一種直流特高壓絕緣子、制備方法及其用圖
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種絕緣子、制備方法及其用途，具體設及一種直流特高壓絕緣子、制 備方法及其用途。
【背景技術】
[0002] 特高壓輸電網由線路、變電設備、開關設備及保護設備組成，而開關設備起轉換線 路、開斷故障電流等關鍵作用，因而成為最需要研究的設備。氣體絕緣金屬封閉開關設備 (GasInsulated(Metal-enclosed)Switchgear,簡稱GI巧是一種義用六氣化硫（SF6)氣體 或SF6和成混合氣體絕緣、外殼與導線同軸布置的高電壓、大電流電力傳輸設備。GIS具有 傳輸容量大、電能損耗小、可靠性高和全壽命輸電成本比較合理、安全環保等優點，被廣泛 應用于特高壓輸電線路中。
[0003] 由于導體重量較大，因此間隔一定距離需要用絕緣子支撐導體，此種絕緣子由 Al2〇3/Epoxy復合材料和金屬嵌件組成。絕緣子有兩方面的作用：1)支撐作用，需要絕緣子 滿足一定機械強度和尺寸穩定性；2)絕緣作用，保證絕緣子內部絕緣層不被擊穿。與交流 GIS不同，直流GIS絕緣子長期承受單極性直流高壓，在直流高壓作用下，一方面介質內部 會產生空間電荷，另一方面在介質分界層容易產生表面電荷積累且不易消散。運些靜電荷 會崎變絕緣子原有電場，造成絕緣子閃絡或擊穿。
[0004] 目前，國內針對直流特高壓環氧樹脂的研究主要集中在材料體積電阻率W及空間 電荷方面。如CN103694636A通過微、納復配制備體積電阻率達到10"Ω.cm的直流特高 壓用環氧樹脂復合材料體系。CN104327456A通過加入極少量的納米金屬顆粒，并通過與微 米、納米顆粒復配，制備了可W同時提高材料的體積電阻率和擊穿強度的絕緣子用環氧樹 脂復合材料。
[0005] 研究表明：提高材料的體積電阻率可W提高絕緣子材料體系的擊穿性能，但是在 直流特高壓使用過程中，不利于表面電荷的消散，容易造成表面閃絡。
【發明內容】
[0006] 針對已有技術的問題，本發明的目的之一在于提供一種直流特高壓絕緣子，所述 絕緣子采用具有梯度分布的納米復合材料，絕緣子內層納米復合材料具有高體積電阻率， 同時具有較高的擊穿強度并可減小空間電荷積累。絕緣子外層納米復合材料的體積電阻率 是內層體積電阻率的101~107倍，起到抑制表面電荷積聚，加快表面電荷消散的作用。
[0007] 在本發明中，所述特高壓指，±800千伏及W上的直流電和1000千伏及W上交流 電的電壓等級。
[0008] 為了達到上述目的，本發明采用了如下技術方案：
[0009] 一種絕緣子，其包括內忍和包覆在內忍外部的外層，其中，內忍和外層均獨立地由 納米復合材料制備得到，內忍在厚度方向占絕緣子總厚度的90~99%，外層在厚度方向占 絕緣子厚度的0.01~10%。
[0010] 本發明通過采用具有上述梯度分布的納米復合材料制備得到的內忍和外層制備 絕緣子，使得到的絕緣子內層具有高體積電阻率，抗擊穿性能提高，同時外層具有低體積電 阻率，有利于直流特高壓條件下的表面電荷消散。
[0011] 在本發明中，內忍在厚度方向占絕緣子總厚度的90~99%，例如90. 5%、91 %、 91. 5 %、92 %、92. 5 %、93 %、93. 5 %、94 %、94. 5 %、95 %、95. 5 %、96 %、96. 5 %、97 %、 97. 5%、98%或 98. 5%。
[0012] 在本發明中，外層在厚度方向占絕緣子厚度的0.01~10%，例如0.5%、1%、 1. 5%、2%、2. 5%、3%、3. 5%、4%、4. 5%、5%、5. 5%、6%、6. 5%、7%、7. 5%、8%、8. 5%、 9%或 9. 5%。 陽013] 優選地，制備內忍的納米復合材料主要由納米金屬顆粒、微米無機顆粒、納米無機 顆粒W及環氧樹脂組成，內忍的體積電阻率大于1〇"Ω-cm。采用該組分的納米復合材料 得到的內忍具有高體積電阻率，同時具有較高的擊穿強度并可減小空間電荷積累。
