14.1 Inleiding

Siliconenrubber (SiR), als basisisolatiemateriaal, is op grote schaal gebruikt om porselein- en glasisolatoren te bekleden. De hoogspanningsgelijkstroomtechnologie (HVDC) wordt beschouwd als de meest efficiënte en economische oplossing voor hoogspanning, grote capaciteit, transmissie over lange afstand en de interconnectie van het elektriciteitsnet. Verschillende ±800 kV UHVDC transmissielijnen zijn in China in gebruik genomen. Vanwege de betere weerstand tegen verontreiniging, temperatuurbestendigheid, elektrische isolatie en elasticiteit wordt SiR veel gebruikt in isolatoren en kabelaccessoires voor de HVDC-transmissielijnen. Ondanks alle voordelen lijdt SiR onder de effecten van het gebruik op lange termijn en het milieu. In HVDC-transmissielijnen kan corona-ontlading zelfs op goed ontworpen isolatoren voorkomen, waardoor lading in het isolatoroppervlak kan worden geïnjecteerd en de isolatoren aanzienlijk kunnen worden beschadigd. Het is bekend dat de ladingsinjectie overwegend afhankelijk is van de aanvankelijke externe veldverdeling. Onder gelijkspanning is de kans groter dat de ladingen zich ophopen op het isolatoroppervlak door het constante elektrostatische veld, vergeleken met dat onder wisselspanning. De lasten kunnen op het blijven over een bepaalde periode die door de efficiency van bederfproces wordt bepaald. Het bestaan van oppervlakteladingen veroorzaakt vroegtijdig isolatiedefect en speelt een belangrijke rol tijdens de ontwikkeling van de oppervlaktevlamoverslag. Ook is gerapporteerd dat bij dezelfde veldomstandigheden de accumulatie van verontreinigende stoffen onder gelijkspanning 1,2-1,5 keer zo groot is als onder wisselspanning. Het is noodzakelijk de prestaties van SiR-isolatoren onder gelijkspanning te onderzoeken. Bij langdurige blootstelling aan vochtigheid en sterke verontreiniging kan de hydrofobiciteit van SiR gedurende langere perioden verloren gaan, hetgeen zal leiden tot de ontwikkeling van een geleidende film op het oppervlak . Daardoor kan droge bandvlamvorming optreden en wordt een grote hoeveelheid warmte gegenereerd. Aangezien het warmtegeleidingsvermogen van SiR zeer laag is, wordt de warmte in het ontladingsgebied geaccumuleerd en kan zij zich niet snel verspreiden, hetgeen geleidelijk tot degradatie van SiR zal leiden en verdere sporing en erosie kan veroorzaken. Vooral onder gelijkspanning, met meer verontreinigingen, zijn het geleidingsvermogen en de lekstroom hoger, wat kan resulteren in ernstigere degradatie van SiR. Uit schuine vlaktetests op polymere gevulkaniseerde SiR-isolatoren bij hoge temperatuur is gebleken dat de geleiding en de erosie ernstiger zijn bij positieve gelijkstroom dan bij wisselspanning. Bovendien is het elektrische veld in de accessoires niet zo uniform als dat in de stroomkabel vanwege de gecompliceerde fysieke structuur, en sommige defecten die tijdens het fabricageproces zijn aangebracht, zoals een niet-uniform elektrisch veld en defecten, kunnen diëlektrische breuk in de accessoires veroorzaken. De elektroboom wordt ingeleid van het verbeterde punt van het elektrische veld dat door de leemte, de onzuiverheden, of de onregelmatige vormen kan worden veroorzaakt. Het is een ernstige bedreiging voor de isolatie en het kan zelfs leiden tot isolatie breakdown.

Om de fysische, chemische, mechanische en elektrische eigenschappen van SiR te verbeteren, heeft het nanocomposiet onlangs veel aandacht getrokken. Venkatesulu en Thomas hebben goede prestaties op tracking en erosiebestendigheid van nanocomposieten onderzocht als gevolg van de interactie tussen het gastdiëlektricum en de nanodeeltjes . Eerdere studies hebben aangetoond dat nanodeeltjes een groot effect hebben op het gedrag van oppervlakteladingen. Fleming et al. hebben de gegevens gepresenteerd van het profiel van de oppervlaktelading van polyethyleen met lage dichtheid (LDPE) waarin verschillende nanodeeltjes waren verwerkt. Kumara et al. hebben waargenomen dat het flashover spanningsniveau lineair varieerde met de hoeveelheid gedeponeerde lading voor zowel positieve als negatieve lading. Veel onderzoekers hebben ook de thermische problemen en de weerstand tegen sporing en erosie van SiR onderzocht. Uit de resultaten is gebleken dat de materiaaldegradatie een functie is van de grootte van de lekstroom en de tijd gedurende welke op een bepaalde plaats sprake is van droge bandvlammen. Volgens de resultaten in het veld is thermische depolymerisatie, geactiveerd door elektrische ontlading, de belangrijkste degradatiefactor voor SiR-isolatoren die aan een kustomgeving worden blootgesteld. Uit een correlatiestudie is gebleken dat de erosiebestendigheid van SiR-composieten, gevuld met aluminiumtrihydraat (ATH) of siliciumdioxide, sterk gecorreleerd is met de thermische geleidbaarheid van het composiet . Op het gebied van elektrische boomvorming onderzochten Chen et al. de boominitiatietijd van zuivere epoxyharsen en ontdekten dat nanodeeltjes in staat waren om de boominitiatietijd te verhogen. Tanaka et al. vonden dat aluminiumoxide-nanovullers effectief waren in het onderdrukken van zowel boominitiatie als -voortplanting.

Op basis van alle voorgaande onderzoeksactiviteiten bespreekt dit hoofdstuk drie typische SiR-nanocomposieten en hun diëlektrische eigenschappen. In paragraaf 14.2 worden nano-boron-nitride (BN)-deeltjes gemengd in RTV SiR om SiR/BN-nanocomposieten te verkrijgen. De volg- en erosieprocessen van SiR/BN-nanocomposieten zijn bestudeerd met behulp van een standaard hellend vlaktest, met als uitzondering dat de toegevoerde spanning gelijkstroom was. In Paragraaf 14.3 worden SiR/SiO2-nanocomposieten bestudeerd en het onderzoek richt zich op de effecten van de fluoridatietijd en de massafractie van nanodeeltjes op de oppervlaktelading en de DC-vlamoverkarakteristieken van SiR/SiO2-nanocomposieten. In paragraaf 14.4 werd wisselspanning met een frequentie van 50 Hz aangelegd op de SiR/SiO2-nanocomposieten om elektrische bomen te initiëren bij een temperatuur van -30°C tot -90°C. Zowel de structuur als de groeisnelheid van de bomen werden geobserveerd door een digitaal microscoopsysteem, en de boomverhouding werd geïntroduceerd om de elektrische boomvermeerderingseigenschappen te beschrijven.