CN105331199A - 一种电力产品可视测温、绝缘方法 - Google Patents

Abstract

一种电力产品可视测温、绝缘方法，在电力产品的表面涂覆可逆感温变色材料，所述可逆感温变色材料由电子转移型有机化合物制备；混合可逆感温变色材料与基材树脂，经过浇铸、模压、固化成型为油墨基材，浇铸、模压、固化成型过程中加入可逆感温变色材料时先将可逆感温变色材料加入基材树脂内搅拌分散均匀，然后再加入引发剂或固化剂开始聚合或交联反应。本发明可根据采用涂层的由温度变化而变色的绝缘材料，可以很方便地对设备接触点、母排母线、电缆沟等进行安装并观测，在起到绝缘作用的同时可以起到廉价的测温提醒的作用，且施工和维护方便。由于其具有廉价直观、使用方便的特点，能够间接提高电力系统的经济性安全性，保证设备的稳定运行。

Description

一种电力产品可视测温、绝缘方法

技术领域

本发明涉及电力器材的防护和绝缘材料，具体说是一种电力产品可视测温、绝缘方法。

背景技术

配电变电设备的运行安全的稳定性是衡量电力系统安全性的重要指标。为方便运维检修，目前架空线路连接桩头，包括变电站的母线、母排、闸刀、变压器的桩头均裸露在空气中，这样虽然检修方便，但是裸露在空气中的电气设备连接点也造成了潜在的触电危险，已易造成闪络，为了确保用电安全，根据国网公司要求配电连接点、变电站内外的各种母线、母排、闸刀、流变、桩头等器件需要做绝缘处理。绝缘处理有几种方法，使用绝缘护套，采用填充绝缘介质的套管将电气设备包裹其中，可以达到绝缘的效果，但是其不透明，且成本较高，没有太大的使用价值。

许多电气设备如开关柜，开闭所，电缆槽等，由于运行时会产生大量的热，如果不及时监测容易造成电气设备的损坏，影响供电安全。

因此，根据要求需要对这些裸露在外的电子器件进行绝缘处理，并对电气设备的运行温度进行监测。

通常进行绝缘处理的方法是用绝缘材料将电子器件包裹起来，一般使用绝缘护套居多。目前配电及变电设备的连接点、母线、母排、闸刀、桩头等多采用三色绝缘护套包裹，安装之后完全遮蔽住设备，无法观测到设备的运行。如发生漏电现象，由于有色绝缘护套的包裹，运检人员无法观测到漏电产生的火花，无法及时进行维护及检修，危害配电设备及配网线路的安全，易造成故障；而对于电气设备温度控制，目前一般使用人工红外测温的手段，这种方式人工成本高，监测主观性大，无法实时标示温度是否超标。

现在有一种实时监测的方法，采用分布式光纤测温系统，将感应点粘结在需要的测温点处，能够实时监测测温点温度，国外除了使用绝缘护套外，有研究者在套管内壁或母线、母排、闸刀、流变、桩头等器件需要做绝缘处理出植入温度感应光纤光栅或感温探头，通过光纤光栅对监测部位温度进行实时监测。该方法准确度高，减少了人力成本，但造价成本过高，检测点需要预先准确设置，且信号传输无法做到无干扰无线传播，特别是设备连接点处无法安装测温感应点，因此无法使用在户外变压器和闸刀、桩头等设备连接点处。

针对以上问题，开发出可以方便测温并且兼具绝缘保护作用的，以满足配电变电设备安全运行的要求成为今后发展的一个重要方向。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是实现对电力产品提供绝缘防护的同时解决无法可视观察，无法提供直观温度显示，实时监测成本较高的问题，提供一种电力产品可视测温、绝缘方法。

所述电力产品可视测温、绝缘方法，其特征在于：在电力产品的表面涂覆可逆感温变色材料，所述可逆感温变色材料由电子转移型有机化合物制备；混合可逆感温变色材料与基材树脂，经过浇铸、模压、固化成型为油墨基材，浇铸、模压、固化成型过程中加入可逆感温变色材料时先将可逆感温变色材料加入基材树脂内搅拌分散均匀，然后再加入引发剂或固化剂开始聚合或交联反应，加工温度范围为110℃~230℃。

进一步地，所述基材树脂使用有机硅硅树脂、不饱和聚脂、环氧树脂、有机玻璃或尼龙单体。

其中，所述有机硅硅树脂为甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、苯基三氯硅烷、二苯基二氯硅烷或甲基苯基二氯硅烷的一种或多种的混合物加入有机溶剂，加水分解，得到酸性水解物，水解物经水洗除去酸，得到中性的初缩聚体，于空气中热氧化或在催化剂下进一步缩聚，形成高度交联的立体网络结构的有机硅硅树脂。

