El término "nano" parece omnipresente en estos días y ha alcanzado un gran poder de marketing. En consecuencia, es difícil que casi cualquier producto o área de estudio se aleje demasiado de ella. Los aisladores no son una excepción. Las semillas de la nanotecnología probablemente se sembraron hace más de 60 años (antes del uso de la terminología actual) para indicar el diseño y control de propiedades a nivel atómico. Pero en el campo del aislamiento o dieléctrico, la primera mención creíble se hizo recién en 1994 en un artículo titulado Nanometric Dielectrics, publicado en IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. En años más recientes, muchas conferencias que abordan el tema del aislamiento eléctrico han tenido artículos sobre nanomateriales. Asimismo, el Comité de Estudio D1 del CIGRE: Materiales y Tecnologías Emergentes ha tratado este tema en Grupos de Trabajo. En el caso de los aisladores eléctricos, este creciente interés en la nanotecnología se ha relacionado con avances potenciales en términos de rigidez dieléctrica superior, mayor resistencia al seguimiento y la erosión y propiedades superficiales mejoradas, como la hidrofobicidad. A primera vista, estas mejoras pueden parecer más evolutivas que revolucionarias. Pero cuando se considera la magnitud de las mejoras y el hecho de que podrían lograrse sin un aumento de tamaño, las posibilidades son realmente interesantes. También podría abrir la puerta a nuevas generaciones de productos compuestos, dispositivos que combinan las virtudes de diferentes materiales.

Los nanodieléctricos se refieren a materiales que utilizan aditivos (por ejemplo, rellenos) cuyas dimensiones son del orden de unos pocos nanómetros (10-9 mo una mil millonésima parte de un metro). El material base suele ser un polímero, aunque también puede ser inorgánico, como los bloques de óxido de zinc que se utilizan en los pararrayos. Normalmente, los rellenos son mil veces más grandes que esto (varios micrómetros o micras). Para una cantidad determinada de relleno, las partículas de tamaño nanométrico proporcionan una mayor cobertura del área del material base en comparación con lo que se puede lograr con partículas de tamaño micrométrico. Esto es evidente. Pero exactamente cómo esto mejora el rendimiento todavía puede parecer confuso y en su mayoría explicaciones cualitativas describen las mejoras logradas en el rendimiento de los polímeros con nanorelleno. Un parámetro, a saber, la rigidez dieléctrica, es particularmente interesante. Las nanopartículas reducen el espacio disponible para que los electrones aceleren y obtengan energía del campo eléctrico aplicado (al igual que las barricadas reducen la velocidad de los vehículos). El proceso de descomposición requiere una avalancha de electrones creada por colisiones sucesivas de electrones libres que siempre están presentes en cualquier medio con moléculas neuronales. Sin embargo, con los nanomateriales, la ruptura ocurrirá a voltajes mucho más altos debido a estos "obstáculos". Esto sugiere que la mejora en el voltaje de ruptura está íntimamente relacionada con la dispersión del nanorelleno dentro del material base. Pero este sigue siendo el desafío. Tal vez sea su tamaño más pequeño o las fuerzas atómicas o el tratamiento de relleno lo que hace que las nanopartículas se aglomeren en lugar de dispersarse dentro de la matriz polimérica. El resultado es que cualquier mejora en el tiempo hasta la ruptura (es decir, el voltaje de ruptura) comienza a desvanecerse para niveles de nanorrelleno superiores al 10-15 % (es fácil entender que la dispersión del relleno puede ser más uniforme en muestras delgadas que en muestras gruesas). )

Los nanomateriales también se pueden utilizar en forma de revestimientos superficiales para aisladores exteriores. Por ejemplo, se puede aplicar un revestimiento superhidrofóbico a los aisladores de porcelana y vidrio que son inherentemente hidrofílicos, así como a los aisladores poliméricos como el epoxi que pierde rápidamente la hidrofobicidad en servicio. El término "superhidrofóbico" no es nuevo y se ha utilizado en la industria de los revestimientos durante años en aplicaciones como la protección contra la corrosión de carreteras y puentes, barcos, telas y pinturas. Se acuñó por primera vez para describir recubrimientos con una morfología superficial que imita una hoja de loto. Mientras que el ángulo de contacto de las gotas de agua en las superficies hidrofóbicas está en la región de 90 a 100°, en las superficies superhidrofóbicas puede exceder los 130°, lo que hace que las gotas se deslicen sin humedecer la superficie. Un recubrimiento superhidrofóbico involucra nanopartículas mezcladas con polímeros, pero no está claro si estos recubrimientos tienen la misma retención a largo plazo y la misma capacidad regenerativa de hidrofobicidad que los cauchos de silicona existentes. Otros aspectos, como la resistencia a la corona, las descargas superficiales, la abrasión (por ejemplo, del viento, el polvo, la lluvia o la manipulación), la compatibilidad con diferentes materiales de sustrato y la rentabilidad, deben investigarse más a fondo.

Si bien la familia de caucho de silicona se usa ampliamente para aisladores de líneas y aparatos de transmisión, otros materiales poliméricos pueden ser preferibles a voltajes bajos y medios por razones de rendimiento mecánico superior, así como resistencia al desgarro y al ataque químico. Por ejemplo, el epoxi cicloalifático se usa ampliamente en equipos de baja y media tensión, como transformadores de instrumentos de tipo seco, reconectadores, casquillos y aisladores de soporte de barras. En estas aplicaciones, el epoxi cumple funciones tanto estructurales como eléctricas, por lo que ofrece ventajas únicas de fabricación y diseño. Las partes activas (es decir, energizadas) están encapsuladas dentro del dieléctrico sólido y están libres de problemas de fugas y derrames asociados con equipos llenos de aceite. También son más fáciles de mantener y se pueden instalar en cualquier orientación. Ya ha habido introducción de epoxi hidrofóbico en el mercado. ¿Qué tal epoxi superhidrofóbico o EPDM o polietileno o cualquier otro material? Se puede obtener un beneficio obvio al usar nanomateriales en estas aplicaciones para mejorar la resistencia a la corona (o descarga parcial) y la ruptura, ya que las tensiones eléctricas pueden ser altas debido a la presencia de componentes internos activos. Si se puede lograr una distribución uniforme de la tensión eléctrica mediante el uso de nanorrellenos apropiados, las dimensiones físicas de los equipos de la línea y la subestación se pueden reducir significativamente. Esto podría resultar en torres más cortas, tramos más largos, subestaciones compactas, confiabilidad mejorada y más.

Por supuesto, se requerirá innovación desde el punto de vista de probar y evaluar nuevos materiales. Cuando se introdujo por primera vez el caucho de silicona para el aislamiento de alta tensión en exteriores, el concepto de "hidrofobicidad a largo plazo" se consideró revolucionario. Pero resultó más fácil demostrar este rendimiento superior en servicio que convencer a los escépticos de que era necesario redefinir los métodos de prueba existentes para manejar el nuevo material. Será necesaria una mayor inversión en investigación y desarrollo y una estrecha cooperación entre la industria y el mundo académico para aprovechar todo el potencial de la nanotecnología en el mundo de los aisladores.

https://www.inmr.com/nanotechnology-insulators/   Prof. Ravi S. Gorur