14.1 Introducere

Cauciuc siliconic (SiR), ca material izolator de bază, a fost utilizat pe scară largă pentru a acoperi izolatori din porțelan și sticlă. Tehnologia curentului continuu de înaltă tensiune (HVDC) este considerată ca fiind cea mai eficientă și economică soluție pentru transportul de înaltă tensiune, de mare capacitate și pe distanțe lungi, precum și pentru interconectarea rețelelor electrice . Mai multe linii de transmisie UHVDC de ±800 kV au fost puse în funcțiune în China. Datorită rezistenței mai bune la contaminare, rezistenței la temperatură, izolației electrice și elasticității, SiR este utilizat pe scară largă în izolatori și accesorii de cablu pentru liniile de transmisie HVDC .

În ciuda tuturor avantajelor, SiR suferă de efectele funcționării pe termen lung și ale mediului. În liniile de transmisie HVDC, ar putea apărea descărcări corona chiar și pe izolatori bine concepuți, ceea ce poate injecta sarcină în suprafața izolatorului și deteriora semnificativ izolatorii . Este bine cunoscut faptul că injecția de sarcină depinde în mod predominant de distribuția inițială a câmpului extern . Sub tensiune continuă, este mai probabil ca sarcinile să se acumuleze pe suprafața izolatorului din cauza câmpului electrostatic constant, în comparație cu cea sub tensiune alternativă. Sarcinile pot rămâne pe aceasta pe o anumită perioadă determinată de eficiența procesului de dezintegrare. Existența sarcinilor la suprafață determină cedarea timpurie a izolației și joacă un rol important în timpul dezvoltării flashover-ului de suprafață . De asemenea, s-a raportat că, în aceleași condiții de câmp, acumularea de poluanți sub tensiune continuă este de 1,2-1,5 ori mai mare decât cea sub tensiune alternativă . Este necesar să se investigheze performanța izolatorilor SiR sub tensiune continuă. Atunci când este expus la umiditate pe termen lung și la o contaminare severă, hidrofobicitatea SiR poate fi pierdută pentru perioade susținute, ceea ce va duce la dezvoltarea unei pelicule conductoare pe suprafață . Astfel, se poate produce un arc electric în bandă uscată și se va genera o cantitate mare de căldură. Deoarece conductivitatea termică a SiR este foarte scăzută, căldura este acumulată în zona de descărcare și nu se poate răspândi rapid, ceea ce va cauza treptat degradarea SiR și poate induce în continuare urmărirea și eroziunea . În special sub tensiune continuă, cu mai mulți contaminanți, conductivitatea și curentul de scurgere sunt mai mari, ceea ce poate duce la o degradare mai severă a SiR. Testele în plan înclinat asupra izolatorilor polimerici SiR vulcanizați la temperaturi ridicate au arătat că urmărirea și eroziunea sunt mai severe sub tensiune continuă pozitivă decât sub tensiune alternativă . În plus, câmpul electric din interiorul accesoriilor nu este la fel de uniform ca cel din interiorul cablului de alimentare din cauza structurii sale fizice complicate, iar unele defecte aduse în timpul procesului de fabricație, cum ar fi câmpul electric neuniform și defectele, pot provoca defecțiuni dielectrice în interiorul accesoriilor . Arborele electric este inițiat din punctul sporit al câmpului electric care poate fi cauzat de vid, impurități sau forme neregulate . Este o amenințare serioasă la adresa izolației și poate provoca chiar ruperea izolației.

Pentru a îmbunătăți proprietățile fizice, chimice, mecanice și electrice ale SiR, nanocompozitul a atras recent o atenție considerabilă. Venkatesulu și Thomas au investigat performanțele bune privind urmărirea și rezistența la eroziune a nanocompozitelor datorită interacțiunii dintre dielectricul gazdă și nanoparticule . Studiile anterioare au arătat că nanoparticulele au un efect mare asupra comportamentului sarcinii de suprafață . Fleming et al. au prezentat datele privind profilul sarcinii spațiale a polietilenei de joasă densitate (LDPE) în care au fost încorporate diferite nanoparticule . Kumara et al. au observat că nivelul tensiunii de aprindere instantanee a variat liniar cu cantitatea de sarcină depusă atât pentru încărcarea pozitivă, cât și pentru cea negativă . Mulți cercetători au investigat, de asemenea, problemele termice și rezistența la urmărire și eroziune a SiR. Rezultatele au arătat că degradarea materialului este o funcție de magnitudinea curentului de scurgere și de timpul pentru care există arcul în bandă uscată într-un anumit punct . Conform rezultatelor din teren, depolimerizarea termică activată de descărcarea electrică este principalul factor de degradare pentru izolatorii SiR expuși la un mediu costier . Un studiu de corelație a arătat că rezistența la eroziune a compozitelor SiR, umplute cu trihidrat de alumină (ATH) sau cu silice, este strâns corelată cu conductivitatea termică a compozitului . În domeniul arborescenței electrice, Chen et al. au investigat timpul de inițiere a arborescenței în cazul rășinilor epoxidice pure și au constatat că nanoparticulele au fost capabile să crească timpul de inițiere a arborescenței . Tanaka et al. au descoperit că nanofillerii de alumină au fost eficienți în suprimarea atât a inițierii cât și a propagării arborelui .

Pe baza tuturor activităților de cercetare anterioare, acest capitol analizează trei nanocompozite SiR tipice și proprietățile lor dielectrice. În secțiunea 14.2, nanoparticulele de nitrură de boro (BN) sunt amestecate în RTV SiR pentru a obține nanocompozite SiR/BN. Procesele de urmărire și eroziune ale nanocompozitelor SiR/BN au fost studiate prin utilizarea unui test standard pe plan înclinat, cu excepția faptului că tensiunea furnizată a fost de curent continuu. În secțiunea 14.3, se studiază nanocompozitele SiR/SiO2, iar cercetarea se concentrează pe efectele timpului de fluorinare și ale fracției masice de nanoparticule asupra încărcăturii de suprafață și a caracteristicilor de flashhover în curent continuu ale nanocompozitelor SiR/SiO2. În secțiunea 14.4, tensiunea de curent alternativ cu frecvența de 50 Hz a fost aplicată pe nanocompozitele SiR/SiO2 pentru a iniția arbori electrici cu temperatura cuprinsă între -30°C și -90°C. Atât structura, cât și viteza de creștere a arborilor au fost observate cu ajutorul unui sistem de microscop digital, iar proporția de arborizare a fost introdusă pentru a descrie caracteristicile de propagare a arborilor electrici.

.