專利名稱：涂敷無機/聚合物復合材料的輸電導線及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)輸電線路電磁環(huán)境防護技術領域，涉及一種涂敷ZnO壓敏陶瓷/聚合物復合材料的輸電導線。
背景技術：
高壓輸電線路的電暈現(xiàn)象是工程設計、建設和運行中需要考慮的關鍵技術問題。一方面，電暈會產生電能損耗會增加輸電成本，另一方面，電暈產生的無線電干擾、可聽噪聲和空間離子流會影響周邊電磁環(huán)境。隨著經濟的不斷發(fā)展和民眾環(huán)境意識的增強，電磁環(huán)境問題愈加引人關注，尤其在特高壓直流工程中，由于電壓等級的提高，電磁環(huán)境問題更加突出。目前國內外的研究傾向于采用主動控制措施，使極導線表面場強更加均勻，從而 抑制電暈的產生，降低無線電干擾。其中一個措施是對極導線表面施加涂料來抑制直流輸電線路電暈放電和電流傳播，其主要基于兩個思路，其一為采用涂料改變極導線表面的物理、化學特性，使極導線表面更光滑或更難產生場致發(fā)射，其二為改變極導線表面的電學特性，使周圍電場更加均勻，不利于電暈放電的產生。一般而言，單組分材料很難同時具有優(yōu)良的介電性能和力學性能。大多聚合物絕緣良好、可加工性強、力學強度高，但介電常數(shù)普遍偏低；無機材料鐵電陶瓷介電常數(shù)高(可達2000)，但脆性大、加工溫度高、與目前集成電路加工技術不相容。因此，高介電性能的無機陶瓷/聚合物復合材料的研制成為一種主要的解決途徑。一般這種復合介電材料分為電場決定電導(electrical field-dependent conductivity FDC)材料和電場決定介電常數(shù)(electricalfield-dependent permittivity FDP)材料兩種。其中，F(xiàn)DC 材料的填料需要具有非線性的電導率，在低場下電導率較低，表現(xiàn)為聚合物基體的絕緣性，在高場下介電常數(shù)增加，可以疏散空間電荷，避免空間電荷引起電樹老化，破壞材料的絕緣性。自20世紀70年代以來，以日本、美國為代表的科學研究成功制成了無機陶瓷/聚合物復合材料。近年來，我國科學工作者也探討了不同工藝條件下制成的復合材料的介電性能，并提出了復合材料的介電模型。該復合材料由無機陶瓷填料和聚合物填料通過混合、硫化而成。迄今開發(fā)出的無機陶瓷/聚合物復合材料，選用的聚合物填料有聚四氟乙烯(PTFE)、聚氯乙烯(PVC)、聚酞亞胺(PI)、聚苯硫(PPS)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)、聚甲基丙烯酸甲醋(PMMA)和偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物(VDF-TrFE)等，通常選擇環(huán)氧樹脂等高電阻率、低損耗材料；所選用的無機陶瓷填料有 TiO2、BaTiO3、MgTiO3-CaTiO3、PZT、BaTiO3、PbO、Zr0、SnO、各種形態(tài)的A1203、SiO2以及A1N，通常選擇BaTiO3、鋯鈦酸鉛、Al2O3, ZnO或SiC。其中ZnO由于其具有較高的非線性伏安特性，因此常被使用涂敷在輸電導線上。以ZnO陶瓷作為填料的聚合物復合材料目前主要集中在兩個方面。一是純ZnO/聚合物復合材料，這種材料不具有非線性的介電性能，但由于其中的ZnO填料具有阻擋電暈的作用，因此可以提高材料的耐電暈老化性能，但擊穿強度會有所下降。另一類是ZnO壓敏陶瓷/聚合物復合材料，主要利用其非線性的伏安特性起到對空間電荷的疏導作用。
為了進一步抑制電暈產生，抑制無線電干擾，基于ZnO壓敏陶瓷/聚合物復合材料的的原理和方法，改善后提出一種涂敷ZnO壓敏陶瓷/聚合物復合材料的輸電導線具有非常突出的工程價值。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為克服已有技術的不足之處，提出一種涂敷無機/聚合物復合材料的輸電導線及其制備方法，本發(fā)明通過選擇ZnO壓敏陶瓷和聚合物的具體成分和配比，以實現(xiàn)極導線表面的場強更加均勻，從而抑制電暈產生，降低無線電干擾。本發(fā)明提出的一種涂敷無機/聚合物復合材料的輸電導線，由鋼芯鋁絞線及涂敷于該鋼芯鋁絞線上的ZnO壓敏陶瓷/聚合物復合材料涂層所組成；其特征在于，所述的ZnO壓敏陶瓷由ZnO粉體、Bi2O3粉體、MnO2粉體和Co2O3粉體混合、燒結、粉碎而成，各成分粉體的重量比為Zn0:Bi203:Mn02:Co203=95:l:0. 5:1 ;所述的聚合物材料為705硅橡膠。
