CN101698597A - 一种高梯度非线性电阻片的原料配方及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及非线性金属氧化物避雷器制造领域，公开了一种高梯度非线性电阻片的原料配方及其制造方法，适用于超特高压电力设备的小型化金属氧化物避雷器；其原料配方，包括以下摩尔百分比组分：其中Bi₂O₃：0.5-1.5％，Co₂O₃：0.7-1.2％，MnCO₃：0.4-0.9％，Sb₂O₃：0.7-1.5％，Cr₂O₃：0.2-0.8％，SiO₂：0.5-1.1％，Y₂O₃：0.3-1.2％组成的添加剂；余量为主料ZnO；其制造方法采用配添加剂→球磨→煅烧→ZnO+添加剂+分散剂混合→喷雾造粒→成型→烧成→磨片→热处理→喷铝→有机绝缘层的工艺路线实现。

Description

一种高梯度非线性电阻片的原料配方及其制造方法

技术领域

本发明涉及非线性金属氧化物避雷器制造领域，特别涉及一种高梯度非线性电阻片的原料配方及其制造方法，适用于超特高压电力设备的小型化金属氧化物避雷器。

背景技术

随着电力技术的发展，变电站电压等级越来越高，而场地的扩大受到越来越多的限制，有必要对电气设备进行小型化，避雷器就是其中之一。为了减小避雷器的尺寸，需要减轻避雷器电阻芯体的体积和重量，而提高电阻片电位梯度是解决这一问题的有效的技术手段。

高梯度电阻片的研究就是将电位梯度由200V/mm的传统电位梯度提高，已经有的高梯度电阻片电位梯度可以达到300V/mm，可以部分满足小型化避雷器的需求，但是仍然不能全面满足超特高压输配电避雷器设备的需要。当电位梯度提高到常规阀片的2倍时，即达到400V/mm以上的高梯度新型电阻片，同时满足方波通流容量的要求，这样生产同样规格和数量的避雷器所需阀片数量降至原来的一半，将对生产成本的降低做出极大的贡献。因此，高梯度氧化锌非线性电阻片作为决定特高压关键设备避雷器保护性能的核心部件，受到了各方面的高度关注。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高梯度非线性电阻片的原料配方及其制造方法，能够将金属氧化物避雷器用氧化锌电阻片的电位梯度由原来的220V/mm提高到416V/mm或更高，同时保持电阻片的其它电气性能良好。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

(1)一种高梯度非线性电阻片的原料配方，其特征在于，包括以下摩尔百分比组分：其中Bi₂O₃：0.5-1.5％，Co₂O₃：0.7-1.2％，MnCO₃：0.4-0.9％，Sb₂O₃：0.7-1.5％，Cr₂O₃：0.2-0.8％，SiO₂：0.5-1.1％，Y₂O₃ 0.3-1.2％组成的添加剂；余量为主料ZnO。

(2)一种高梯度非线性电阻片的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

首先，按照技术方案(1)所述高梯度非线性电阻片的原料配方称取添加剂各组分和主料ZnO，然后将添加剂各组分经过球磨混合，加热烘干后装入陶瓷匣缽，在800℃下煅烧1小时后自然冷却、粉碎形成添加剂粉末；

其次，在混合罐中加入添加剂粉末、主料ZnO、有机粘合剂、分散剂、水以及按照添加剂和主料ZnO的总量为基准的0.003％摩尔含量的Al(NO₃)₃9H₂O进行混合，形成均匀的浆料，经过喷雾干燥法进行干燥造粒，获得的造粒粉；

再次，将造粒粉压制成型电阻片素坯体，并经480℃高温去除有机物质粘合剂、分散剂；然后直接涂覆无机高阻层浆料或850℃的预烧结后涂覆无机高阻层浆料，并在1100℃-1200℃下烧结4小时，得到电阻片烧结体；

最后，将电阻片烧结体两端面研磨平整后，进行550℃热处理，并喷镀铝电极，再在电阻片侧面涂覆有机绝缘层，即得高梯度非线性电阻片。

本发明通过在ZnO-Bi₂O₃-Sb₂O₃系掺杂Y₂O₃等稀土元素氧化物，优化电阻片的原料配方，电位梯度由原来的220V/mm提高到416V/mm或更高，同时保持电阻片的其它电气性能如方波耐受能力、压比、老化性能良好。

