14.1 Introduktion

Silikongummi (SiR) har som ett grundläggande isoleringsmaterial använts i stor utsträckning för att belägga isolatorer av porslin och glas. Högspänd likströmsteknik (HVDC) anses vara den mest effektiva och ekonomiska lösningen för högspänning, stor kapacitet och långdistansöverföring och sammankoppling av kraftnät . Flera ±800 kV UHVDC-överföringsledningar har tagits i drift i Kina. På grund av bättre motståndskraft mot föroreningar, temperaturbeständighet, elektrisk isolering och elasticitet används SiR i stor utsträckning i isolatorer och kabeltillbehör för HVDC-överföringsledningar.

Trots alla fördelar lider SiR av långsiktiga drifts- och miljöeffekter. I HVDC-överföringsledningar kan koronaurladdning förekomma även på välkonstruerade isolatorer, vilket kan injicera laddning i isolatorytan och avsevärt skada isolatorerna. Det är välkänt att laddningsinjektion främst är beroende av den initiala externa fältfördelningen. Vid likspänning är det mer sannolikt att laddningarna ackumuleras på isolatorytan på grund av det konstanta elektrostatiska fältet än vid växelspänning. Laddningarna kan stanna kvar på den under en viss tid som bestäms av effektiviteten i nedbrytningsprocessen. Förekomsten av ytladdningar orsakar tidiga isoleringssvårigheter och spelar en viktig roll vid utvecklingen av ytflashover . Det har också rapporterats att med samma fältförhållanden är ackumuleringen av föroreningar under likspänning 1,2-1,5 gånger så stor som under växelspänning . Det är nödvändigt att undersöka prestandan hos SiR-isolatorer vid likspänning. När SiR utsätts för långvarig fukt och kraftig förorening kan dess hydrofobicitet gå förlorad under långvariga perioder, vilket kommer att leda till att en ledande film utvecklas på ytan. Det kan därför uppstå torra bågar och en stor mängd värme genereras. Eftersom SiR:s värmeledningsförmåga är mycket låg ackumuleras värmen i urladdningsområdet och kan inte spridas snabbt, vilket gradvis kommer att leda till nedbrytning av SiR och ytterligare kan leda till spårning och erosion . Särskilt under likspänning, med fler föroreningar, är konduktiviteten och läckströmmen högre, vilket kan leda till allvarligare nedbrytning av SiR. Tester med lutande plan på polymera högtemperaturvulkaniserade SiR-isolatorer har visat att spårning och erosion är allvarligare vid positiv likspänning än vid växelspänning. Dessutom är det elektriska fältet i tillbehören inte lika jämnt som i kraftkabeln på grund av dess komplicerade fysiska struktur, och vissa fel som uppstår under tillverkningsprocessen, t.ex. ojämnt elektriskt fält och defekter, kan orsaka dielektriska fel i tillbehören. Det elektriska trädet initieras från den förstärkta punkten av det elektriska fältet som kan orsakas av tomrum, orenheter eller oregelbundna former . Det är ett allvarligt hot mot isoleringen och kan till och med orsaka isoleringsbrott.

För att förbättra SiR:s fysikaliska, kemiska, mekaniska och elektriska egenskaper har nanokompositen nyligen fått stor uppmärksamhet. Venkatesulu och Thomas har undersökt god prestanda för spårnings- och erosionsbeständighet hos nanokompositer på grund av interaktionen mellan värddielektrikumet och nanopartiklarna . Tidigare studier visade att nanopartiklar har en stor effekt på ytladdningsbeteendet . Fleming et al. har presenterat data om rymdladdningsprofilen för polyeten med låg densitet (LDPE) i vilken olika nanopartiklar har införlivats . Kumara et al. har observerat att spänningsnivån vid övertändning varierade linjärt med mängden deponerad laddning för både positiv och negativ laddning . Många forskare har också undersökt de termiska problemen och SiR:s motståndskraft mot spårning och erosion. Resultaten har visat att materialnedbrytningen är en funktion av storleken på läckströmmen och den tid under vilken torra bågar existerar på en viss plats. Enligt resultaten på fältet är termisk depolymerisering som aktiveras av elektrisk urladdning den viktigaste nedbrytningsfaktorn för SiR-isolatorer som utsätts för en kustmiljö . En korrelationsstudie har visat att motståndskraften mot erosion hos SiR-kompositer, fyllda med aluminiatrihydrat (ATH) eller kiseldioxid, är starkt korrelerad med kompositens värmeledningsförmåga . När det gäller elektrisk trädfällning undersökte Chen et al. trädfällningstiden för rena epoxihartser och fann att nanopartiklar kunde öka trädfällningstiden . Tanaka et al. fann att nanofyllmedel av aluminiumoxid var effektiva när det gällde att undertrycka både trädets initiering och utbredning .

På grundval av all tidigare forskning diskuteras i detta kapitel tre typiska SiR-nanokompositer och deras dielektriska egenskaper. I avsnitt 14.2 blandas nanopartiklar av boronnitrid (BN) i RTV SiR för att erhålla SiR/BN-nanokompositer. Spårnings- och erosionsprocesserna för SiR/BN-nanokompositerna studerades med hjälp av ett standardprov med lutande plan, med det undantaget att den tillförda spänningen var likström. I avsnitt 14.3 studeras SiR/SiO2-nanokompositer och forskningen är inriktad på effekterna av fluorineringstid och massfraktion av nanopartiklar på ytladdning och DC-flashoveregenskaper hos SiR/SiO2-nanokompositer. I avsnitt 14.4 applicerades växelspänning med frekvensen 50 Hz på SiR/SiO2-nanokompositerna för att initiera elektriska träd med en temperatur som varierade från -30 °C till -90 °C. Både trädens struktur och tillväxthastighet observerades med ett digitalt mikroskopsystem, och trädets proportioner infördes för att beskriva de elektriska trädens utbredningsegenskaper.