Как показывают исследования, одни композитные изоляторы хорошо работают в течение 18-20 лет, в то время как другие отказывают уже через несколько месяцев эксплуатации. Анализ лабораторных данных и исследований позволяет сформулировать гипотезы их старения.
Много усилий в отрасли концентрируется на вопросах старении некерамических изоляторов, и на разработке методов испытания, которые имитируют процесс старения.
Линии передачи электроэнергии работают в загрязненной атмосфере. Поэтому, неизбежно, что после нескольких месяцев функционирования изоляторы покрываются загрязнениями. Туман и роса вызывают влагу и порождают неравномерные колебания напряжения, что приводит к появлению поверхностного разряда. Наблюдение линий электропередач в ночное время при помощи усилителей света показывает, что при влажных погодных условиях поверхностный разряд происходит почти в каждой линии электропередач. При долговременной эксплуатации ультрафиолетовое излучение и поверхностные разряды могут заметно увеличить уровень износа.
Существуют основные причины старения композитных изоляторов, которые также порождают неопределенность оценки ожидаемого времени эксплуатации изолятора. Если процесс износа идет медленно, то изолятор может удовлетворительно работать в течение долгого времени. Это имеет место для большинства мест России.
Однако в областях, находящихся ближе к морям, или подвергающихся промышленному загрязнению, износ может ускоряться, и изолятор выходит из строя после непродолжительного периода работы. Как показывают исследования, некоторые изоляторы хорошо работают в течение 18-20 лет, в то время как другие отказывают через несколько месяцев эксплуатации.
Анализ лабораторных данных и опубликованных исследований позволяет сформулировать следующие гипотезы старения изоляторов:
1. На водоотталкивающую поверхность композитного изолятора ветром наносятся частицы пыли и других загрязнений. Объединение ультрафиолетового излучения и механических воздействия этих частиц вызывает легкую эрозию поверхности, увеличивая ее неровности, и обеспечивая накопление на ней загрязнений.
2. В результате диффузии к загрязнениям добавляются полимеры из материала юбок изолятора. Загрязнение покрывается тонким слоем полимеров, обеспечивая сохранение водоотталкивающих свойств поверхности изолятора.
3. При высокой влажности, например, из-за тумана или росы, на водоотталкивающей поверхности изолятора образуются капельки воды. Если наклон поверхности велик, то капли воды могут скатиться вниз. Но в других местах изолятора они проникают сквозь загрязнения и тонкий слой полимеров, становясь проводниками тока.
4. Загрязнения, находящиеся между каплями воды, медленно намокают за счет просачивания воды в сухие участки загрязнений. Это создает слой с высоким сопротивлением, и изменяет ток утечки с емкостного на резистивный.
5. Неравномерное распределение и влажность загрязнений вызывает неравномерное распределение градиента напряжения по поверхности. Вокруг капель воды и в местах с высоким градиентом напряжения появляются коронные разряды.
6. Эти разряды поглощают тонкий слой полимера вокруг капель воды и разрушают гидрофобность.
7. Повреждение гидрофобности поверхности изолятора приводит к рассеиванию капель и формированию непрерывного проводящего слоя в областях высокого напряжения. Это, в свою очередь, увеличивает утечку тока.
8. Утечка тока сопровождается нагревом, приводящим к образованию локальных сухих полос.
9. На этой стадии поверхность изолятора состоит из сухих областей, проводящих участков с высоким сопротивлением, и гидрофобных участков, пропускающих воду. На такой поверхности распределение градиента напряжения будет неравномерным.
10. Неравномерное распределение напряжения порождает искрение и разряды между разными сухими полосами. Это приводит к дальнейшему разрушению поверхности изолятора, потере водоотталкивающих свойств и расширению сухих участков.
11. Разряд и локальные искрения порождают эрозию поверхности изолятора, что приводит к его старению.
12. При изменении погодных условий, например, при восходе солнца, влажность снижается. По мере высыхания изолятора разряды ослабевают.
13. При достаточно длительном сухом времени, свободном от разрядов, гидрофобность изолятора восстанавливается. Обычно, кремниевым изоляторам для этого требуется от 6 до 8 часов. Изоляторы из этиленпропиленового каучука (EPDM) требуют для восстановления своих водоотталкивающих свойств от 12 до 15 часов.
14. Повторение описанного процесса порождает эрозию поверхности изолятора. По мере увеличения неровностей поверхности, и накопления в них загрязнений, старение изолятора ускоряется.
14. Эрозия возникает в связи с инициируемой разрядом химической реакцией и сопутствующей ей увеличения температуры. Измерения температуры поверхности, показывают, что при сильных разрядах, температура в горячих токах поверхности изолятора увеличивается до 260°C - 400°C.
Представленные выше гипотезы подкрепляются тем фактом, что продолжительность времени эксплуатации изоляторов в сухих регионах превышает продолжительность эксплуатации в местах с влажным климатом. Увеличение загрязнения воздуха снижает время эксплуатации изоляторов. Кроме того, наблюдались положительное влияние колец коронных разрядов на время эксплуатации изолятора. Старение изоляторов в естественных условиях, и лабораторные исследования указывают на значительную разницу между работой изоляторов, выпущенных различными изготовителями. Естественное старение вызывает серьезные повреждения на одних изоляторах, и почти не вредит другим изоляторам.
