14.1 Indledning

Silikonegummi (SiR) er et grundlæggende isolerende materiale, der i vid udstrækning er blevet brugt til at overtrække porcelæns- og glasisolatorer. Højspændingsjævnstrømsteknologien (HVDC) betragtes som den mest effektive og økonomiske løsning til højspænding, stor kapacitet og langdistancetransmission og sammenkobling af elnettet . Flere ±800 kV UHVDC-transmissionslinjer er blevet taget i brug i Kina . På grund af bedre modstandsdygtighed over for forurening, temperaturbestandighed, elektrisk isolering og elasticitet anvendes SiR i vid udstrækning i isolatorer og kabeltilbehør til HVDC-transmissionslinjerne.

På trods af alle fordelene lider SiR under langvarig drift og miljøpåvirkninger. I HVDC-transmissionslinjer kan der forekomme koronaudladninger, selv på velkonstruerede isolatorer, hvilket kan injicere ladning i isolatoroverfladen og beskadige isolatorerne betydeligt . Det er velkendt, at ladningsinjektion i høj grad afhænger af den indledende eksterne feltfordeling . Under jævnspænding er der større sandsynlighed for, at ladningerne ophobes på isolatoroverfladen på grund af det konstante elektrostatiske felt sammenlignet med vekselspænding. Ladningerne kan forblive på den i en vis periode, som afhænger af effektiviteten af henfaldsprocessen. Tilstedeværelsen af overfladeladninger forårsager tidligt isoleringssvigt og spiller en vigtig rolle i forbindelse med udviklingen af overfladeflashhover . Det er også blevet rapporteret, at med de samme feltforhold er ophobningen af forurenende stoffer under jævnspænding 1,2-1,5 gange så stor som under vekselspænding . Det er nødvendigt at undersøge SiR-isolatorers ydeevne under jævnspænding. Når SiR udsættes for langvarig fugtighed og alvorlig forurening, kan dets hydrofobicitet gå tabt i længerevarende perioder, hvilket vil føre til udvikling af en ledende film på overfladen . Der kan således opstå lysbuer i tørre bånd, og der vil blive genereret en stor mængde varme. Da SiR’s varmeledningsevne er meget lav, ophobes varmen i udladningsområdet og kan ikke spredes hurtigt, hvilket gradvist vil medføre nedbrydning af SiR og yderligere kan fremkalde sporing og erosion . Især under jævnspænding med flere forurenende stoffer er ledningsevnen og lækstrømmen højere, hvilket kan resultere i en mere alvorlig nedbrydning af SiR. Skråplanforsøg på polymere vulkaniserede SiR-isolatorer med høj temperatur har vist, at sporing og erosion er mere alvorlige ved positiv jævnspænding end ved vekselspænding . Desuden er det elektriske felt i tilbehør ikke så ensartet som i strømkablet på grund af dets komplicerede fysiske struktur, og nogle fejl, der opstår under fremstillingsprocessen, f.eks. uensartede elektriske felter og defekter, kan forårsage dielektrisk svigt i tilbehør. Det elektriske træ er initieret fra det forstærkede punkt af det elektriske felt, som kan være forårsaget af hulrum, urenheder eller uregelmæssige former . Det er en alvorlig trussel mod isoleringen, og det kan endda forårsage isolationsnedbrydning.

For at forbedre de fysiske, kemiske, mekaniske og elektriske egenskaber af SiR har nanokompositten for nylig tiltrukket sig betydelig opmærksomhed. Venkatesulu og Thomas har undersøgt god ydeevne på sporing og erosionsbestandighed af nanokompositter på grund af interaktionen mellem værtsdielektrisk og nanopartiklerne . Tidligere undersøgelser viste, at nanopartikler har en stor effekt på overfladeladningsadfærd . Fleming et al. har fremlagt data om rumladningsprofilen for LDPE (Low Density Polyethylene), hvori forskellige nanopartikler var inkorporeret . Kumara et al. har observeret, at flashover-spændingsniveauet varierede lineært med mængden af deponeret ladning for både positiv og negativ opladning . Mange forskere har også undersøgt de termiske problemer og SiR’s modstandsdygtighed over for sporing og erosion. Resultaterne har vist, at nedbrydningen af materialet er en funktion af størrelsen af lækstrømmen og den tid, hvor der er tørbue i et bestemt punkt . Ifølge resultaterne på området er termisk depolymerisering, der aktiveres af elektrisk udladning, den vigtigste nedbrydningsfaktor for SiR-isolatorer, der udsættes for kystmiljøet . En korrelationsundersøgelse har vist, at modstandsdygtigheden over for erosion af SiR-kompositter, der er fyldt med aluminiumoxidtrihydrat (ATH) eller silica, er stærkt korreleret med kompositens termiske ledningsevne . I forbindelse med elektrisk træfældning har Chen et al. undersøgt træinitieringstiden for rene epoxyharpikser og fundet, at nanopartikler var i stand til at øge træinitieringstiden . Tanaka et al. fandt, at alumina nanofyldstoffer var effektive til at undertrykke både træets initiering og udbredelse .

På grundlag af alle de tidligere forskningsaktiviteter diskuteres i dette kapitel tre typiske SiR-nanokompositter og deres dielektriske egenskaber . I afsnit 14.2 blandes nanoboronitrid (BN)-partikler i RTV SiR for at opnå SiR/BN-nanokompositter. Sporings- og erosionsprocesserne for SiR/BN-nanokompositter blev undersøgt ved hjælp af en standard test med skråplan, dog med den undtagelse, at den tilførte spænding var jævnstrøm. I afsnit 14.3 undersøges SiR/SiO2-nanokompositter, og forskningen fokuserer på virkningerne af fluorineringstid og massebrøkdel af nanopartikler på overfladeladning og DC-flashoveregenskaber for SiR/SiO2-nanokompositter. I afsnit 14.4 blev vekselspænding med en frekvens på 50 Hz påført SiR/SiO2-nanokompositterne for at initiere elektriske træer med en temperatur på mellem -30 °C og -90 °C. Både træernes struktur og væksthastighed blev observeret ved hjælp af et digitalt mikroskopisystem, og træernes vækstproportion blev indført for at beskrive de elektriske træers udbredelseskarakteristika.