专利名称：涂敷无机/聚合物复合材料的输电导线及其制备方法
技术领域：
本发明属于电力系统输电线路电磁环境防护技术领域，涉及一种涂敷ZnO压敏陶瓷/聚合物复合材料的输电导线。
背景技术：
高压输电线路的电晕现象是工程设计、建设和运行中需要考虑的关键技术问题。一方面，电晕会产生电能损耗会增加输电成本，另一方面，电晕产生的无线电干扰、可听噪声和空间离子流会影响周边电磁环境。随着经济的不断发展和民众环境意识的增强，电磁环境问题愈加引人关注，尤其在特高压直流工程中，由于电压等级的提高，电磁环境问题更加突出。目前国内外的研究倾向于采用主动控制措施，使极导线表面场强更加均匀，从而 抑制电晕的产生，降低无线电干扰。其中一个措施是对极导线表面施加涂料来抑制直流输电线路电晕放电和电流传播，其主要基于两个思路，其一为采用涂料改变极导线表面的物理、化学特性，使极导线表面更光滑或更难产生场致发射，其二为改变极导线表面的电学特性，使周围电场更加均匀，不利于电晕放电的产生。一般而言，单组分材料很难同时具有优良的介电性能和力学性能。大多聚合物绝缘良好、可加工性强、力学强度高，但介电常数普遍偏低；无机材料铁电陶瓷介电常数高(可达2000)，但脆性大、加工温度高、与目前集成电路加工技术不相容。因此，高介电性能的无机陶瓷/聚合物复合材料的研制成为一种主要的解决途径。一般这种复合介电材料分为电场决定电导(electrical field-dependent conductivity FDC)材料和电场决定介电常数(electricalfield-dependent permittivity FDP)材料两种。其中，FDC 材料的填料需要具有非线性的电导率，在低场下电导率较低，表现为聚合物基体的绝缘性，在高场下介电常数增加，可以疏散空间电荷，避免空间电荷引起电树老化，破坏材料的绝缘性。自20世纪70年代以来，以日本、美国为代表的科学研究成功制成了无机陶瓷/聚合物复合材料。近年来，我国科学工作者也探讨了不同工艺条件下制成的复合材料的介电性能，并提出了复合材料的介电模型。该复合材料由无机陶瓷填料和聚合物填料通过混合、硫化而成。迄今开发出的无机陶瓷/聚合物复合材料，选用的聚合物填料有聚四氟乙烯(PTFE)、聚氯乙烯(PVC)、聚酞亚胺(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，通常选择环氧树脂等高电阻率、低损耗材料；所选用的无机陶瓷填料有 TiO2、BaTiO3、MgTiO3-CaTiO3、PZT、BaTiO3、PbO、Zr0、SnO、各种形态的A1203、SiO2以及A1N，通常选择BaTiO3、锆钛酸铅、Al2O3, ZnO或SiC。其中ZnO由于其具有较高的非线性伏安特性，因此常被使用涂敷在输电导线上。以ZnO陶瓷作为填料的聚合物复合材料目前主要集中在两个方面。一是纯ZnO/聚合物复合材料，这种材料不具有非线性的介电性能，但由于其中的ZnO填料具有阻挡电晕的作用，因此可以提高材料的耐电晕老化性能，但击穿强度会有所下降。另一类是ZnO压敏陶瓷/聚合物复合材料，主要利用其非线性的伏安特性起到对空间电荷的疏导作用。
为了进一步抑制电晕产生，抑制无线电干扰，基于ZnO压敏陶瓷/聚合物复合材料的的原理和方法，改善后提出一种涂敷ZnO压敏陶瓷/聚合物复合材料的输电导线具有非常突出的工程价值。
发明内容
本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种涂敷无机/聚合物复合材料的输电导线及其制备方法，本发明通过选择ZnO压敏陶瓷和聚合物的具体成分和配比，以实现极导线表面的场强更加均匀，从而抑制电晕产生，降低无线电干扰。本发明提出的一种涂敷无机/聚合物复合材料的输电导线，由钢芯铝绞线及涂敷于该钢芯铝绞线上的ZnO压敏陶瓷/聚合物复合材料涂层所组成；其特征在于，所述的ZnO压敏陶瓷由ZnO粉体、Bi2O3粉体、MnO2粉体和Co2O3粉体混合、烧结、粉碎而成，各成分粉体的重量比为Zn0:Bi203:Mn02:Co203=95:l:0. 5:1 ;所述的聚合物材料为705硅橡胶。
