14.1 Introduzione

Gomma siliconica (SiR), come materiale isolante di base, è stata ampiamente utilizzata per rivestire isolanti in porcellana e vetro. La tecnologia della corrente continua ad alta tensione (HVDC) è considerata come la soluzione più efficiente ed economica per la trasmissione ad alta tensione, grande capacità e lunga distanza e l’interconnessione della rete elettrica. Diverse linee di trasmissione UHVDC da ±800 kV sono state messe in funzione in Cina. Grazie alla migliore resistenza alla contaminazione, alla resistenza alla temperatura, all’isolamento elettrico e all’elasticità, SiR è ampiamente utilizzato negli isolanti e negli accessori dei cavi per le linee di trasmissione HVDC. Nelle linee di trasmissione HVDC, la scarica a corona potrebbe verificarsi anche su isolatori ben progettati, che possono iniettare la carica nella superficie dell’isolante e danneggiare significativamente gli isolatori. È noto che l’iniezione di carica dipende principalmente dalla distribuzione iniziale del campo esterno. Sotto tensione continua, è più probabile che le cariche si accumulino sulla superficie dell’isolante a causa del campo elettrostatico costante, rispetto a quello sotto tensione alternata. Le cariche possono rimanere su di essa per un certo periodo determinato dall’efficienza del processo di decadimento. L’esistenza di cariche superficiali provoca un guasto precoce dell’isolamento e gioca un ruolo importante durante lo sviluppo del flashover superficiale. È stato anche riportato che con le stesse condizioni di campo l’accumulo di inquinanti sotto tensione DC è 1,2-1,5 volte quello sotto tensione AC. È necessario studiare le prestazioni degli isolanti SiR sotto tensione continua. Quando esposti all’umidità a lungo termine e alla contaminazione grave, l’idrofobicità di SiR può essere persa per periodi prolungati, il che porterà allo sviluppo di una pellicola conduttiva sulla superficie. Quindi, può verificarsi un arco a banda secca e si genera una grande quantità di calore. Poiché la conducibilità termica di SiR è molto bassa, il calore viene accumulato nella zona di scarico e non può diffondersi rapidamente, che causerà gradualmente il degrado di SiR e può ulteriormente indurre il tracciamento e l’erosione. Soprattutto sotto tensione DC, con più contaminanti, la conduttività e la corrente di dispersione sono più alte, il che può provocare una degradazione più grave di SiR. Le prove sul piano inclinato sugli isolanti polimerici vulcanizzati SiR ad alta temperatura hanno dimostrato che l’inseguimento e l’erosione sono più gravi sotto tensione continua positiva che sotto tensione alternata. Inoltre, il campo elettrico all’interno degli accessori non è così uniforme come quello all’interno del cavo di alimentazione per la sua struttura fisica complicata, e alcuni difetti portati durante il processo di fabbricazione, come il campo elettrico non uniforme e difetti, possono causare il fallimento dielettrico all’interno degli accessori. L’albero elettrico è iniziato dal punto potenziato del campo elettrico che può essere causato dal vuoto, dalle impurità o dalle forme irregolari. Si tratta di una grave minaccia per l’isolamento e può anche causare la rottura dell’isolamento.

Al fine di migliorare le proprietà fisiche, chimiche, meccaniche ed elettriche del SiR, il nanocomposito ha recentemente attirato una notevole attenzione. Venkatesulu e Thomas hanno studiato le buone prestazioni sulla resistenza all’inseguimento e all’erosione dei nanocompositi a causa dell’interazione tra il dielettrico ospite e le nanoparticelle. Studi precedenti hanno dimostrato che le nanoparticelle hanno un grande effetto sul comportamento della carica superficiale. Fleming et al. hanno presentato i dati del profilo di carica spaziale del polietilene a bassa densità (LDPE) in cui sono state incorporate diverse nanoparticelle. Kumara et al. hanno osservato che il livello di tensione di flashover variava linearmente con la quantità di carica depositata sia per la carica positiva che per quella negativa. Molti ricercatori hanno anche studiato i problemi termici e la resistenza all’inseguimento e all’erosione di SiR. I risultati hanno dimostrato che la degradazione del materiale è una funzione della grandezza della corrente di dispersione e del tempo per cui l’arco a banda secca esiste in un punto particolare. Secondo i risultati sul campo, la depolimerizzazione termica attivata dalla scarica elettrica è il principale fattore di degrado per gli isolanti SiR esposti a un ambiente costiero. Uno studio di correlazione ha dimostrato che la resistenza all’erosione dei compositi SiR, riempiti con triidrato di allumina (ATH) o silice, è fortemente correlata alla conduttività termica del composito. Nel campo dell’alberatura elettrica, Chen et al. hanno studiato il tempo di iniziazione dell’albero delle resine epossidiche pure e hanno scoperto che le nanoparticelle erano in grado di aumentare il tempo di iniziazione dell’albero. Tanaka et al. hanno scoperto che i nano-riempitivi di allumina erano efficaci nel sopprimere sia l’inizio che la propagazione dell’albero.

Sulla base di tutte le attività di ricerca precedenti, questo capitolo discute tre tipici nanocompositi SiR e le loro proprietà dielettriche. Nella sezione 14.2, le nano particelle di nitruro di boro (BN) sono mescolate in RTV SiR per ottenere nanocompositi SiR/BN. I processi di tracciamento e di erosione dei nanocompositi SiR/BN sono stati studiati impiegando un test standard sul piano inclinato, con l’eccezione che la tensione fornita era in corrente continua. Nella sezione 14.3, vengono studiati i nanocompositi SiR/SiO2 e la ricerca si concentra sugli effetti del tempo di fluorurazione e della frazione di massa delle nanoparticelle sulla carica superficiale e sulle caratteristiche di flashover DC dei nanocompositi SiR/SiO2. Nella sezione 14.4, la tensione AC con la frequenza di 50 Hz è stata applicata sui nanocompositi SiR/SiO2 per iniziare gli alberi elettrici con la temperatura che va da -30°C a -90°C. Sia la struttura che la velocità di crescita degli alberi sono state osservate da un sistema di microscopio digitale, e la proporzione di alberatura è stata introdotta per descrivere le caratteristiche di propagazione degli alberi elettrici.