Модифікація характеристик ізоляції кабелів для АЕС з використанням нанокомпозитів
ARTICLE PDF

Ключові слова

XLPE, нанонаповнювачі, ізоляція кабелів, електричні та механічні властивості

Як цитувати

El-Sayed Soliman, A. S., El Saeed Abdul, E.-A. O., Reda Ezz-eldin, M., Howayda, G. A. T., & Walaa, A.-E. E.- kattan. (2019). Модифікація характеристик ізоляції кабелів для АЕС з використанням нанокомпозитів. Ядерна та радіаційна безпека, (3(83), 75-82. https://doi.org/10.32918/nrs.2019.3(83).09

Анотація

На сьогоднішній день термін експлуатації атомних електростанцій (АЕС) може бути продовжений до 80 років. Це дозволяє рекомендувати модифікацію деяких властивостей ізоляції із просторово-зшитого поліетилену (XLPE). Ця робота представлявляє собою лабораторну версію нанонаповнювачів з кремнезему (SiO2) та глини для посилення ізоляції кабелів. Випробувано та виміряно об'ємний опір, ємність, діелектричні втрати, міцність при розтягуванні та відносне подовження нанорозмірних зразків. Окрім того, вимірювання були проведені для модифікованих зразків складу XLPE/SiО2 і XLPE/глина при адитивній концентрації 1, 2, 5, 4 і 5 масових відсотків (мас. %). Офіційно задокументовані результати засвідчили набагато кращу електроізоляцію кабелів та підвищені фізико-механічні властивості. Об’ємний опір поліпшився до  205% і 189% відповідно для зразків складу XLPE/SiO2 та XLPE/глина. Аналітичні розрахунки узгоджуються з експериментальними результатами.

https://doi.org/10.32918/nrs.2019.3(83).09
ARTICLE PDF

Посилання

1. York, Robert Jonathan, Joseph Benjamin Ulrich, Grant Murphy, and Daniel George Prather. (2015). Mitigation of aging in low voltage power cables in nuclear power plants.

2. IAEA 2018. Going long term: US nuclear power could extend operating life to 80 years. In search of extendable conditions for cable environmental qualification in nuclear power plants. Journal of Nuclear Science and Technology. 53.11, pp. 1735-1741.

3. Yaacob, M. M., Kamaruddin, N., Mazlan, N. A., Noramat, N. F., Aman, A., Alsaedi, M. A. (2012). Electrical characteristics of polyvinyl chloride with wollastonite filler for high voltage outdoor insulation material. Jurnal Teknologi, 64, No. 4.

4. Sharma, A. L., Awalendra K. Thakur. (2010). Improvement in voltage, thermal, mechanical stability and ion transport properties in polymer‐clay nanocomposites. Journal of applied polymer science. 118, No. 5, pp. 2743-2753.

5. Pleşa, Ilona, et al. (2016). Properties of polymer composites used in high-35*8789 voltage applications. Polymers, 8.5, 173.

6. Fréchette, Michel F., Clive W. Reed. (2006). On molecular dielectrics in their role in shaping and controlling nanodielectrics. Electrical Insulation and Dielectric Phenomena, 2006 IEEE Conference, pp. 333-337.

7. Nelson, J.K. (2010). Background, principles and promise of nanodielectrics. In Dielectric Polymer Nanocomposites, Springer, New York, USA, pp. 1-30

8. Pleşa, Ilona, et al. (2016). Properties of polymer composites used in high-voltage applications. Polymers, 8.5, 173.

9. Tanaka, T., Montanari, G.C., Mülhaupt, R. (2004). Polymer nanocomposites as dielectrics and electrical insulation. Perspectives for processing technologies, material characterization and future applications, IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul. 11, pp. 763–784.

10. Tanaka, T., Bulinski, A., Castellon, J., Frechette, M., Gubanski, S., Kindersberger, J., Montanari, G.C., Nagao, M., Morshuis, P., Tanaka, Y., et al. (2011). Dielectric properties of XLPE/SiO2 nanocomposites based on CIGRE WG D1.24 cooperative test results. IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul. 18, pp. 1482-1517.

