Avaliação de recobrimento de silicone em isoladores de vidro para redes elétricas de alta tensão

Abstract

Resumo: Os isoladores desempenham papel fundamental nas redes de transmissão de energia elétrica, são duas funções principais: isolamento elétrico e sustentação dos cabos. Para desempenhar ambas as funções o material deve possuir propriedades dielétricas e resistência mecânica adequada, como por exemplo o vidro. Grande parte das falhas relacionadas aos isoladores de vidro é a perda das propriedades de isolamento, devido a processos de descargas elétricas superficiais, que fazem com que haja falhas no isolador e possíveis desligamentos e/ou falhas nas redes de transmissão. As falhas causadas por descargas elétricas estão, em sua grande maioria, relacionadas à deposição de poluentes, materiais particulados condutores, que fazem com que se forme uma camada condutiva na superfície dos isoladores de vidro. Essa deposição ocorre devido à alta afinidade da superfície do vidro com as moléculas de água, que são explicadas pela formação de interações do tipo pontes de hidrogênio entre a água e átomos de oxigênio presentes na estrutura molecular do vidro. Como alternativa para minimizar a adesão e formação da camada condutiva superficial, se tem utilizado a aplicação de recobrimentos (coatings) à base de materiais poliméricos que fazem com que a superfície se torne mais hidrofóbica, diminuindo assim a energia da superfície. Foram avaliadas três formulações comerciais à base de borracha de silicone com potencial para aplicação em forma de recobrimento de isoladores de vidro utilizados em redes de transmissão. As seguintes técnicas foram utilizadas para caracterização dos compostos: FTIR, EDS, TGA, DSC, grau de inchamento, MEV, AFM e hidrofobicidade. Pela caracterização inicial, a partir dos testes citados anteriormente, observou-se que os materiais apresentam como polímero base o polidimetilsiloxano (PDMS), porém com diferentes concentrações de polímero, diferente grau de entrecruzamento e diferentes cargas adicionadas à formulação. Após os períodos de envelhecimento artificial acelerado todos os materiais apresentaram diminuição do teor de material polimérico devido aos processos de degradação em que ocorre a perda dos grupos laterais CH3 e aumento da hidrofobicidade devido às mudanças na rugosidade superficial. Palavras-chave: borracha de silicone, isoladores, vidro, hidrofobicidade, degradação.

Abstract: The insulators play a fundamental part in the transmission lines and have two major functions: electrical insulation and support of the energy cable. To develop this both works the material may have excellent dielectrics properties and mechanical resistance, for example glass materials. Most part of the failures with the glass insulators are about the loss of dielectrics properties, because superficial electrical discharges, this leads to insulators failures or unexpected shutdowns on the transmission lines and with the electric distribution. Those failures are related, in the most part of the cases, with the deposition of conductive solid particulates materials on the insulators surface leading to a conductive layer. This deposition occurs because the high interaction between the glass surface and water molecules, this could be explained by the hydrogen bonds that happens with the oxygen and hydrogen atoms. The alternative that is being used to minimize this adhesin and formation of a conductive layer is the application of a coating, on the insulator surface, based on polymeric material that makes the surface more hydrophobic, decreasing the surface energy. Three commercial products, based of silicone rubber with potential application as insulator coating for transmission lines insulator, were tested. The following methods were used to do the materials characterization: FTIR, EDS, TGA, DSC, degree of swelling, SEM, AFM and hydrophobicity. Based on the initial characterization, it was observed that the materials present as polydimethylsiloxane (PDMS), but with different concentrations of polymer, different degree of cross-linking and different fillers added to the formulation. After the periods of accelerated artificial aging, all the materials presented a decrease in the polymer material content due to the degradation processes in which the loss of the CH3 side groups occurs and increase the hydrophobicity due to the changes in surface roughness. Keywords: silicone rubber, insulators, glass, hydrophobicity, degradation.