同时，按照上述原料配方，采用配添加剂→球磨→煅烧→ZnO+添加剂+分散剂混合→喷雾造粒→成型→烧成→磨片→热处理→喷铝→上釉(有机绝缘层)是的工艺路线，可以制造出电位梯度为300V/mm-416V/mm的各种规格的电阻片，特别是可以制造直径是136mm的大尺寸高梯度非线性氧化锌电阻片，以满足避雷器小型化制造的要求，尤其适合超特高压GIS避雷器的需要。

按照本发明生产的电阻片与传统的相比，可以节约原料一半，降低能耗一半，减少环境污染。采用本发明的电阻片的可以使罐式避雷器的占地面积、空间体积都大幅度减少，同时罐体钢材用量减少60％，SF6气体用量减小60％，辅助元件用量也相应减小。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

实施例1

本实施例采用高梯度非线性电阻片的原料配方，其摩尔百分比组分为：其中Bi₂O₃：0.5-1.5％，Co₂O₃：0.7-1.2％，MnCO₃：0.4-0.9％，Sb₂O₃：0.7-1.5％，Cr₂O₃：0.2-0.8％，SiO₂：0.5-1.1％，Y₂O₃ 0.3-1.2％组成的添加剂；余量为主料ZnO。

本实施例按照上述高梯度非线性电阻片的原料配方进行制造方法，具体包括以下步骤：

首先，称取添加剂各组分和主料ZnO，然后将添加剂各组分经过球磨混合，加热烘干后装入陶瓷匣缽，在800℃下煅烧1小时后自然冷却、粉碎形成细的添加剂粉末；

其次，在混合罐中加入添加剂粉末、主料ZnO、有机粘合剂-聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯酸铵分散剂、水以及按照添加剂和主料ZnO的总量为基准的0.003％摩尔含量的Al(NO₃)₃9H₂O进行混合，形成均匀的浆料，经过喷雾干燥法进行干燥造粒，获得的造粒粉；

再次，将造粒粉压制成型电阻片素坯体(其外直径165mm、内直径为66mm，高度为27mm的带中孔的圆柱环)，并经480℃高温去除有机物质粘合剂、分散剂；然后直接涂覆无机高阻层浆料(由Bi₂O₃-Sb₂O₃-SiO₂-ZnO分别占20-30％，制成浆料后进行涂覆)，或850℃的预烧结后涂覆前述无机层浆料，并在1100℃下烧结4小时得到电阻片烧结体。

最后，将电阻片烧结体两端面研磨平整后，进行550℃热处理，并喷镀铝电极，再在电阻片侧面涂覆牌号为“145”浸渍漆(市场可以购买)作为有机绝缘层，即得高梯度非线性电阻片。

制成的电阻片进行非线性特性的测量，测量电阻片在通过直流1mA电流时电阻片两端的电压(U1mA)，以及通过8/20s雷电波时电阻片两端的电压(U5kA)，其比值就是残压比(K)也就是非线性特性。将1mA电压与电阻片厚度的比值称作电阻片的电位梯度(E1mA)，高梯度电阻片指的是300V/mm以上的E1mA，其测量结果见表1。

表1：

由表1可知，本发明生产的电阻片可以获得400V/mm以上大电位梯度，具有较好的残压比，即具有非常好的非线性电阻特性。

实施例2

本实施例采用高梯度非线性电阻片的原料配方，其摩尔百分比组分为：其中Bi₂O₃：0.5-1.5％，Co₂O₃：0.7-1.2％，MnCO₃：0.4-0.9％，Sb₂O₃：O.7-1.5％，Cr₂O₃：0.2-0.8％，SiO₂：0.5-1.1％，Y₃O₃ 0.3-1.2％组成的添加剂；余量为主料ZnO。

本实施例按照上述高梯度非线性电阻片的原料配方进行制造方法，具体包括以下步骤：

首先，称取添加剂各组分和主料ZnO，然后将添加剂各组分经过球磨混合，加热烘干后装入陶瓷匣缽，在800℃下煅烧1小时后自然冷却、粉碎形成细的添加剂粉末；

其次，在混合罐中加入添加剂粉末、主料ZnO、有机粘合剂、分散剂、水以及按照添加剂和主料ZnO的总量为基准的0.003％摩尔含量的Al(NO₃)₃9H₂O进行混合，形成均匀的浆料，经过喷雾干燥法进行干燥造粒，获得的造粒粉；

