14.1 Introducción

El caucho de silicona (SiR), como material aislante básico, se ha utilizado ampliamente para recubrir aisladores de porcelana y vidrio. La tecnología de corriente continua de alta tensión (UHVD) se considera la solución más eficiente y económica para la transmisión de alta tensión, gran capacidad y larga distancia y la interconexión de redes eléctricas . En China se han puesto en funcionamiento varias líneas de transmisión UHVDC de ±800 kV. Debido a la mejor resistencia a la contaminación, la resistencia a la temperatura, el aislamiento eléctrico y la elasticidad, el SiR se utiliza ampliamente en los aislantes y los accesorios de los cables para las líneas de transmisión HVDC.

A pesar de todas las ventajas, el SiR sufre los efectos del funcionamiento a largo plazo y del medio ambiente. En las líneas de transmisión HVDC, podría producirse una descarga de corona incluso en aisladores bien diseñados, lo que puede inyectar carga en la superficie del aislador y dañar significativamente los aisladores . Es bien sabido que la inyección de carga depende predominantemente de la distribución inicial del campo externo. Bajo tensión continua, es más probable que las cargas se acumulen en la superficie del aislador debido al campo electrostático constante, en comparación con la tensión alterna. Las cargas pueden permanecer en él durante un cierto período determinado por la eficiencia del proceso de descomposición. La existencia de cargas en la superficie provoca un fallo temprano del aislamiento y desempeña un papel importante durante el desarrollo de la inflamación de la superficie. También se ha informado de que, con las mismas condiciones de campo, la acumulación de contaminantes bajo tensión continua es de 1,2 a 1,5 veces la de la tensión alterna. Es necesario investigar el rendimiento de los aislantes SiR bajo tensión continua. Cuando se expone a la humedad a largo plazo y a la contaminación severa, la hidrofobicidad del SiR puede perderse durante períodos sostenidos, lo que conducirá al desarrollo de una película conductora en la superficie . Por lo tanto, puede producirse un arco en banda seca y se generará una gran cantidad de calor. Como la conductividad térmica del SiR es muy baja, el calor se acumula en la zona de descarga y no puede propagarse rápidamente, lo que provocará gradualmente la degradación del SiR y puede inducir aún más el rastreo y la erosión . Especialmente bajo tensión continua, con más contaminantes, la conductividad y la corriente de fuga son mayores, lo que puede provocar una degradación más severa del SiR. Las pruebas de plano inclinado en aislantes poliméricos de SiR vulcanizados a alta temperatura han demostrado que el rastreo y la erosión son más graves bajo tensión continua positiva que bajo tensión alterna. Además, el campo eléctrico en el interior de los accesorios no es tan uniforme como en el interior del cable de alimentación por su complicada estructura física, y algunos defectos traídos durante el proceso de fabricación, como el campo eléctrico no uniforme y los defectos, pueden causar fallos dieléctricos en el interior de los accesorios . El árbol eléctrico se inicia desde el punto realzado del campo eléctrico que puede ser causado por el vacío, las impurezas, o las formas irregulares . Es una grave amenaza para el aislamiento y puede incluso causar la ruptura del aislamiento.

Con el fin de mejorar las propiedades físicas, químicas, mecánicas y eléctricas de SiR, el nanocompuesto ha atraído recientemente una atención considerable. Venkatesulu y Thomas han investigado el buen rendimiento de la resistencia al rastreo y la erosión de los nanocompuestos debido a la interacción entre el dieléctrico anfitrión y las nanopartículas . Estudios anteriores mostraron que las nanopartículas tienen un gran efecto en el comportamiento de la carga superficial . Fleming et al. han presentado los datos del perfil de carga espacial del polietileno de baja densidad (LDPE) en el que se incorporaron diferentes nanopartículas . Kumara et al. han observado que el nivel de tensión de inflamación variaba linealmente con la cantidad de carga depositada, tanto para la carga positiva como para la negativa. Muchos investigadores también han estudiado los problemas térmicos y la resistencia al rastreo y a la erosión del SiR. Los resultados han demostrado que la degradación del material es una función de la magnitud de la corriente de fuga y del tiempo durante el cual existe el arco de banda seca en un punto concreto . Según los resultados de campo, la despolimerización térmica activada por la descarga eléctrica es el principal factor de degradación de los aislantes de SiR expuestos a un entorno costero . Un estudio de correlación ha demostrado que la resistencia a la erosión de los compuestos de SiR, rellenos de trihidrato de alúmina (ATH) o de sílice, está fuertemente correlacionada con la conductividad térmica del compuesto . En el campo del arbolado eléctrico, Chen et al. investigaron el tiempo de iniciación del árbol de las resinas epoxi puras y descubrieron que las nanopartículas eran capaces de aumentar el tiempo de iniciación del árbol . Tanaka et al. descubrieron que los nanorellenos de alúmina eran eficaces para suprimir tanto la iniciación como la propagación del árbol.

Sobre la base de todas las actividades de investigación anteriores, este capítulo analiza tres nanocompuestos típicos de SiR y sus propiedades dieléctricas. En la sección 14.2, se mezclan partículas de nano-nitruro de boro (BN) en RTV SiR para obtener nanocompuestos de SiR/BN. Los procesos de rastreo y erosión de los nanocompuestos de SiR/BN se estudiaron empleando un ensayo estándar de plano inclinado, con la excepción de que la tensión suministrada era de corriente continua. En la sección 14.3, se estudian los nanocompuestos de SiR/SiO2 y la investigación se centra en los efectos del tiempo de fluoración y de la fracción de masa de las nanopartículas sobre la carga superficial y las características de flashover de CC de los nanocompuestos de SiR/SiO2. En la sección 14.4, se aplicó un voltaje de CA con una frecuencia de 50 Hz sobre los nanocompuestos de SiR/SiO2 para iniciar los árboles eléctricos con una temperatura que oscilaba entre -30°C y -90°C. Tanto la estructura como la velocidad de crecimiento de los árboles se observaron mediante un sistema de microscopio digital, y se introdujo la proporción de arbolado para describir las características de propagación del árbol eléctrico.