所述的钢芯铝绞线可选用LGJ-6 X 630/45或LGJ-6 X 720/50两种类型中的任意一种。所述涂层厚度为0. 1-lmm。所述粉碎后的ZnO压敏陶瓷为10-100微米粒径的粉体。本发明还提出一种上述的输电导线的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤I)采用球磨法将上述ZnO粉体、Bi2O3粉体、MnO2粉体和Co2O3粉体按上述重量比例混合，在900-1000°C下烧结4-6小时，粉碎制得ZnO压敏陶瓷粉体，其粒径为10-100微米;2)采用庚烷溶解705硅橡胶，庚烷与聚合物的质量比为1:1至1:2 ;3)溶解后的硅橡胶与ZnO压敏陶瓷粉体采用机械搅拌混合，硅橡胶与ZnO压敏陶瓷粉体的体积百分比为6-9. 5:4-0. 5，混合时间为30-60min，得到ZnO压敏陶瓷/聚合物复合材料。该材料，当外界场强由0至2kV/mm增加时,材料的介电常数由5至600增大。4)将步骤3)得到的材料直接用喷涂方法涂抹于输电导线上，涂抹厚度为0. 1-lmm。常温下放置8-24小时材料自行固化。本发明的特点及有益效果如下I、本发明可在不改变原有输电线路建设方案的基础上，换用该种涂敷非线性节点常数材料的输电导线，有效均匀了极导线表面电场，达到有效地抑制电晕产生的效果，从而优化直流输电线路的电磁环境。相同导线在涂敷ZnO压敏陶瓷/聚合物复合材料后线路总电晕损耗可降低209^30%。线路上起晕点明显减少，紫外测试中起晕处光子数减小约20%。2、本发明所述的输电导线，在电晕被抑制的基础上，可通过重新设计线路杆塔或减小输电走廊宽度等方式减少总投资。3、本发明所述的输电导线，同原极导线具有相同的工作环境，可长期联系在恶劣的自然环境和电磁环境中工作。具体实施方法本发明提出的涂敷无机/聚合物复合材料的输电导线，由钢芯铝绞线及涂敷于该钢芯铝绞线上的ZnO压敏陶瓷/聚合物复合材料涂层所组成；其特征在于，所述的ZnO压敏陶瓷由ZnO粉体、Bi2O3粉体、MnO2粉体和Co2O3粉体混合、烧结、粉碎而成，各成分粉体的重量比为ZnO:Bi2O3:MnO2:Co203=95:1:0. 5:1 ;所述的聚合物材料为705硅橡胶。所述的钢芯铝绞线可选用LGJ-6 X 630/45或LGJ-6 X 720/50两种类型中的任意一种。所述涂层厚度可为0. 1-lmm。所述粉碎后的ZnO压敏陶瓷为10-100微米粒径的粉体。本发明提出的上述输电导线的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤I)采用球磨法将上述ZnO粉体、Bi2O3粉体、MnO2粉体和Co2O3粉体按上述重量比 例混合，在900-1000°C下烧结4-6小时，粉碎制得ZnO压敏陶瓷粉体，其粒径为10-100微米;2)采用庚烷溶解705硅橡胶，庚烷与聚合物的质量比为1:1至1:2 ;3)溶解后的硅橡胶与ZnO压敏陶瓷粉体采用机械搅拌混合，硅橡胶与ZnO压敏陶瓷粉体的体积百分比为6-9. 5:4-0. 5，混合时间为30-60min，得到ZnO压敏陶瓷/聚合物复合材料。该材料，当外界场强由0至2kV/mm增加时,材料的介电常数由5至600增大。4)将步骤3)得到的材料直接用喷涂方法涂抹于输电导线上，涂抹厚度为0. 1-lmm。常温下放置8-24小时材料自行固化。本发明的实施例各部分的具体实现方式分别说明如下实施例I输电导线所加电压为土800kV，导线选型为LGJ-6 X 630/45。无机陶瓷填料原料中Zn0、Bi203、Mn02、Co203粉末的重量百分比为95:1:0. 