل المركب ، وحتى يكون له تأثير خطير على أداء العازل المركب.
3. الشيخوخة الكهربائية
بالإضافة إلى تأثرها بالبيئة الطبيعية ، تتأثر العوازل المركبة أيضًا بالمجالات الكهربائية ذات الجهد العالي ، والتي تسرع من شيخوخة مطاط السيليكون. في الوقت نفسه ، تُظهر دراسة العوازل المركبة المشحونة والعوازل المركبة غير المشحونة أن عمر خدمة العوازل المركبة المشحونة أقل بكثير من العوازل المركبة غير المشحونة ، مما يشير أيضًا إلى أن الشيخوخة الكهربائية هي عامل مهم يسبب شيخوخة العوازل المركبة. سيتأثر العازل المركب بالجسيمات المشحونة في التشغيل العادي ، مما سيؤدي إلى كسر السلسلة الرئيسية لمطاط السيليكون للعازل المركب. في نفس الوقت ، سوف يتفاعل مع الأكسجين المحيط والمواد الأخرى لإنتاج أكاسيد النيتروجين ومواد أخرى ، ومن ثم إتلاف أداء مطاط السيليكون. سوف يتسبب قوس كورونا أيضًا في ارتفاع درجة الحرارة على سطح العوازل المركبة ، مما يقلل من الخواص الكهربائية والميكانيكية للعوازل المركبة. بعد أن يتم كي العوازل المركبة بقوس الإكليل ، فإن محتوى المادة العضوية على سطح العوازل المركبة سينخفض بشكل كبير ، مما يؤدي إلى انخفاض أداء العزل للعوازل المركبة. في جميع مراحل الشيخوخة ، تكون عملية تفاعل الشيخوخة الكهربائية هي الأكثر تعقيدًا ، وستظهر عملية الشيخوخة الكهربائية أيضًا في نفس الوقت ، والشيخوخة الفيزيائية والشيخوخة الكيميائية ، وبالتالي ، فإن تأثير الشيخوخة الكهربائية على المواد العازلة المركبة هو الأكبر.