所述的鋼芯鋁絞線可選用LGJ-6 X 630/45或LGJ-6 X 720/50兩種類型中的任意一種。所述涂層厚度為0. 1-lmm。所述粉碎后的ZnO壓敏陶瓷為10-100微米粒徑的粉體。本發(fā)明還提出一種上述的輸電導線的制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟I)采用球磨法將上述ZnO粉體、Bi2O3粉體、MnO2粉體和Co2O3粉體按上述重量比例混合，在900-1000°C下燒結4-6小時，粉碎制得ZnO壓敏陶瓷粉體，其粒徑為10-100微米;2)采用庚烷溶解705硅橡膠，庚烷與聚合物的質量比為1:1至1:2 ;3)溶解后的硅橡膠與ZnO壓敏陶瓷粉體采用機械攪拌混合，硅橡膠與ZnO壓敏陶瓷粉體的體積百分比為6-9. 5:4-0. 5，混合時間為30-60min，得到ZnO壓敏陶瓷/聚合物復合材料。該材料，當外界場強由0至2kV/mm增加時,材料的介電常數(shù)由5至600增大。4)將步驟3)得到的材料直接用噴涂方法涂抹于輸電導線上，涂抹厚度為0. 1-lmm。常溫下放置8-24小時材料自行固化。本發(fā)明的特點及有益效果如下I、本發(fā)明可在不改變原有輸電線路建設方案的基礎上，換用該種涂敷非線性節(jié)點常數(shù)材料的輸電導線，有效均勻了極導線表面電場，達到有效地抑制電暈產生的效果，從而優(yōu)化直流輸電線路的電磁環(huán)境。相同導線在涂敷ZnO壓敏陶瓷/聚合物復合材料后線路總電暈損耗可降低209^30%。線路上起暈點明顯減少，紫外測試中起暈處光子數(shù)減小約20%。2、本發(fā)明所述的輸電導線，在電暈被抑制的基礎上，可通過重新設計線路桿塔或減小輸電走廊寬度等方式減少總投資。3、本發(fā)明所述的輸電導線，同原極導線具有相同的工作環(huán)境，可長期聯(lián)系在惡劣的自然環(huán)境和電磁環(huán)境中工作。具體實施方法本發(fā)明提出的涂敷無機/聚合物復合材料的輸電導線，由鋼芯鋁絞線及涂敷于該鋼芯鋁絞線上的ZnO壓敏陶瓷/聚合物復合材料涂層所組成；其特征在于，所述的ZnO壓敏陶瓷由ZnO粉體、Bi2O3粉體、MnO2粉體和Co2O3粉體混合、燒結、粉碎而成，各成分粉體的重量比為ZnO:Bi2O3:MnO2:Co203=95:1:0. 5:1 ;所述的聚合物材料為705硅橡膠。所述的鋼芯鋁絞線可選用LGJ-6 X 630/45或LGJ-6 X 720/50兩種類型中的任意一種。所述涂層厚度可為0. 1-lmm。所述粉碎后的ZnO壓敏陶瓷為10-100微米粒徑的粉體。本發(fā)明提出的上述輸電導線的制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟I)采用球磨法將上述ZnO粉體、Bi2O3粉體、MnO2粉體和Co2O3粉體按上述重量比 例混合，在900-1000°C下燒結4-6小時，粉碎制得ZnO壓敏陶瓷粉體，其粒徑為10-100微米;2)采用庚烷溶解705硅橡膠，庚烷與聚合物的質量比為1:1至1:2 ;3)溶解后的硅橡膠與ZnO壓敏陶瓷粉體采用機械攪拌混合，硅橡膠與ZnO壓敏陶瓷粉體的體積百分比為6-9. 5:4-0. 5，混合時間為30-60min，得到ZnO壓敏陶瓷/聚合物復合材料。該材料，當外界場強由0至2kV/mm增加時,材料的介電常數(shù)由5至600增大。4)將步驟3)得到的材料直接用噴涂方法涂抹于輸電導線上，涂抹厚度為0. 1-lmm。常溫下放置8-24小時材料自行固化。本發(fā)明的實施例各部分的具體實現(xiàn)方式分別說明如下實施例I輸電導線所加電壓為土800kV，導線選型為LGJ-6 X 630/45。