14.1 Introduction

Le caoutchouc de silicone (SiR), en tant que matériau isolant de base, a été largement utilisé pour revêtir les isolateurs en porcelaine et en verre. La technologie du courant continu à haute tension (CCHT) est considérée comme la solution la plus efficace et la plus économique pour la transmission à haute tension, à grande capacité et à longue distance et l’interconnexion des réseaux électriques . Plusieurs lignes de transmission UHVDC de ±800 kV ont été mises en service en Chine. En raison de la meilleure résistance à la contamination, de la résistance à la température, de l’isolation électrique et de l’élasticité, SiR est largement utilisé dans les isolateurs et les accessoires de câble pour les lignes de transmission HVDC .

Malgré tous les avantages, SiR souffre de l’exploitation à long terme et des effets de l’environnement. Dans les lignes de transmission CCHT, une décharge corona pourrait se produire même sur les isolateurs bien conçus, ce qui peut injecter une charge dans la surface de l’isolateur et endommager considérablement les isolateurs . Il est bien connu que l’injection de charges dépend principalement de la distribution initiale du champ externe. Sous une tension continue, les charges sont plus susceptibles de s’accumuler sur la surface de l’isolateur en raison du champ électrostatique constant que sous une tension alternative. Les charges peuvent y rester pendant une certaine période déterminée par l’efficacité du processus de désintégration. L’existence de charges de surface provoque une défaillance précoce de l’isolation et joue un rôle important dans le développement de l’embrasement de surface. Il a également été signalé que, dans les mêmes conditions de champ, l’accumulation de polluants sous tension continue est 1,2 à 1,5 fois supérieure à celle sous tension alternative. Il est nécessaire d’étudier les performances des isolateurs SiR sous tension continue. En cas d’exposition à l’humidité à long terme et à une contamination sévère, l’hydrophobie du SiR peut être perdue pendant des périodes prolongées, ce qui entraînera le développement d’un film conducteur sur la surface. Ainsi, un arc électrique à bande sèche peut se produire et une grande quantité de chaleur sera générée. Comme la conductivité thermique du SiR est très faible, la chaleur s’accumule dans la zone de décharge et ne peut pas se propager rapidement, ce qui entraîne progressivement la dégradation du SiR et peut induire un suivi et une érosion supplémentaires. En particulier sous tension continue, avec plus de contaminants, la conductivité et le courant de fuite sont plus élevés, ce qui peut entraîner une dégradation plus sévère du SiR. Des essais en plan incliné sur des isolateurs SiR polymères vulcanisés à haute température ont montré que le cheminement et l’érosion sont plus graves sous une tension continue positive que sous une tension alternative. En outre, le champ électrique à l’intérieur des accessoires n’est pas aussi uniforme que celui du câble d’alimentation en raison de sa structure physique complexe, et certains défauts apportés au cours du processus de fabrication, tels que le champ électrique non uniforme et les défauts, peuvent provoquer une défaillance diélectrique à l’intérieur des accessoires. L’arbre électrique est initié à partir du point de renforcement du champ électrique qui peut être causé par le vide, les impuretés ou les formes irrégulières. C’est une menace sérieuse pour l’isolation et il peut même causer une rupture d’isolation.

Afin d’améliorer les propriétés physiques, chimiques, mécaniques et électriques de SiR, le nanocomposite a récemment attiré une attention considérable. Venkatesulu et Thomas ont étudié les bonnes performances sur le suivi et la résistance à l’érosion des nanocomposites en raison de l’interaction entre le diélectrique hôte et les nanoparticules . Des études précédentes ont montré que les nanoparticules ont un effet important sur le comportement de la charge de surface. Fleming et al. ont présenté les données du profil de charge d’espace du polyéthylène basse densité (LDPE) dans lequel différentes nanoparticules ont été incorporées. Kumara et al. ont observé que le niveau de tension d’embrasement variait de manière linéaire avec la quantité de charge déposée pour les charges positives et négatives. De nombreux chercheurs ont également étudié les problèmes thermiques et la résistance au cheminement et à l’érosion du SiR. Les résultats ont montré que la dégradation du matériau est fonction de l’intensité du courant de fuite et de la durée de l’arc en bande sèche en un point particulier. Selon les résultats obtenus sur le terrain, la dépolymérisation thermique activée par la décharge électrique est le principal facteur de dégradation des isolateurs SiR exposés à un environnement côtier. Une étude de corrélation a montré que la résistance à l’érosion des composites SiR, remplis de trihydrate d’alumine (ATH) ou de silice, est fortement corrélée à la conductivité thermique du composite. Dans le domaine de l’arborescence électrique, Chen et al. ont étudié le temps d’initiation de l’arborescence des résines époxy pures et ont découvert que les nanoparticules étaient capables d’augmenter le temps d’initiation de l’arborescence. Tanaka et al. ont découvert que les nanocharges d’alumine étaient efficaces pour supprimer à la fois l’initiation et la propagation de l’arbre .

Sur les bases de toutes les activités de recherche précédentes, ce chapitre traite de trois nanocomposites SiR typiques et de leurs propriétés diélectriques. Dans la section 14.2, des nanoparticules de nitrure de bore (BN) sont mélangées à du SiR RTV pour obtenir des nanocomposites SiR/BN. Les processus de suivi et d’érosion des nanocomposites SiR/BN ont été étudiés en utilisant un test standard de plan incliné, à l’exception de la tension d’alimentation qui était en courant continu. Dans la section 14.3, les nanocomposites SiR/SiO2 sont étudiés et la recherche se concentre sur les effets du temps de fluoration et de la fraction massique des nanoparticules sur la charge de surface et les caractéristiques d’embrasement en courant continu des nanocomposites SiR/SiO2. Dans la section 14.4, une tension alternative d’une fréquence de 50 Hz a été appliquée aux nanocomposites SiR/SiO2 afin d’initier des arbres électriques à une température comprise entre -30°C et -90°C. La structure et la vitesse de croissance des arbres ont été observées par un système de microscope numérique, et la proportion d’arborisation a été introduite pour décrire les caractéristiques de propagation des arbres électriques.