The effect of SiO2 microparticle concentration on the electrical and thermal properties of silicone rubber for electrical insulation applications
Introduction. Polymeric insulators, first developed in the 1950s, have since seen substantial advancements in both design and manufacturing, making them increasingly appealing to users and manufacturers in the electrical industry. Extensive testing in both laboratory and outdoor environments has con...
Gespeichert in:
| Datum: | 2025 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | English |
| Veröffentlicht: |
National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and Аnatolii Pidhornyi Institute of Power Machines and Systems of NAS of Ukraine
2025
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://eie.khpi.edu.ua/article/view/312620 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Electrical Engineering & Electromechanics |
Institution
Electrical Engineering & Electromechanics| id |
eiekhpieduua-article-312620 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Electrical Engineering & Electromechanics |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2025-05-01T21:16:03Z |
| collection |
OJS |
| language |
English |
| topic |
dielectric strength silicone rubber micron-sized silica dioxide thermal behavior neural network |
| spellingShingle |
dielectric strength silicone rubber micron-sized silica dioxide thermal behavior neural network Ahmed, Z. Nasrat, L. S. Rihan, M. The effect of SiO2 microparticle concentration on the electrical and thermal properties of silicone rubber for electrical insulation applications |
| topic_facet |
діелектрична міцність силіконова гума діоксид кремнію мікророзміру термічна поведінка нейронна мережа dielectric strength silicone rubber micron-sized silica dioxide thermal behavior neural network |
| format |
Article |
| author |
Ahmed, Z. Nasrat, L. S. Rihan, M. |
| author_facet |
Ahmed, Z. Nasrat, L. S. Rihan, M. |
| author_sort |
Ahmed, Z. |
| title |
The effect of SiO2 microparticle concentration on the electrical and thermal properties of silicone rubber for electrical insulation applications |
| title_short |
The effect of SiO2 microparticle concentration on the electrical and thermal properties of silicone rubber for electrical insulation applications |
| title_full |
The effect of SiO2 microparticle concentration on the electrical and thermal properties of silicone rubber for electrical insulation applications |
| title_fullStr |
The effect of SiO2 microparticle concentration on the electrical and thermal properties of silicone rubber for electrical insulation applications |
| title_full_unstemmed |
The effect of SiO2 microparticle concentration on the electrical and thermal properties of silicone rubber for electrical insulation applications |
| title_sort |
effect of sio2 microparticle concentration on the electrical and thermal properties of silicone rubber for electrical insulation applications |
| title_alt |
The effect of SiO2 microparticle concentration on the electrical and thermal properties of silicone rubber for electrical insulation applications |
| description |
Introduction. Polymeric insulators, first developed in the 1950s, have since seen substantial advancements in both design and manufacturing, making them increasingly appealing to users and manufacturers in the electrical industry. Extensive testing in both laboratory and outdoor environments has consistently demonstrated that polymeric insulators outperform traditional porcelain and glass counterparts. Among the various polymeric materials, silicone rubber (SiR) has emerged as one of the most promising candidates for high-voltage insulators. Its superiority is attributed to a unique combination of properties, including a non-conductive chemical structure, high dielectric strength, and excellent resistance to scaling. To further enhance these properties, SiR is often combined with fillers to form composite materials. These SiR composites are at the forefront of advanced high-voltage insulation systems, offering improved mechanical, thermal, and electrical performance. As a result, they not only meet the rigorous demands of high-voltage applications but also provide a significantly extended service life. Goal. This study aims to enhance the dielectric and thermal properties of SiR by incorporating micron-sized silicon dioxide (SiO2) filler. Methodology. SiR-based composite samples were prepared by incorporating micron-sized SiO2 at weight fractions of 10 %, 20 %, 30 %, and 40 % of the total composition. Initially, the samples were heated to specific temperatures (25°C, 60°C, 80°C, and 100°C) before undergoing dielectric strength testing to evaluate their performance under varying thermal conditions. Additionally, the samples were subjected to thermal aging for durations of 10, 20, and 30 minutes at the same temperatures before dielectric strength assessment. The results indicated that increasing the filler concentration enhanced the dielectric strength of the SiR/SiO2 composites. The highest breakdown voltage was observed at a filler concentration of 30 %. Practical value. Incorporating micron-sized SiO2 filler into the SiR matrix enhanced the composite's resistance to thermal stress. Compared to SiR-based composites with varying SiO2 concentrations, pure SiR exhibited the lowest dielectric strength. References 48, tables 5, figures 8. |
| publisher |
National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and Аnatolii Pidhornyi Institute of Power Machines and Systems of NAS of Ukraine |
| publishDate |
2025 |
| url |
http://eie.khpi.edu.ua/article/view/312620 |
| work_keys_str_mv |
AT ahmedz theeffectofsio2microparticleconcentrationontheelectricalandthermalpropertiesofsiliconerubberforelectricalinsulationapplications AT nasratls theeffectofsio2microparticleconcentrationontheelectricalandthermalpropertiesofsiliconerubberforelectricalinsulationapplications AT rihanm theeffectofsio2microparticleconcentrationontheelectricalandthermalpropertiesofsiliconerubberforelectricalinsulationapplications AT ahmedz effectofsio2microparticleconcentrationontheelectricalandthermalpropertiesofsiliconerubberforelectricalinsulationapplications AT nasratls effectofsio2microparticleconcentrationontheelectricalandthermalpropertiesofsiliconerubberforelectricalinsulationapplications AT rihanm effectofsio2microparticleconcentrationontheelectricalandthermalpropertiesofsiliconerubberforelectricalinsulationapplications |