無機陶瓷填料原料中Zn0、Bi203、Mn02、Co203粉末的重量百分比為95:1:0. 5:1。球磨法混料后，在900°C下燒結6小時，制得ZnO壓敏陶瓷粉體粒徑約為40微米。采用庚烷溶解常705硅橡膠，庚烷和硅橡膠的質量比為I: I采用轉矩加大的機械攪拌混合，所需要的硅橡膠和ZnO壓敏陶瓷粉體的混合體積比為6:4?；炝铣浞謹嚢?0min。混合物采用噴涂方法涂抹于輸電導線，涂抹厚度為0. 1mm。室溫放置8小時自行固化。實施例2輸電導線所加電壓為土800kV，導線選型為LGJ-6 X 720/50。無機陶瓷填料原料中Zn0、Bi203、Mn02、Co203粉末的重量百分比為95:1:0. 5:1。球磨法混料后，在100(TC下燒結4小時，制得ZnO壓敏陶瓷粉體粒徑約為60微米。采用庚烷溶解常705硅橡膠，庚烷和硅橡膠的質量比為1:2采用轉矩加大的機械攪拌混合，所需要的硅橡膠和ZnO壓敏陶瓷粉體的混合體積比為9. 5:0. 5?；炝铣浞謹嚢?0min?；旌衔锊捎脟娡糠椒ㄍ磕ㄓ谳旊妼Ь€，涂抹厚度為0. 8mm。室溫放置24小時自行固化。
權利要求
1.一種涂敷無機/聚合物復合材料的輸電導線，由鋼芯鋁絞線及涂敷于該鋼芯鋁絞線上的ZnO壓敏陶瓷/聚合物復合材料涂層所組成；其特征在于，所述的ZnO壓敏陶瓷由ZnO粉體、Bi2O3粉體、MnO2粉體和Co2O3粉體混合、燒結、粉碎而成，各成分粉體的重量比為ZnO:Bi2O3Mn02:Co203=95:1:0. 5:1 ;所述的聚合物材料為705硅橡膠。
2.如權利要求I所述的輸電導線，其特征在于，所述的鋼芯鋁絞線選用LGJ-6X630/45或LGJ-6 X 720/50兩種類型中的任意一種。
3.如權利要求I所述的輸電導線，其特征在于，所述涂層厚度為O.1-lmm。
4.如權利要求I所述的輸電導線，其特征在于，所述粉碎后的ZnO壓敏陶瓷為10-100微米粒徑的粉體。
5.一種如權利I要求所述的輸電導線的制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟 1)采用球磨法將上述ZnO粉體、Bi2O3粉體、MnO2粉體和Co2O3粉體按上述重量比例混合，在900-1000°C下燒結4-6小時，粉碎制得ZnO壓敏陶瓷粉體，其粒徑為10-100微米； 2)采用庚烷溶解705硅橡膠，庚烷與聚合物的質量比為1:1至1:2; 3)溶解后的硅橡膠與ZnO壓敏陶瓷粉體采用機械攪拌混合，硅橡膠與ZnO壓敏陶瓷粉體的體積百分比為6-9. 5:4-0. 5，混合時間為30-60min，得到ZnO壓敏陶瓷/聚合物復合材料。該材料，當外界場強由O至2kV/mm增加時,材料的介電常數(shù)由5至600增大。
4)將步驟3)得到的材料直接用噴涂方法涂抹于輸電導線上，涂抹厚度為O.1-lmm。常溫下放置8-24小時材料自行固化。
全文摘要
本發(fā)明涉及涂敷無機/聚合物復合材料的輸電導線及其制備方法，屬于電力系統(tǒng)輸電線路電磁環(huán)境防護技術領域，該輸電導線由鋼芯鋁絞線及涂敷于其上的ZnO壓敏陶瓷/聚合物復合材料涂層所組成；所述ZnO壓敏陶瓷由ZnO粉體、Bi2O3粉體、MnO2粉體和Co2O3粉體混合、燒結、粉碎而成，各成分粉體的重量比為ZnO:Bi2O3:MnO2:Co2O3=95:1:0.5:1；粉碎后的ZnO壓敏陶瓷粉體粒徑為10-100微米；所述的聚合物材料為705硅橡膠。本發(fā)明有效均勻了極導線表面電場，有效地抑制電暈的產生，使得無線電干擾值降低優(yōu)化直流輸電線路的電磁環(huán)境，采用本發(fā)明的輸電導線重新設計線路桿塔可減小輸電走廊寬度。
文檔編號H01B9/00GK102969066SQ20121049315
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月28日 優(yōu)先權日2012年11月28日
發(fā)明者胡軍, 余占清, 李敏, 何金良, 曾嶸, 戴夢婷, 高雷, 謝竟成, 田豐, 劉磊, 李銳海, 張波, 季一鳴 申請人:南方電網(wǎng)科學研究院有限責任公司, 清華大學