Fabricación de silicones y compósitos ferroeléctrico-silicón para aplicaciones de alto voltaje en corriente directa

Abstract

RESUMEN: Aunque los aisladores poliméricos son relativamente nuevos como aislamiento externo de alta tensión, su expectativa de vida todavía es desconocida y es un tema de gran interés para los servicios públicos. Sin embargo, sus ventajas sobre los aisladores de porcelana y de vidrio los han hecho aún más atractivos. Una propiedad con la que deben contar estos aisladores es la resistencia a las descargas parciales sobre la superficie, ya que estas causan la degradación de los aisladores no cerámicos en forma de seguimiento eléctrico y erosión del material. Para mejorar las propiedades de los aisladores poliméricos se agregan partículas de cerámica de diversos tipos, los cuales son llamados rellenos. El BaTiO3 es uno de los materiales ferroeléctricos de alta permitividad que puede incrementar la constante dieléctrica de todo el aislador, mejorando así el perfil de gradientes de campo eléctrico del cuerpo del aislador. En este trabajo se elaboraron compósitos de Polidimetilsiloxano o hule silicón, entrecruzado a temperatura ambiente con 0%, 5%, 10%, 15%, 20% y 25% en peso de BaTiO3 como relleno. Estas piezas fueron sometidas a la prueba de plano inclinado (ASTM-D2303-13) en corriente directa (CD) y corriente alterna (CA). El uso de CD en nuestro país se contempla para incrementar la capacidad de transmisión en el sistema eléctrico nacional, ya que presenta ventajas tales como: mayor capacidad de conducción, mejor estabilidad del sistema y disminución del derecho de vía, entre otras. También se fabricaron láminas de Sol-Gel con PDMS de diferentes viscosidades, se usaron las viscosidades de 25 cSt, 60 cSt, 65 cSt y de 90-150 cSt, con el propósito de observar la influencia del peso molecular del polímero sobre el desempeño eléctrico. Se observó que las muestras de silicón con menor peso molecular presentan mayor resistividad. Las muestras de silicón elaboradas por sol-gel resultaron tener poca resistencia mecánica, por lo que no se les hizo la prueba de plano inclinado. Durante la prueba de plano inclinado se formaron surcos en las muestras de compósitos y se observó que entre mayor contenido de BT, menor es la resistencia a la erosión por descargas parciales. Esto se observó tanto en pruebas de CA como de CD. También fue notorio, que las pruebas CD dañaron más las pruebas comparadas con las pruebas de CA, esto todavía no es claro por los científicos, pero ya en pruebas anteriores se ha notado esta situación, puede ser porque en CD se acumula mayor contaminación que en CA, por ello el objetivo fabricar aisladores poliméricos con buenas propiedades no conductoras.

ABSTRACT: Although polymeric insulators are relatively new as external high voltage insulation, their life expectancy is still unknown and is a topic of great interest for public services. However, its advantages over porcelain and glass insulators have made them even more attractive. A property that these insulators must have is the resistance to surface discharges, since these cause the degradation of nonceramic insulators in the form of electrical monitoring and erosion of the material. To improve the properties of the polymeric insulators, some ceramic particles are added in the form of fillers. BaTiO3 (Barium titanate or BT) is a ferroelectric material which shows high permittivity and it can increase the permittivity of the whole piece. This increase in permittivity produces in turn, a better profile of gradients in the electric field along the insulator body. At the end, the endurance of the insulator can be improved. In this work, composites of Polydimethyl siloxane or silicone rubber, crosslinked at room temperature, were fabricated, added with 0, 10, 15, 20 and 25 weight percent of BaTiO3 as filler. Samples were submited to inclined plane tests (ASTM-D230313) in both, DC and AC regimes. The use of DC transmission lines has been considered for increasing the transmission capability of the national electric grid, this kind of regime has some advantages such capacity of transmission, better stability, reduction in the payment for the use of the via, etc. Sol-Gel sheets with PDMS (Polydimethylsiloxane) of different viscosities were also manufactured, the viscosities of 25 cSt, 60 cSt, 65 cSt and 90-150 cSt were used, these organic polymer sheets were made to see their electrical properties as function of the molecular weight. It was observed that samples with lower molecular weight presented the highest value of resistivity. Sol-Gel samples had low mechanical resistance so inclined plane tests could not be applied. During the inclined plane tests, tracking was formed and it was observed that the higher the BT contain the lower the resistance to erosion bay partial discharges. This behavior was observed in both, DC and AC regimes. It was noted also, that the damage in the DC regime was more severe than in the AC regime.