Polymeric Insulators With Enhanced Performance: A Study On Polyester Resin Additives

Öz

Power system reliability and sustainability are significantly influenced by the performance of insulation materials. Polymeric insulators, particularly polyester resin, offer promising alternatives to traditional ceramic and glass insulators. This study investigates the potential of enhancing the electrical and hydrophobic properties of polyester resin through the incorporation of various additives. Five different additive materials (boron oxide, boric acid, borax pentahydrate, silicon carbide, and alumina) were added to polyester resin at three distinct concentrations The resulting composite materials were subjected to two rigorous tests: the inclined plane test (IEC 587) to evaluate electrical durability and the hydrophobicity test to assess water resistance. The study revealed that the addition of 2% boric acid yielded the most significant improvement in electrical durability compared to pure polyester resin. However, the hydrophobicity tests indicated a decrease in contact angle for all doped samples, suggesting a potential trade-off between electrical and hydrophobic properties. A key innovation of this research lies in the utilization of large-sized, unique additive materials. These findings contribute to the development of advanced polymeric insulators with enhanced performance, thereby promoting the reliability and sustainability of power systems.

Anahtar Kelimeler

• Insulator
• sustainability
• inclined plane test
• hydrophobicity test
• polyester resin.

Geliştirilmiş Performansa Sahip Polimerik İzolatörler: Polyester Reçine Katkı Maddeleri Üzerine Bir Çalışma

Öz

Güç sistemlerinin güvenilirliği ve sürdürülebilirliği, izolatör malzemelerinin performansından önemli ölçüde etkilenmektedir. Polimerik izolatörler, özellikle polyester reçine, geleneksel seramik ve cam izolatörlere umut verici alternatifler sunmaktadır. Bu çalışma, çeşitli katkı maddelerinin polyester reçineye eklenmesiyle elektriksel ve hidrofobik özelliklerin geliştirilme potansiyelini araştırmaktadır. Beş farklı katkı malzemesi (bor oksit, borik asit, boraks pentahidrat, silisyum karbür ve alümina), polyester reçineye üç farklı oranda eklenmiştir. Elde edilen kompozit malzemeler iki kapsamlı teste tabi tutulmuştur: elektriksel dayanımı değerlendirmek için eğik düzlem testi (IEC 587) ve suya dayanımı değerlendirmek için hidrofobiklik testi uygulanmıştır. Çalışma sonuçları, %2 oranında borik asit ilavesinin saf polyester reçineye kıyasla elektriksel dayanımda en belirgin iyileşmeyi sağladığını göstermiştir. Ancak hidrofobiklik testleri, katkı eklenen tüm numunelerde temas açısının azaldığını ortaya koymuş ve bu durum elektriksel özellikler ile hidrofobik özellikler arasında olası bir ödünleşim olduğunu göstermiştir. Bu araştırmanın temel yeniliği, büyük boyutlu ve özgün katkı malzemelerinin kullanılmasıdır. Elde edilen bulgular, gelişmiş performansa sahip ileri düzey polimerik izolatörlerin geliştirilmesine katkı sağlayarak güç sistemlerinin güvenilirliği ve sürdürülebilirliğini desteklemektedir.

Anahtar Kelimeler

• İzolatör
• sürdürülebilirlik
• eğik düzlem testi
• hidrofobiklik testi
• polyester reçine.

Kaynakça

1. Uğur, M. (1997). Modelling and analysis of surface tracking phenomena of solid insulating materials. PhD Thesis, University of Manchester.
2. Stocks, S. (1996). Synopsis-standardisation of test procedures for non-ceramic insulation. IEE Colloquium on Review of Outdoor Insulation Materials, pp. 7/1–7/3.
3. Park, S. J., & Seo, M. K. (2011). Interface Science and Composites (1st ed.). Academic Press, USA.
4. Davis, K. (2010). Material review: Alumina (Al₂O₃). School of Doctoral Studies (European Union) Journal, pp. 109–114.
5. Sohor, M. H., Mustapha, M., & Kurnia, C. J. Silicon carbide-from synthesis to application: A review. MATEC Web of Conferences.
6. Izhevskyi, A. V., Genova, A. L., Bressiani, C. J., & Bressiani, A. H. A. (2000). Silicon carbide: Structure, properties and processing. Ceramica, 46(297).
7. Ediz, N., & Özdağ, H. (2001). Bor mineralleri ve ekonomisi. Journal of Science and Technology of Dumlupınar University, (002), 133–151.
8. Uğur, M., Kuntman, A., & Ersoy, A. Geliştirilmiş Weibull istatistiği ile polimerik yalıtkanların yaşlanma sürecinin incelenmesi. Elektrik-Elektronik-Bilgisayar Mühendisliği Sempozyumu, Bursa, Türkiye, pp. 125–129.

9. IEC 60587 (2007). Electrical insulating materials used under severe ambient conditions – Test methods for evaluating resistance to tracking and erosion.
10. Uzunoğlu, C. P. (2005). Polimerik yalıtkanlardaki kaotik yüzeysel aşınımların Brown hareketi ile modellenmesi. Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.
11. Karhan, M., Çakır, M. F., Arslan, Ö., Issı, F., & Eyüpoğlu, V. (2021). Effect of electric field on contact angle and droplet shape in XLPE dielectric materials. Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 36(3), 1747–1759.
12. Yan, Z., Liang, X., Shen, H., & Liu, Y. (2017). Preparation and basic properties of superhydrophobic silicone rubber with micro-nano hierarchical structures formed by picosecond laser-ablated template. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 24(3), 1743–1750.
13. Gubanski, S. M., & Vlastos, A. E. (1990). Wettability of naturally aged silicon and EPDM composite insulators. IEEE Transactions on Power Delivery, 5(3), 1527–1535.
14. Fayad, M. A., & Dhahad, H. A. (2021). Effects of adding aluminum oxide nanoparticles to butanol-diesel blends on performance, particulate matter, and emission characteristics of diesel engine. Fuel, 286, 119363.
15. İlhan, R., & Feyzullahoğlu, E. (2019). Cam elyaf takviyeli polyester (CTP) kompozit malzemelerde kullanılan doğal elyaflar ve dolgu maddeleri. El-Cezerî Fen ve Mühendislik Dergisi, 6(2), 355–381.
16. Ediz, N., & Özdağ, H. (2001). Bor mineralleri ve ekonomisi. Journal of Science and Technology of Dumlupınar University, (002), 133–151.
17. Nişancı, S. (2021). Katkı maddelerinin polyesterin elektriksel özelliklerine etkisi. Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa Lisansüstü Eğitim Enstitüsü.
18. Karhan, M. (2021). Experimental investigation of wettability and evaporation for the surface of PMMA dielectric material used in high-voltage applications and outdoor electrical applications. Applied Physics A, 127(6), 1–11.
19. Kaundal, R., Patnaik, A., & Satapathy, A. (2012). Effect of SiC particulate on short glass fiber reinforced polyester composite in erosive wear environment. Walailak Journal of Science and Technology, 9(1), 49–64.
20. Kumar, V., Lakshminarayanan, N., & Dubey, P. C. (2015). A comprehensive study on impact and dynamic mechanical properties of silicon carbide (SiC) filled glass fabric reinforced polyester (G-P) nanocomposites. Journal of Chemical and Pharmaceutical Sciences, 9, 299–305.
21. Ersoy, A. (2007). Elektriksel yalıtım sistemlerinde kullanılan polimerik izolatörlere bor katkısı ve elektriksel özelliklerinin incelenmesi. Doktora Tezi, İstanbul Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.