| first_indexed |
2025-07-17T11:50:28Z |
| last_indexed |
2025-07-17T11:50:28Z |
| _version_ |
1850412199336476672 |
| spelling |
eiekhpieduua-article-3126202025-05-01T21:16:03Z The effect of SiO2 microparticle concentration on the electrical and thermal properties of silicone rubber for electrical insulation applications The effect of SiO2 microparticle concentration on the electrical and thermal properties of silicone rubber for electrical insulation applications Ahmed, Z. Nasrat, L. S. Rihan, M. діелектрична міцність силіконова гума діоксид кремнію мікророзміру термічна поведінка нейронна мережа dielectric strength silicone rubber micron-sized silica dioxide thermal behavior neural network Introduction. Polymeric insulators, first developed in the 1950s, have since seen substantial advancements in both design and manufacturing, making them increasingly appealing to users and manufacturers in the electrical industry. Extensive testing in both laboratory and outdoor environments has consistently demonstrated that polymeric insulators outperform traditional porcelain and glass counterparts. Among the various polymeric materials, silicone rubber (SiR) has emerged as one of the most promising candidates for high-voltage insulators. Its superiority is attributed to a unique combination of properties, including a non-conductive chemical structure, high dielectric strength, and excellent resistance to scaling. To further enhance these properties, SiR is often combined with fillers to form composite materials. These SiR composites are at the forefront of advanced high-voltage insulation systems, offering improved mechanical, thermal, and electrical performance. As a result, they not only meet the rigorous demands of high-voltage applications but also provide a significantly extended service life. Goal. This study aims to enhance the dielectric and thermal properties of SiR by incorporating micron-sized silicon dioxide (SiO2) filler. Methodology. SiR-based composite samples were prepared by incorporating micron-sized SiO2 at weight fractions of 10 %, 20 %, 30 %, and 40 % of the total composition. Initially, the samples were heated to specific temperatures (25°C, 60°C, 80°C, and 100°C) before undergoing dielectric strength testing to evaluate their performance under varying thermal conditions. Additionally, the samples were subjected to thermal aging for durations of 10, 20, and 30 minutes at the same temperatures before dielectric strength assessment. The results indicated that increasing the filler concentration enhanced the dielectric strength of the SiR/SiO2 composites. The highest breakdown voltage was observed at a filler concentration of 30 %. Practical value. Incorporating micron-sized SiO2 filler into the SiR matrix enhanced the composite's resistance to thermal stress. Compared to SiR-based composites with varying SiO2 concentrations, pure SiR exhibited the lowest dielectric strength. References 48, tables 5, figures 8. Вступ. Полімерні ізолятори з моменту розробки в 1950-х роках значно удосконалилися як у проєктуванні, так і у виробництві, що робить їх все більш привабливими для користувачів та виробників електротехнічної продукції. Великі випробування як у лабораторних, так і промислових умовах демонструють, що полімерні ізолятори переважають традиційні порцелянові і скляні аналоги. Серед різних полімерних матеріалів силіконовий каучук (SiR) став найперспективнішим матеріалом для високовольтних ізоляторів. Його перевага пояснюється унікальним поєднанням властивостей, включаючи непровідну хімічну структуру, високу діелектричну міцність та відмінну стійкість до утворення накипу. Для подальшого покращення цих властивостей, SiR часто поєднують з наповнювачами для формування композитних матеріалів. Ці композити SiR знаходяться на передньому краї сучасних систем високовольтної ізоляції, пропонуючи покращені механічні, теплові та електричні характеристики. В результаті вони не тільки відповідають жорстким вимогам високовольтних застосувань, а й забезпечують значно більший термін служби. Метою дослідження є покращення діелектричних та теплових властивостей SiR шляхом включення наповнювача діоксиду кремнію (SiO2) мікронного розміру. Методологія. Зразки композиту SiR були приготовлені шляхом включення різних вагових відсотків мікронного розміру SiO2 відповідно 10 %, 20 %, 30 % та 40 % від загальної ваги. Потім діелектрична міцність цих зразків була оцінена за чотирьох температур: 25 °C, 60 °C, 80 °C і 100 °C для оцінки ефективності ефекти в різних умовах. Крім того, зразки старіли протягом 10, 20 і 30 хвилин при тих же температурах перед випробуванням. Результати досліджували вплив термічної поведінки на характеристики напруги пробою композитів SiR, зістарених у різний час і за різних температур. Результати показують, що збільшення концентрації наповнювача збільшує діелектричну міцність SiR композитів. Найкраща пробивна напруга досліджених зразків була отримана при концентрації наповнювача 30 %. Практична цінність. Додавання наповнювача SiO2 мікронного розміру в матрицю SiR підвищує опір полімерних композитів термічним механічним напругам. У порівнянні з SiR, завантаженим SiO2 у різних концентраціях, чистий SiR має найнижчу діелектричну міцність. Бібл. 48, табл. 5, рис. 8. National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and Аnatolii Pidhornyi Institute of Power Machines and Systems of NAS of Ukraine 2025-05-02 Article Article application/pdf http://eie.khpi.edu.ua/article/view/312620 10.20998/2074-272X.2025.3.12 Electrical Engineering & Electromechanics; No. 3 (2025); 84-89 Электротехника и Электромеханика; № 3 (2025); 84-89 Електротехніка і Електромеханіка; № 3 (2025); 84-89 2309-3404 2074-272X en http://eie.khpi.edu.ua/article/view/312620/317147 Copyright (c) 2025 Z. Ahmed, L. S. Nasrat, M. Rihan http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0 |