14.1 Bevezetés

A szilikon gumi (SiR), mint alapvető szigetelőanyag, széles körben használatos porcelán és üveg szigetelők bevonására. A nagyfeszültségű egyenáram (HVDC) technológiát a leghatékonyabb és leggazdaságosabb megoldásnak tekintik a nagyfeszültségű, nagy kapacitású és nagy távolságra történő átvitelre és az energiahálózatok összekapcsolására . Kínában több ± 800 kV-os UHVDC átviteli vonalat helyeztek üzembe. A jobb szennyeződésállóság, hőmérséklet-ellenállás, elektromos szigetelés és rugalmasság miatt a SiR-t széles körben használják a HVDC átviteli vonalak szigetelőiben és kábelek tartozékaiban .

Minden előnye ellenére a SiR szenved a hosszú távú működés és a környezeti hatások miatt. A HVDC átviteli vonalakon még a jól megtervezett szigetelőkön is előfordulhat koronakisülés, amely töltést injektálhat a szigetelőfelületbe és jelentősen károsíthatja a szigetelőket . Jól ismert, hogy a töltésinjekció túlnyomórészt a kezdeti külső mezőeloszlástól függ. Egyenfeszültség alatt a töltések nagyobb valószínűséggel halmozódnak fel a szigetelő felületén az állandó elektrosztatikus tér miatt, mint váltakozó feszültség alatt. A töltések bizonyos ideig maradhatnak rajta, amelyet a bomlási folyamat hatékonysága határoz meg. A felületi töltések megléte korai szigetelési hibát okoz, és fontos szerepet játszik a felületi leégés kialakulásában . Arról is beszámoltak, hogy azonos térviszonyok mellett a szennyező anyagok felhalmozódása egyenfeszültség alatt 1,2-1,5-szer nagyobb, mint váltakozó feszültség alatt . Meg kell vizsgálni a SiR szigetelők teljesítményét egyenfeszültség alatt. Ha hosszú távú nedvességnek és súlyos szennyeződésnek van kitéve, a SiR hidrofóbitása tartósan elveszhet, ami vezetőképes film kialakulásához vezet a felületen . Így száraz sávú ívek keletkezhetnek, és nagy mennyiségű hő keletkezik. Mivel a SiR hővezető képessége nagyon alacsony, a hő a kisülési területen halmozódik fel, és nem tud gyorsan terjedni, ami fokozatosan a SiR lebomlását okozza, és további nyomon követést és eróziót idézhet elő. Különösen egyenfeszültség alatt, több szennyeződéssel, a vezetőképesség és a szivárgási áram magasabb, ami a SiR súlyosabb degradációját eredményezheti. A magas hőmérsékleten vulkanizált polimer SiR szigetelőkön végzett ferde síkú vizsgálatok kimutatták, hogy a nyomkövetés és az erózió súlyosabb pozitív egyenfeszültség alatt, mint váltakozó feszültség alatt. Emellett a tartozékok belsejében az elektromos mező nem olyan egyenletes, mint a tápkábel belsejében a bonyolult fizikai szerkezet miatt, és néhány, a gyártási folyamat során keletkezett hiba, például a nem egyenletes elektromos mező és a hibák dielektromos meghibásodást okozhatnak a tartozékokban. Az elektromos fa az elektromos mező fokozott pontjából indul, amelyet az üresség, a szennyeződések vagy a szabálytalan formák okozhatnak. Ez komoly veszélyt jelent a szigetelésre, és akár a szigetelés meghibásodását is okozhatja.

A SiR fizikai, kémiai, mechanikai és elektromos tulajdonságainak javítása érdekében a nanokompozit a közelmúltban jelentős figyelmet kapott. Venkatesulu és Thomas vizsgálta a nanokompozitok jó teljesítményét a nyomkövetés és az erózióállóság terén a gazdadielektrikum és a nanorészecskék közötti kölcsönhatás miatt . Korábbi tanulmányok kimutatták, hogy a nanorészecskék nagy hatással vannak a felületi töltés viselkedésére . Fleming et al. bemutatták az alacsony sűrűségű polietilén (LDPE) térkitöltési profiljának adatait, amelybe különböző nanorészecskéket építettek be . Kumara et al. megfigyelték, hogy a felvillanási feszültség szintje lineárisan változott a lerakott töltés mennyiségével mind pozitív, mind negatív töltés esetén . Számos kutató vizsgálta a SiR termikus problémáit és a nyomkövetéssel és erózióval szembeni ellenállását is. Az eredmények azt mutatták, hogy az anyagromlás a szivárgási áram nagyságának és annak az időnek a függvénye, amely alatt egy adott helyen száraz sávú ívképződés áll fenn . A helyszíni eredmények szerint az elektromos kisülés által aktivált termikus depolimerizáció a fő degradációs tényező a tengerparti környezetnek kitett SiR szigetelők esetében . Egy korrelációs vizsgálat kimutatta, hogy a timföld-trihidráttal (ATH) vagy szilícium-dioxiddal töltött SiR kompozitok erózióval szembeni ellenállása erősen korrelál a kompozit hővezető képességével . Az elektromos fásítás területén Chen és társai a tiszta epoxigyanták faindítási idejét vizsgálták, és megállapították, hogy a nanorészecskék képesek voltak növelni a faindítási időt . Tanaka et al. megállapította, hogy az alumínium-oxid nanotöltőanyagok hatékonyan elnyomták mind a faindulást, mind a terjedést .

A korábbi kutatási tevékenységek alapján ez a fejezet három tipikus SiR nanokompozitot és azok dielektromos tulajdonságait tárgyalja. A 14.2. szakaszban nano-bór-nitrid (BN) részecskéket kevernek RTV SiR-be, hogy SiR/BN nanokompozitokat kapjanak. A SiR/BN nanokompozitok követési és eróziós folyamatait egy szabványos ferde síkú vizsgálat alkalmazásával vizsgáltuk, azzal a különbséggel, hogy a táplált feszültség egyenáramú volt. A 14.3. szakaszban SiR/SiO2 nanokompozitokat tanulmányoztunk, és a kutatás a fluorozási idő és a nanorészecskék tömegarányának a SiR/SiO2 nanokompozitok felületi töltésére és DC flashover jellemzőire gyakorolt hatására összpontosít. A 14.4. szakaszban a SiR/SiO2 nanokompozitokra 50 Hz frekvenciájú váltakozó feszültséget alkalmaztunk elektromos fák beindítása érdekében, a hőmérséklet -30°C és -90°C között változott. A fák szerkezetét és növekedési sebességét is megfigyeltük egy digitális mikroszkópos rendszerrel, és bevezettük a fásodási arányt az elektromos fák terjedési jellemzőinek leírására.