14.1 Wprowadzenie

Guma silikonowa (SiR), jako podstawowy materiał izolacyjny, była szeroko stosowana do pokrywania izolatorów porcelanowych i szklanych. Technologia wysokiego napięcia prądu stałego (HVDC) jest uważana za najbardziej efektywne i ekonomiczne rozwiązanie dla przesyłu na wysokie napięcie, dużą pojemność i duże odległości oraz połączenia sieci energetycznej. W Chinach oddano do użytku kilka linii przesyłowych UHVDC o napięciu ±800 kV. Ze względu na lepszą odporność na zanieczyszczenia, odporność na temperaturę, izolacyjność elektryczną i elastyczność, SiR jest szeroko stosowany w izolatorach i akcesoriach kablowych dla linii przesyłowych HVDC. Pomimo wszystkich zalet, SiR cierpi z powodu długotrwałej eksploatacji i wpływu na środowisko. W liniach przesyłowych HVDC, wyładowania koronowe mogą wystąpić nawet na dobrze zaprojektowanych izolatorach, które mogą wstrzyknąć ładunek do powierzchni izolatora i znacznie uszkodzić izolatory. Powszechnie wiadomo, że wstrzykiwanie ładunków zależy głównie od początkowego rozkładu pola zewnętrznego. Pod napięciem stałym, ładunki są bardziej skłonne do gromadzenia się na powierzchni izolatora ze względu na stałe pole elektrostatyczne, w porównaniu do tego pod napięciem zmiennym. Ładunki mogą pozostawać na niej przez pewien okres czasu, określony przez efektywność procesu rozpadu. Istnienie ładunków powierzchniowych powoduje wczesne uszkodzenie izolacji i odgrywa ważną rolę w rozwoju powierzchniowego zapłonu. Stwierdzono również, że w tych samych warunkach polowych akumulacja zanieczyszczeń pod napięciem stałym jest 1,2-1,5 razy większa niż pod napięciem przemiennym. Konieczne jest zbadanie zachowania się izolatorów SiR pod napięciem stałym. W przypadku narażenia na długotrwałą wilgoć i silne zanieczyszczenie, hydrofobowość SiR może zostać utracona na dłuższy czas, co doprowadzi do powstania przewodzącej warstwy na powierzchni. Może więc dojść do powstania suchego łuku taśmowego i wytworzenia dużej ilości ciepła. Ponieważ przewodność cieplna SiR jest bardzo niska, ciepło jest gromadzone w obszarze wyładowania i nie może się szybko rozprzestrzeniać, co stopniowo spowoduje degradację SiR i może dalej wywoływać śledzenie i erozję. Szczególnie pod napięciem stałym, przy większej ilości zanieczyszczeń, przewodność i prąd upływu są wyższe, co może spowodować poważniejszą degradację SiR. Badania na płaszczyźnie pochyłej polimerowych izolatorów SiR wulkanizowanych w wysokiej temperaturze wykazały, że śledzenie i erozja są bardziej dotkliwe przy dodatnim napięciu stałym niż przy napięciu zmiennym. Ponadto, pole elektryczne wewnątrz osprzętu nie jest tak jednorodne jak wewnątrz kabla zasilającego ze względu na jego skomplikowaną strukturę fizyczną, a pewne defekty powstałe w procesie produkcyjnym, takie jak niejednorodne pole elektryczne i defekty, mogą powodować uszkodzenia dielektryczne wewnątrz osprzętu. Drzewo elektryczne jest inicjowane z wzmocnionego punktu pola elektrycznego, które może być spowodowane przez pustkę, zanieczyszczenia lub nieregularne kształty. Jest to poważne zagrożenie dla izolacji i może nawet spowodować awarię izolacji.

W celu poprawy właściwości fizycznych, chemicznych, mechanicznych i elektrycznych SiR, nanokompozyt ostatnio przyciąga znaczną uwagę. Venkatesulu i Thomas zbadali dobrą wydajność w zakresie śledzenia i odporności na erozję nanokompozytów ze względu na interakcję między dielektrykiem gospodarza i nanocząstkami . Wcześniejsze badania wykazały, że nanocząstki mają duży wpływ na zachowanie ładunku powierzchniowego. Fleming i in. przedstawili dane dotyczące profilu ładunku przestrzennego polietylenu o małej gęstości (LDPE), do którego wprowadzono różne nanocząstki. Kumara et al. zaobserwowali, że poziom napięcia zapłonu zmieniał się liniowo wraz z ilością zdeponowanego ładunku zarówno dla ładunku dodatniego jak i ujemnego. Wielu naukowców badało również problemy termiczne oraz odporność na śledzenie i erozję SiR. Wyniki wykazały, że degradacja materiału jest funkcją wielkości prądu upływu i czasu, przez jaki w danym miejscu występuje suche pasmo łuku. Zgodnie z wynikami uzyskanymi w terenie, depolimeryzacja termiczna aktywowana przez wyładowania elektryczne jest głównym czynnikiem degradacji izolatorów SiR narażonych na działanie środowiska przybrzeżnego. Badanie korelacji wykazało, że odporność na erozję kompozytów SiR, wypełnionych trójwodzianem glinu (ATH) lub krzemionką, jest silnie skorelowana z przewodnością cieplną kompozytu. W dziedzinie drzew elektrycznych, Chen i in. badali czas inicjacji drzew czystych żywic epoksydowych i stwierdzili, że nanocząstki były w stanie zwiększyć czas inicjacji drzew. Tanaka i in. stwierdzili, że nanonapełniacze tlenku glinu skutecznie tłumią zarówno inicjację, jak i propagację drzewa. Na podstawie wszystkich poprzednich badań, w niniejszym rozdziale omówiono trzy typowe nanokompozyty SiR i ich właściwości dielektryczne. W punkcie 14.2, cząsteczki nanonazotku boru (BN) są mieszane z SiR RTV w celu uzyskania nanokompozytów SiR/BN. Procesy śledzenia i erozji nanokompozytów SiR/BN badano stosując standardową próbę na płaszczyźnie pochyłej, z tą różnicą, że napięcie zasilające było stałe. W rozdziale 14.3 badano nanokompozyty SiR/SiO2, koncentrując się na wpływie czasu fluorowania i ułamka masowego nanocząstek na ładunek powierzchniowy i charakterystykę przebicia prądem stałym nanokompozytów SiR/SiO2. W rozdziale 14.4. do nanokompozytów SiR/SiO2 przyłożono napięcie zmienne o częstotliwości 50 Hz w celu zainicjowania drzew elektrycznych w zakresie temperatur od -30°C do -90°C. Zarówno struktura, jak i szybkość wzrostu drzew były obserwowane przez system mikroskopu cyfrowego, a proporcja drzewiastości została wprowadzona w celu opisania charakterystyki propagacji drzew elektrycznych.

.