14.1 Introdução

Borracha de silicone (SiR), como material isolante básico, tem sido amplamente utilizada para revestir isolantes de porcelana e vidro. A tecnologia de corrente contínua de alta tensão (HVDC) é considerada como a solução mais eficiente e econômica para a transmissão de alta tensão, grande capacidade e longa distância e para a interconexão da rede elétrica. Várias linhas de transmissão de UHVDC de ±800 kV foram colocadas em operação na China. Devido à melhor resistência à contaminação, resistência à temperatura, isolamento elétrico e elasticidade, o SiR é amplamente utilizado em isoladores e acessórios de cabos para as linhas de transmissão HVDC .

Embora todas as vantagens, o SiR sofre de operação a longo prazo e efeitos ambientais. Nas linhas de transmissão de HVDC, a descarga corona pode ocorrer mesmo em isoladores bem projetados, que podem injetar carga na superfície do isolador e danificar significativamente os isoladores . É sabido que a injeção de carga depende predominantemente da distribuição inicial do campo externo. Sob tensão DC, é mais provável que as cargas se acumulem na superfície do isolador devido ao campo electrostático constante, em comparação com a tensão AC. As cargas podem permanecer sobre ela durante um determinado período determinado pela eficiência do processo de decaimento. A existência de cargas superficiais causa falha de isolamento precoce e desempenha um papel importante durante o desenvolvimento do flashover da superfície . Também foi relatado que com as mesmas condições de campo a acumulação de poluentes sob tensão DC é 1,2-1,5 vezes maior do que sob tensão AC . É necessário investigar o desempenho dos isoladores SiR sob tensão DC. Quando expostos à umidade de longo prazo e à contaminação grave, a hidrofobicidade do SiR pode ser perdida por períodos prolongados, o que levará ao desenvolvimento de uma película condutora na superfície . Assim, pode ocorrer um arco de banda seca e uma grande quantidade de calor será gerada. Como a condutividade térmica do SiR é muito baixa, o calor é acumulado na área de descarga e não pode se espalhar rapidamente, o que vai gradualmente causar a degradação do SiR e pode induzir ainda mais o rastreamento e a erosão . Especialmente sob tensão contínua, com mais contaminantes, a condutividade e a corrente de fuga são mais elevadas, o que pode resultar numa degradação mais severa do SiR. Testes de plano inclinado em isoladores poliméricos de SiR vulcanizados a alta temperatura mostraram que o rastreamento e a erosão são mais severos sob tensão DC positiva do que sob tensão AC . Além disso, o campo elétrico dentro dos acessórios não é tão uniforme quanto o interior do cabo de força por sua complicada estrutura física, e alguns defeitos trazidos durante o processo de fabricação, como o campo elétrico não uniforme e defeitos, podem causar falhas dielétricas dentro dos acessórios . A árvore elétrica é iniciada a partir do ponto mais elevado do campo elétrico que pode ser causado pelo vazio, impurezas ou formas irregulares . É uma séria ameaça ao isolamento e pode até causar avarias no isolamento.

A fim de melhorar as propriedades físicas, químicas, mecânicas e elétricas do SiR, o nanocomposto tem recentemente chamado considerável atenção. Venkatesulu e Thomas investigaram o bom desempenho no rastreamento e resistência à erosão dos nanocompósitos devido à interação entre o dielétrico do hospedeiro e as nanopartículas. Estudos anteriores mostraram que as nanopartículas têm um grande efeito no comportamento da carga superficial . Fleming et al. apresentaram os dados do perfil de carga espacial do Polietileno de Baixa Densidade (PEBD) em que foram incorporadas diferentes nanopartículas . Kumara et al. observaram que o nível de tensão de flashover variou linearmente com a quantidade de carga depositada tanto para carga positiva como para carga negativa . Muitos pesquisadores também investigaram os problemas térmicos e a resistência ao rastreamento e erosão do SiR. Os resultados mostraram que a degradação do material é uma função da magnitude da corrente de fuga e do tempo para o qual existe um arco de banda seca num determinado ponto . De acordo com os resultados no campo, a despolimerização térmica ativada por descarga elétrica é o principal fator de degradação dos isoladores de SiR expostos a um ambiente costeiro . Um estudo de correlação mostrou que a resistência à erosão dos compósitos de SiR, preenchidos com trihidrato de alumina (ATH) ou sílica, está fortemente correlacionada com a condutividade térmica do compósito . No campo da arborização eléctrica, Chen et al. investigaram o tempo de iniciação em árvores de resinas epóxidas puras e descobriram que as nanopartículas eram capazes de aumentar o tempo de iniciação em árvores . Tanaka et al. descobriram que os nanofiltros de alumina foram eficazes na supressão do início e propagação de árvores .

Nas bases de todas as actividades de investigação anteriores, este capítulo aborda três nanocompósitos típicos de SiR e as suas propriedades dieléctricas. Na Secção 14.2, as partículas de nitreto de nano-boro (BN) são misturadas em SiR RTV para obter nanocompósitos de SiR/BN. Os processos de rastreamento e erosão dos nanocompósitos de SiR/BN foram estudados através de um teste padrão de plano inclinado, com a exceção de que a tensão fornecida era DC. Na seção 14.3, são estudados os nanocompósitos de SiR/SiO2 e a pesquisa se concentra nos efeitos do tempo de fluoração e da fração de massa das nanopartículas na carga superficial e nas características de flashover DC dos nanocompósitos de SiR/SiO2. Na seção 14.4, a tensão CA com a freqüência de 50 Hz foi aplicada aos nanocompósitos de SiR/SiO2 para iniciar árvores elétricas com temperatura variando de -30°C a -90°C. Tanto a estrutura quanto a velocidade de crescimento das árvores foram observadas por um sistema de microscópio digital, e a proporção de árvores foi introduzida para descrever as características de propagação da árvore elétrica.