所述有机硅硅树脂所含的有机基的种类为-CH₃、-C₆H₅、-CH=CH₂、-NH₂(CH₂)或长链烷基之一种或多种。

一种实施例为，在所述有机硅硅树脂中混入增黏剂，以适应铜导体表面的涂覆。

典型地，所述可逆感温变色材料使用微胶囊化材料或热敏变色材料。

根据技术发展需要，本发明可根据温度变化而变色的绝缘材料，该材料采用涂层，可以很方便地对设备接触点、母排母线、电缆沟等进行安装并观测，当出现异常时由于温度升高，会使得绝缘体颜色发生变化，在起到绝缘作用的同时可以起到廉价的测温提醒的作用，且施工和维护方便。

本发明对目前状态检修工作提供了更为方便的方法，为配电变电设备运行状态的监测及设备连接点温度的测量提供更为直观的手段，能够保证当设备温度出现异常时，运维人员能够直观得到情况，方便维护及检修。具体表现为：

本发明在为电力产品的表面提供耐高低温、耐腐蚀、耐老化的绝缘保护的基础上，能够廉价的实现设备异常测温的可视化。可视化的绝缘护套可以在提供绝缘性的同时观测设备连接点运行状况，在出现漏电火花时，会使得绝缘体外壁温度急剧升高，引起套管外可视化基壳层变色，以提醒检查人员，设备内部出现非正常工作状况，便于维修人员及时检修，提高了运维的及时性和准确性。

本发明能够直观告知温度是否在要求范围内。目前设备连接点温度采用红外测温方法，该方法人工成本高，并且当设备安装距离地面较高时，运维人员需登高作业，增大了危险性。采用在线监测的方法无法实现户外野外数据无线传输。本发明能够通过温度的变化，运维人员在地面就可以观察到涂有或分散有可视变色涂料外壳颜色的改变，判断设备是否在温度要求范围内，可以替代红外测温工作，更加直观。

本发明在直接效益上可以方便运检人员对配电连接点处、变电用母线、母排、闸刀、桩头等器件进行直观观测，并且根据其变温特性直观测量出温度的变化，减少运检人员的工作量；间接效益上，由于项目成果可以直观观测接触点、母线、母排、闸刀、桩头等配电变电器件温度的变化，这比用红外温度计测量更快更直观，比在线监测更廉价简单，从而能够及时准确提醒运检人员，增大了器件运行安全，从而保护设备的安全运行。该产品可应用的范围很广，从简答的设备接触点如桩头，闸刀等，到如开闭所、电缆槽、开关柜、配电柜、箱变等电气设备装置，均可使用。由于其具有廉价直观的特点，使用方便，推广使用后能够间接提高电力系统的经济性安全性，保证设备的稳定运行。

具体实施方式

可逆感温变色材料是由电子转移型有机化合物体系制备的，通过温度的变化，使电子跃迁发生结构变化从而实现颜色的改变。在电力设备的导体表面涂覆可逆感温变色材料，并使可逆感温变色材料的变色临界点设置为温度临界值，可以同时实现绝缘和温度观测，并且成本低廉，施工方便、维护便捷，监测无死点。

现有的可逆感温变色材料一般用在油墨及玩具中，用在电工材料上尚需对材料性能作出调整。感温变色材料可用于聚丙烯（PP）、软聚氯乙烯（S-PVC）、AS、ABS和硅胶等透明或半透明塑料的注塑、挤塑成型。也可混入不饱和聚脂、环氧树脂、有机玻璃或尼龙单体内浇铸、模压、固化成型合适之油墨基材。加工温度应控制在200℃以下,最高不要超过230℃，并尽量减少物料的受热时间。浇铸、模压、固化成型中使用变色材料时应先将变色材料加入不饱和聚脂、有机玻璃或尼龙单体内内搅拌分散均匀，然后再加入引发剂或固化剂开始聚合或交联反应。因为在预聚后体系粘度急剧升高，此时加入变色材料会使大量颗粒包裹在一起，难于分散均匀。另外，此时的搅拌操作也会使体系中残留大量气泡。需要注意的是，注塑和挤出中使用变色材料时塑料中不应再同时使用其它填充料或普通颜料(例如：钛白粉，碳酸钙，硫酸钡，碳黑等)，否则将会屏蔽变色效果。在环氧树脂和不饱和聚酯树脂的交联固化过程中，其内部有时会产生强大的收缩应力，导致变色颜料微胶囊外壳破裂，其它化学物质进入颜料内部使其失去变色性能。这种情况在环氧树脂固化厚度大于0.2毫米并且使用多胺类固化剂时经常会发生。因此使用该种变色材料，采用相容性好及绝缘性能好的基体树脂如有机硅树脂作为基材树脂会比较好。

