强紫外地区复合绝缘子理化特性分析及分子动力学模拟

摘要

在高海拔地区，高强度的紫外辐射能够引发硅橡胶分子结构的改变，进而致使复合绝缘子出现显著的老化现象，最终引发绝缘性能失效.而现有研究鲜有涉及强紫外地区复合绝缘子理化特性的分析.鉴于此，本文聚焦复合绝缘子在紫外辐射环境下的性能演变与内在机制，选取高海拔且强紫外辐射的青海地区以及紫外辐射强度相对较弱的山东地区为研究区域，以两地挂网运行不同年限的绝缘子为研究对象，对比分析紫外老化对绝缘子材料理化特性和电气性能的影响.同时，借助分子动力学模拟方法，深入探究Si—O—Si键在紫外–电热耦合作用下的断裂机制.结果表明：在强紫外地区，随着运行年限的增加，Si—（CH₃）₂、C—H in（CH₃）及Si—CH₃基团的含量均呈下降趋势，而Si—O—Si基团因在不同运行阶段中，氧化交联与断裂过程所占据的主导地位有所差异，导致该基团含量随运行年限的增加呈先增大后下降的变化趋势.对于紫外辐射较弱的山东地区，各基团含量均随年限增加而下降.强紫外辐射加速绝缘子甲基流失及表面无机化进程，导致青海地区静态接触角降幅达22.1%，而山东地区仅为6.3%.分子动力学模拟显示，在电场与温度的作用下，Si—O—Si键能改变，当键能低于427 kJ·mol^–1时，紫外辐射导致Si—O—Si键断裂.

关键词

紫外辐射 / 复合绝缘子 / 理化特性 / PDMS / 分子动力学

基金资助

国家自然科学基金面上资助项目（52477147）; 山东省自然科学基金资助项目（ZR2023ME129）; 山东省高等学校“青创团队计划”（2023KJ148）; 湖南雪峰山能源装备安全国家野外科学观测研究站开放课题（N0RS-XFEES-23-04）