A REDUCED GAMMA RADIATION EFFECTS ON THE ELECTRICAL INSULATING CABLES USING XLPE/CLAY NANOCOMPOSITES

El-kattan, Walaa Abd-Elmonem; Ezz-eldin, Mohamed Reda; A. Said, El-Sayed Soliman; Othman, El Saeed Abdul El-Aziz

doi:10.21608/auej.2019.64258

A REDUCED GAMMA RADIATION EFFECTS ON THE ELECTRICAL INSULATING CABLES USING XLPE/CLAY NANOCOMPOSITES

Document Type : Original Article

Authors

¹ Department of radiation safety, Egyptian Nuclear & Radiological-Regulatory Authority (ENRRA) Nasr City, Cairo, Egypt 11762

² Department of Electrical Engineering, AL-Azhar University, Cairo, Egypt

10.21608/auej.2019.64258

Abstract

The direction to enhance the electrical, dielectrica and mechanical characteristics of insulating
materials used in cables has become essential in order to plan new insulation systems used in the
nuclear power plant. The current study is to investigate the improvement in these properties of
Cross-linked polyethylene (XLPE) due to the addition of clay nanoparticles. The XLPE/Clay -
Nanocomposites, with different weight fragments of nanoparticles up to 5 %, were fabricated
using the mixing of XLPE with the aid of nanoparticles dispersion within the melted polymeric
matrix. The irradiation experiment was performed on both the pure XLPE cable insulation and
the filled one, by using 60Co gamma-ray source with an irradiation dose rate of 1.87 KGy/h at 50
oC temperature of the chamber. The surface morphology of synthesized XLPE / Claynanocomposites
was characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM) and the dielectric
and mechanical properties were measured. It is found that the breakdown strength of XLPE /
Clay was increased with incorporating clay nanoparticles into their matrix compared to that case
of unfilled XLPE. This reveals that XLPE / Clay - nanocomposites had better electrical
properties, 1 % was found the optimal loading fraction of clay nanoparticle. This may be
referring to the low surface energy of the clay nanoparticles that prevented the agglomeration of
nanoparticles and repressed the free space charges resulting in a decrease in the capacitance and
losses inside the nanocomposites. Furthermore, both electrical capacitance and dielectric constant
are increased by about 20%, for the XLPE / Clay at 50 KGy compared to pure XLPE at 1% (the
optimal loading fraction). Also, it is found that the optimal loading fraction of clay nanoparticle
is 4% for improved mechanical properties in XLPE cable insulation.

أصبح الاتجاه لتعزيز الخصائص الکھربائية والميکانيکية للمواد العازلة المستخدمة في الکابلات أمر ضروري من أجل تخطيط
أنظمة العزل الجديدة المستخدمة في محطة الطاقة النووية. يھدف البحث الحالي إلى دراسة التحسن في ھذه الخصائص للبولي
، ٪ إيثيلين المتصالب بسبب إضافة جسيمات الطين النانوية. تم تصنيع ، مع نسب مختلفة من الجسيمات النانوية تصل إلى ٥
مع مساعدة من تشتت الجسيمات النانوية داخل المصفوفة البوليمرية المذابة. تم إجراء تجربة XLPE وذلک باستخدام مزيج
التشعيع على کل من عزل کبل النقي والتعبئة الممتلئة ، باستخدام مصدر أشعة غاما وھو کوبلت ٦٠ بمعدل جرعة تشعيع يبلغ
١.٨٧ کجم / ساعة عند درجة حرارة ٥٠ مئوية. اتسمت التشکل السطحي للمرکبات النانوية المرکبة بالتصوير المجھري
الإلکتروني وکذلک تم قياس الخواصالکھربائية والميکانيکية. لقد وجد أن قوة انھيار قد زادت مع دمج الجسيمات النانوية الطينية
لھا خواص کھربائية أفضل ، ووجد أن s في المصفوفة الخاصة بھم مقارنة مع تلک الموجودة في غير المملوءة. ھذا يکشف أن
جزء التحميل الأمثل من جسيمات الطين النانوية ھو ١ ٪ و الذي أدى إلى أن الطاقة السطحية المنخفضة للجسيمات النانوية
الطينية حالت دون تکتل الجسيمات النانوية وقمعت شحنات المساحة الحرة مما أدى إلى انخفاضالسعة داخل المرکبات النانوية.
علاوة على ذلک ، زادت السعة الکھربائية وثابت العزل الکھربائي بنحو ٢٠ ٪ و ٢٠ ٪ ، على التوالي عند جرعة اشعاعية ٥٠
٪ کيلوجراي مقارنة مع کبل النقي في جزء التحميل الأمثل. أيضًا ، وجد أن نسبة التحميل الأمثل لجسيمات الطين النانوية ھي ٤
لتحسين الخواصالميکانيکية في عزل کبل

Keywords