再次，将造粒粉压制成型电阻片素坯体(其外直径165mm、内直径为66mm，高度为27mm的带中孔的圆柱环)，并经480℃高温去除有机物质粘合剂、分散剂；然后直接涂覆无机高阻层浆料或850℃的预烧结后涂覆无机高阻层浆料，并在1200℃下烧结4小时，得到电阻片烧结体。

最后，将电阻片烧结体两端面研磨平整后，进行550℃热处理，并喷镀铝电极，再在电阻片侧面涂覆有机绝缘层，即得高梯度非线性电阻片。

制成的电阻片进行非线性特性的测量，测量电阻片在通过直流1mA电流时电阻片两端的电压(U1mA)，以及通过8/20s雷电波时电阻片两端的电压(U5kA)，其比值就是残压比(K)也就是非线性特性。将1mA电压与电阻片厚度的比值称作电阻片的电位梯度(E1mA)，高梯度电阻片指的是300V/mm以上的E1mA，其测量结果见表2。

表2：

由表2可知，本发明在改变烧结温度后可以获得300V/mm以上低于400V/mm的高电位梯度电阻片，同样具有较好的残压比，即具有非常好的非线性电阻特性。

实施例3

本实施例采用高梯度非线性电阻片的原料配方，其摩尔百分比组分为：其中Bi₂O₃：1.0％，Co₂O₃：1.0％，MnCO₃：0.6％，Sb₂O₃：1.0％，Cr₂O₃：0.5％，SiO₂：1.0％，Y₂O₃ 1.0％，余量为主料ZnO。电阻片制造过程中素坯体直径为36mm～126mm，高度为27mm的圆柱体；并且去除有机粘合剂、分散剂后，分别在1100℃或1200℃下烧结4小时得到电阻片烧结体，其他步骤与实施例1、2相同，制成的电阻片进行非线性特性的测量，测量结果见表3和表4。

表3：

序号	成型尺寸外径(mm)	烧结温度(℃)	电位梯度E1mA(V/mm)	残压比(K)
					1	36	1200	321	1.68
2	85	1200	316	1.57
					3	126	1200	308	1.48

表4：

序号	成型尺寸外径(mm)	烧结温度(℃)	电位梯度E1mA(V/mm)	残压比(K)
					1	36	1100	426	1.66
2	85	1100	419	1.55

序号	成型尺寸外径(mm)	烧结温度(℃)	电位梯度E1mA(V/mm)	残压比(K)
					3	126	1100	417	1.46

由表3和表4可知，本发明能够用于不同尺寸的电阻片的制造。

Claims (2)

1.一种高梯度非线性电阻片的原料配方，其特征在于，包括以下摩尔百分比组分：其中Bi₂O₃：0.5-1.5％，Co₂O₃：0.7-1.2％，MnCO₃：0.4-0.9％，Sb₂O₃：0.7-1.5％，Cr₂O₃：0.2-0.8％，SiO₂：0.5-1.1％，Y₂O₃ 0.3-1.2％组成的添加剂；余量为主料ZnO。

2.一种高梯度非线性电阻片的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

首先，按照权利要求1所述高梯度非线性电阻片的原料配方称取添加剂各组分和主料ZnO，然后将添加剂各组分经过球磨混合，加热烘干后装入陶瓷匣缽，在800℃下煅烧1小时后自然冷却、粉碎形成添加剂粉末；

其次，在混合罐中加入添加剂粉末、主料ZnO、有机粘合剂、分散剂、水以及按照添加剂和主料ZnO的总量为基准的0.003％摩尔含量的Al(NO₃)₃9H₂O进行混合，形成均匀的浆料，经过喷雾干燥法进行干燥造粒，获得的造粒粉；

再次，将造粒粉压制成型电阻片素坯体，并经480℃高温去除有机物质粘合剂、分散剂；然后直接涂覆无机高阻层浆料或850℃的预烧结后涂覆无机高阻层浆料，并在1100℃-1200℃下烧结4小时，得到电阻片烧结体；

最后，将电阻片烧结体两端面研磨平整后，进行550℃热处理，并喷镀铝电极，再在电阻片侧面涂覆有机绝缘层，即得高梯度非线性电阻片。