[0014] 優選地，制備內忍的納米復合材料包括如下組分：
[0015] (A)至少一種環氧樹脂與至少一種納米金屬顆粒的混合物，所述金屬納米顆粒是 環氧樹脂的重量的0.01~0.1% ;
[0016] 度）至少一種酸酢固化劑；
[0017] (C)至少一種微米無機顆粒，所述組分（C)占制備內忍的納米復合材料的重量百 分比為60~70%; 陽〇1引 （D)至少一種無機納米顆粒。
[0019] 極少量的金屬納米顆粒加入聚合物體系中會產生庫倫阻塞效應，提高了材料的體 積電阻率和擊穿強度。本發明通過極少量的金屬納米顆粒、微米無機顆粒W及無機納米顆 粒Ξ者之間的復配協同效應，使得到的環氧樹脂組合物具有高的體積電阻率和高的擊穿強 度，并且空間電荷積累少，空間電荷密度低。體積電阻率均大于1X10"，擊穿強度較不添加 金屬納米顆粒提高20%，空間電荷積累較不添加金屬納米顆粒至少減少17%。
[0020] 優選地，所述環氧樹脂為電工級環氧樹脂，優選藍星化工的E44樹脂、無錫化工廠 的E51樹脂或美國亨斯曼的CY5995多官能團環氧樹脂中的任意一種或者至少兩種的混合 物。
[0021] 根據本發明，所述金屬納米顆粒是環氧樹脂重量的0.01~0.1%，例如0.02%、 0. 03%、0. 04%、0. 05%、0. 06%、0. 07%、0. 08%或 0. 09%，優選 0. 02%~0. 06%。
[0022] 根據本發明，所述組分（A)占制備內忍的納米復合材料的重量百分比為25~ 40%，例如26%、27%、28%、29%、30%、31%、32%、33%、34%、35%、36%、37%、38%或 39%。
[0023] 根據本發明，所述組分度）至少一種酸酢固化劑占制備內忍的納米復合材料的 重量百分比為 10 ~15%，例如 10. 5%、11 %、11. 5%、12%、12. 5%、13%、13. 5 %、14%或 14. 5%。
[0024] 根據本發明，所述組分似占制備內忍的納米復合材料的重量百分比為60~ 70%，例如61%、62%、63%、64%、65%、66%、67%、68%或69%。
[0025] 根據本發明，所述組分（D)至少一種無機納米顆粒占制備內忍的納米復合材料的 重量百分比為 0. 5 ~5%，例如 5%、2. 0%、2. 5%、3. 0%、3. 5%、4. 0%或 4. 5%。
[0026] 根據本發明，所述組分（A)中的金屬納米顆粒的直徑為1~lOOnm，優選1~20nm。
[0027] 根據本發明，所述組分（A)中的金屬納米顆粒為金、銷、銅或銀金屬納米顆粒中的 任意一種或者至少兩種的混合物，優選金或/和銀納米顆粒。
[0028] 根據本發明，所述組分（C)中的微米無機顆粒選自氧化侶、氧化儀、氧化娃或氧化 錯中的任意一種或者至少兩種的混合物，優選氧化侶，進一步優選〇-AL2〇3。
[0029] 根據本發明，所述組分（C)中的微米無機顆粒的直徑為1-20μm，優選5~15μm。
[0030] 根據本發明，所述組分值）中的無機納米顆粒選自氧化侶、氧化儀、氧化娃或氧化 錯中的任意一種或者至少兩種的混合物，優選地，所述氧化侶為〇-AL2〇3。
[0031] 根據本發明，所述組分做中的無機納米顆粒的直徑為1-lOOnm，優選10~30nm。
[0032] 優選地，制備外層的納米復合材料主要由環氧樹脂、固化劑W及任選地納米無機 顆粒組成，該外層的體積電阻率介于1〇"Ω?cm~10"Ω?cm，其中，納米無機顆粒優選 曰-AL2O3D
[0033] 優選地，制備外層的納米復合材料包括至少一種環氧樹脂，環氧樹脂占制備外層 的納米復合材料的重量百分比為40%~60%，例如42%、44%、46%、48%、50%