5:1。球磨法混料后，在900°C下烧结6小时，制得ZnO压敏陶瓷粉体粒径约为40微米。采用庚烷溶解常705硅橡胶，庚烷和硅橡胶的质量比为I: I采用转矩加大的机械搅拌混合，所需要的硅橡胶和ZnO压敏陶瓷粉体的混合体积比为6:4。混料充分搅拌60min。混合物采用喷涂方法涂抹于输电导线，涂抹厚度为0. 1mm。室温放置8小时自行固化。实施例2输电导线所加电压为土800kV，导线选型为LGJ-6 X 720/50。无机陶瓷填料原料中Zn0、Bi203、Mn02、Co203粉末的重量百分比为95:1:0. 5:1。球磨法混料后，在100(TC下烧结4小时，制得ZnO压敏陶瓷粉体粒径约为60微米。采用庚烷溶解常705硅橡胶，庚烷和硅橡胶的质量比为1:2采用转矩加大的机械搅拌混合，所需要的硅橡胶和ZnO压敏陶瓷粉体的混合体积比为9. 5:0. 5。混料充分搅拌30min。混合物采用喷涂方法涂抹于输电导线，涂抹厚度为0. 8mm。室温放置24小时自行固化。
权利要求
1.一种涂敷无机/聚合物复合材料的输电导线，由钢芯铝绞线及涂敷于该钢芯铝绞线上的ZnO压敏陶瓷/聚合物复合材料涂层所组成；其特征在于，所述的ZnO压敏陶瓷由ZnO粉体、Bi2O3粉体、MnO2粉体和Co2O3粉体混合、烧结、粉碎而成，各成分粉体的重量比为ZnO:Bi2O3Mn02:Co203=95:1:0. 5:1 ;所述的聚合物材料为705硅橡胶。
2.如权利要求I所述的输电导线，其特征在于，所述的钢芯铝绞线选用LGJ-6X630/45或LGJ-6 X 720/50两种类型中的任意一种。
3.如权利要求I所述的输电导线，其特征在于，所述涂层厚度为O.1-lmm。
4.如权利要求I所述的输电导线，其特征在于，所述粉碎后的ZnO压敏陶瓷为10-100微米粒径的粉体。
5.一种如权利I要求所述的输电导线的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤 1)采用球磨法将上述ZnO粉体、Bi2O3粉体、MnO2粉体和Co2O3粉体按上述重量比例混合，在900-1000°C下烧结4-6小时，粉碎制得ZnO压敏陶瓷粉体，其粒径为10-100微米； 2)采用庚烷溶解705硅橡胶，庚烷与聚合物的质量比为1:1至1:2; 3)溶解后的硅橡胶与ZnO压敏陶瓷粉体采用机械搅拌混合，硅橡胶与ZnO压敏陶瓷粉体的体积百分比为6-9. 5:4-0. 5，混合时间为30-60min，得到ZnO压敏陶瓷/聚合物复合材料。该材料，当外界场强由O至2kV/mm增加时,材料的介电常数由5至600增大。
4)将步骤3)得到的材料直接用喷涂方法涂抹于输电导线上，涂抹厚度为O.1-lmm。常温下放置8-24小时材料自行固化。
全文摘要
本发明涉及涂敷无机/聚合物复合材料的输电导线及其制备方法，属于电力系统输电线路电磁环境防护技术领域，该输电导线由钢芯铝绞线及涂敷于其上的ZnO压敏陶瓷/聚合物复合材料涂层所组成；所述ZnO压敏陶瓷由ZnO粉体、Bi2O3粉体、MnO2粉体和Co2O3粉体混合、烧结、粉碎而成，各成分粉体的重量比为ZnO:Bi2O3:MnO2:Co2O3=95:1:0.5:1；粉碎后的ZnO压敏陶瓷粉体粒径为10-100微米；所述的聚合物材料为705硅橡胶。本发明有效均匀了极导线表面电场，有效地抑制电晕的产生，使得无线电干扰值降低优化直流输电线路的电磁环境，采用本发明的输电导线重新设计线路杆塔可减小输电走廊宽度。
文档编号H01B9/00GK102969066SQ20121049315
公开日2013年3月13日 申请日期2012年11月28日 优先权日2012年11月28日
发明者胡军, 余占清, 李敏, 何金良, 曾嵘, 戴梦婷, 高雷, 谢竟成, 田丰, 刘磊, 李锐海, 张波, 季一鸣 申请人:南方电网科学研究院有限责任公司, 清华大学