11. S. Peng, J. He, J. Hu, X. Huang, Jiang, P. (2015). Influence of functionalized MgO nanoparticles on electrical properties of polyethylene nanocomposites. IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul., V. 22, No. 3, pp. 1512-1519.

12. Roy, M., Nelson, J.K., MacCrone, R.K., Schadler, L.S., Reed, C.W., Keefe, R. (2005). Polymer nanocomposite dielectrics - the role of the interface. IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul., 12, pp. 629-643,

13. Khodaparast, P., Ounaies, Z. (2013). On the impact of functionalization and thermal treatment on dielectric behavior of low content TiO2/PVDF nanocomposites. IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul., V. 120, No. 1, pp. 166-176.

14. Gonzalez, N., Custal, M. D., Lalaouna, A., Riba, J., Armelin, E. (2016). Improvement of dielectric properties of natural rubber by adding perovskite nanoparticles. European Polymer Journal, V. 75, pp. 210-222.

15. Przybytniak, G., J. Boguski, V. Placek, L. Verardi, D. Fabiani, Erik Linde, and Ulf W. Gedde. (2015). Inverse effect in simultaneous thermal and radiation aging of EVA insulation. Express Polymer Letters, 9, No. 4.

16. Nelson J. K. and Fothergill J. C. (2004). Internal charge behavior in nanocomposites. Nanotechnology, V. 15, No. 5, pp. 586-595.

17. Fothergill, J. C. (2007). Ageing, space charge and nanodielectrics: Ten things we don't know about dielectrics. IEEE International Conference on Solid Dielectrics, Winchester, pp. 1-10.

18. Yan, Long, Zhisheng Xu, and Xinghua Wang. (2017).‏ Influence of nano-silica on the flame retardancy and smoke suppression properties of transparent intumescent fire-retardant coatings. Progress in Organic Coatings, 112, pp. 319-329.

19. Wei, Ping, et al. (2006). ‏Synergistic flame retardant effect of SiO2in LLDPE/EVA/ATH blends. Journal of fire sciences, 24.6, pp. 487-498.

20. Tai Q, Yuen RKK, Song L, Hu Y. (2012). A novel polymeric flame retardant and exfoliated clay nanocomposites: Preparation and properties. Chemical Engineering Journal, 183, 542.

21. Hu, Yuan, et al. (2014). Polymer/layered compound nanocomposites: a way to improve fire safety of polymeric materials. Fire Safety Science, 11, pp. 66-82.

22. Moisala, A., Li, Q., Kinloch, I. A., Windle, A. H. (2006). Thermal and electrical conductivity of single- and multi-walled carbon nanotubeepoxy composites. Composites Science and Technology, 66, pp. 1285-1288.

23. Chunyang Li, Hong Zhao, Hui Zhang, Ying Wang. (2018). The role of inserted polymers in polymeric insulation materials: insights from QM/MD simulations. Springer-Verlag GmbH Germany, part of Springer Nature.

24. Jayanthi, P., Pugazhendhi Sugumaran, C. (2013). Analysis on electrical and mechanical properties of cable insulation with nano composites. Department of High Voltage Engineering, College of Engineering Guindy, India.

25. Thenthiruppathi, T., Harish, R.K., Ramkumar R. (2014). Analysis on Dielectric and Mechanical Properties of Power Cable with Nano Composites. Teaching Fellow, Department of Electrical & Electronics Engineering, India.

26. Tai Q, Yuen RKK, Song L, Hu Y. (2012). A novel polymeric flame retardant and exfoliated clay nanocomposites: preparation and properties. Chemical Engineering Journal, 183, 542.

27. Ahmed Dabbak, Sameh, et al. (2018). ‏Electrical properties of polyethylene/polypropylene compounds for high-voltage insulation. Energies. 11.6, pp. 1448.