14.1 Úvod

Silikonový kaučuk (SiR) se jako základní izolační materiál široce používá k potahování porcelánových a skleněných izolátorů. Technologie vysokonapěťového stejnosměrného proudu (HVDC) je považována za nejúčinnější a nejekonomičtější řešení vysokého napětí, velkého výkonu a přenosu na dlouhé vzdálenosti a propojení energetických sítí . V Číně bylo uvedeno do provozu několik ±800 kV přenosových vedení UHVDC . Díky lepší odolnosti proti znečištění, teplotní odolnosti, elektrické izolaci a pružnosti se SiR hojně používá v izolátorech a kabelovém příslušenství pro přenosová vedení HVDC .

Přes všechny výhody trpí SiR dlouhodobým provozem a účinky na životní prostředí. V přenosových vedeních HVDC může i na dobře navržených izolátorech docházet ke koronovému výboji, který může do povrchu izolátoru injektovat náboj a izolátory výrazně poškodit . Je známo, že injekce náboje je převážně závislá na počátečním rozložení vnějšího pole . Při stejnosměrném napětí se náboje v důsledku konstantního elektrostatického pole s větší pravděpodobností hromadí na povrchu izolátoru než při střídavém napětí. Náboje na něm mohou zůstat po určitou dobu určenou účinností rozpadového procesu. Existence povrchových nábojů způsobuje brzké selhání izolace a hraje důležitou roli při vzniku povrchového vzplanutí . Bylo také zjištěno, že při stejných polních podmínkách je akumulace škodlivin při stejnosměrném napětí 1,2-1,5krát větší než při střídavém napětí . Je nutné zkoumat vlastnosti izolátorů SiR pod stejnosměrným napětím. Při dlouhodobém vystavení vlhkosti a silnému znečištění může dojít k dlouhodobé ztrátě hydrofobicity SiR, což povede ke vzniku vodivého filmu na povrchu . Může tak dojít k obloukovému vzplanutí suchého pásu a vzniku velkého množství tepla. Protože tepelná vodivost SiR je velmi nízká, teplo se hromadí v oblasti výboje a nemůže se rychle šířit, což postupně způsobí degradaci SiR a může dále vyvolat stopování a erozi . Zejména při stejnosměrném napětí s větším množstvím nečistot je vodivost a svodový proud vyšší, což může mít za následek vážnější degradaci SiR. Testy nakloněné roviny na polymerních vysokoteplotních vulkanizovaných izolátorech SiR ukázaly, že sledování a eroze jsou závažnější při kladném stejnosměrném napětí než při střídavém napětí . Kromě toho elektrické pole uvnitř příslušenství není pro jeho složitou fyzikální strukturu tak rovnoměrné jako uvnitř napájecího kabelu a některé vady vzniklé během výrobního procesu, jako je nerovnoměrné elektrické pole a defekty, mohou způsobit dielektrické selhání uvnitř příslušenství . Elektrický strom je iniciován zesíleným bodem elektrického pole, který může být způsoben prázdnotou, nečistotami nebo nepravidelnými tvary . To představuje vážné ohrožení izolace a může dokonce způsobit její poruchu.

V zájmu zlepšení fyzikálních, chemických, mechanických a elektrických vlastností SiR se v poslední době věnuje značná pozornost nanokompozitům. Venkatesulu a Thomas zkoumali dobré vlastnosti na sledovací a erozní odolnost nanokompozitů v důsledku interakce mezi hostitelským dielektrikem a nanočásticemi . Předchozí studie ukázaly, že nanočástice mají velký vliv na chování povrchového náboje . Fleming a kol. prezentovali údaje o profilu prostorového náboje polyethylenu s nízkou hustotou (LDPE), do kterého byly začleněny různé nanočástice . Kumara et al. pozorovali, že úroveň vzplanutí napětí se lineárně měnila s množstvím naneseného náboje pro kladný i záporný náboj . Řada výzkumníků se rovněž zabývala tepelnými problémy a odolností vůči stopování a erozi SiR. Výsledky ukázaly, že degradace materiálu je funkcí velikosti svodového proudu a doby, po kterou v daném místě existuje suchý pásový oblouk . Podle výsledků z terénu je hlavním degradačním faktorem pro izolátory SiR vystavené pobřežnímu prostředí tepelná depolymerizace aktivovaná elektrickým výbojem . Korelační studie ukázala, že odolnost proti erozi kompozitů SiR, plněných trihydrátem oxidu hlinitého (ATH) nebo oxidu křemičitého, silně souvisí s tepelnou vodivostí kompozitu . V oblasti elektrického stromování Chen a kol. zkoumali dobu iniciace stromů z čistých epoxidových pryskyřic a zjistili, že nanočástice dokážou prodloužit dobu iniciace stromů . Tanaka a kol. zjistili, že nanoplniva oxidu hlinitého účinně potlačují iniciaci i šíření stromu .

Na základě všech předchozích výzkumných aktivit se tato kapitola zabývá třemi typickými nanokompozity SiR a jejich dielektrickými vlastnostmi. V části 14.2 jsou nanočástice nitridu boru (BN) přimíchány do RTV SiR za účelem získání nanokompozitů SiR/BN. Sledovací a erozní procesy nanokompozitů SiR/BN byly studovány pomocí standardního testu na nakloněné rovině s tím rozdílem, že přiváděné napětí bylo stejnosměrné. V části 14.3 jsou studovány nanokompozity SiR/SiO2 a výzkum se zaměřuje na vliv doby fluorace a hmotnostního podílu nanočástic na povrchový náboj a charakteristiky stejnosměrného vzplanutí nanokompozitů SiR/SiO2. V části 14.4 bylo na nanokompozity SiR/SiO2 přivedeno střídavé napětí o frekvenci 50 Hz za účelem iniciace elektrických stromů s teplotou od -30 °C do -90 °C. Struktura i rychlost růstu stromů byly pozorovány systémem digitálního mikroskopu a k popisu charakteristik šíření elektrických stromů byl zaveden podíl stromů

.