1.基体树脂材料性能

有机硅，英文名：silicone，即有机硅化合物，是指含有Si-O键、且至少有一个有机基是直接与硅原子相连的化合物。有机硅材料具有独特的结构：

1）Si原子上充足的甲基将高能量的聚硅氧烷主链屏蔽起来；

2）C-H无极性，使分子间相互作用力十分微弱；

3）Si-O键长较长，Si-O-Si键键角大；

4）Si-O键是具有50%离子键特征的共价键（共价键具有方向性，离子键无方向性）。

由于有机硅独特的结构，兼备了无机材料与有机材料的性能，具有表面张力低、粘温系数小、压缩性高、气体渗透性高等基本性质，并具有耐高低温、电气绝缘、耐氧化稳定性、耐候性、难燃、憎水、耐腐蚀、无毒无味以及生理惰性等优异特性。特别是绝缘性，其介电损耗、耐电压、耐电弧、耐电晕、体积电阻系数和表面电阻系数等均在绝缘材料中名列前茅，而且它们的电气性能受温度和频率的影响很小。因此，它们是一种稳定的电绝缘材料，并且具备优异的拒水性，是一种可靠的电气绝缘材料。

有机硅树脂是高度交联的网状结构的聚有机硅氧烷，通常是用甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、苯基三氯硅烷、二苯基二氯硅烷或甲基苯基二氯硅烷的各种混合物，在有机溶剂如甲苯存在下，在较低温度下加水分解，得到酸性水解物。水解的初始产物是环状的、线型的和交联聚合物的混合物，通常还含有相当多的羟基。水解物经水洗除去酸，中性的初缩聚体于空气中热氧化或在催化剂存在下进一步缩聚，最后形成高度交联的立体网络结构。硅树脂含有机基团的数量即R/Si值是控制硅树脂质量的主要指标之一，有机硅树脂的固化性、漆膜柔韧性、硬度、耐热性及耐热开裂性等均与R/Si有关。一般线性硅油的R/Si略大于2，硅橡胶的R/Si接近于2，而硅树脂的R/Si在1.0左右。R/Si值越小，硅树脂的固化性能就越好，热失重越小，漆膜坚硬，但柔韧性降低，漆膜变脆，耐冲击强度降低；R/Si值越大，硅树脂就需要在高温（200-250℃）下长时间烘烤或是借助于催干剂作用进行固化，使柔韧性较好，漆膜硬度差，具有较好的抗冲击强度。

此外，硅树脂的性能还与有机基团R的种类密切相关，当有机基为-CH3时，可赋予硅树脂热稳定性、憎水性、脱模性、耐电弧性；当有机基为-C6H5时，赋予硅树脂氧化稳定性，可提高树脂的热稳定性；当有机基为-CH=CH2时，可改善硅树脂的固化性能并赋予偶联性；当有机基为苯基、乙基时，可改善硅树脂与有机物的共混性；当有机基为-NH2(CH2)时，可改进聚合物的水溶性，同时赋予偶联性；当有机基为长链烷基时，可提高硅树脂的憎水性。因此，可根据具体的性能要求选择带有不同基团的硅氧烷单体来制备硅树脂。

有机硅硅树脂是一种热固性的塑料，它最突出的性能之一是优异的热氧化稳定性。250℃加热24小时后,硅树脂失重仅为2～8%。硅树脂另一突出的性能是优异的电绝缘性能,它在宽的温度和频率范围内均能保持其良好的绝缘性能。一般硅树脂的电击穿强度为50千伏/毫米，体积电阻率为1013～1015欧姆/厘米，介电常数为3，介电损耗角正切值在10-30左右。此外，硅树脂还具有卓越的耐潮、防水、防锈、耐寒、耐臭氧和耐候性能，对绝大多数含水的化学试剂如稀矿物酸的耐腐蚀性能良好。耐候性是有机硅树脂重要的特点之一，有机硅树脂中的甲基硅氧烷对紫外光几乎不吸收，含PhSiO1.5或Ph2SiO链节的硅氧烷也仅吸收280nm以下的光线（包括少量紫外光），故太阳光照射对硅树脂的影响较小，这正是硅树脂涂料耐候性优良的主因。

对于机械性能，可以通过调整树脂分子结构来进行调整，当三官能或四官能链节含量愈高，即交联密度愈大时，可以得到高硬度和低弹性的漆膜；引入大空间位阻的取代基，可以提高柔韧性及热弹性。硅树脂对铁、铝、银、锡、玻璃及陶瓷等粘接性良好，但对铜的粘接性欠佳，特别是在高温及长时间热老化后，可能使铜别面的氧化薄膜有加速硅树脂热裂解反应之故。硅脂对对有机材料如塑料、硅橡胶等的粘接性，主要取决于后者的表面能及与硅树脂的相容性。表面能愈低及相容性愈差的材料越难粘接。通过对基材表面的处理（包括磨砂及打底），特别是在硅树脂中引入增黏成分，可在一定程度上提高硅树脂对难粘基材的粘接性。

2.感温变色材料性能

可逆感温变色材料是由电子转移型有机化合物体系制备的。电子转移型有机化合物是一类具有特殊化学结构的有机发色体系。在特定温度下因电子转移使该有机物的分子结构发生变化，从而实现颜色转变。这种变色物质不仅颜色鲜艳，而且可以实现从“有色===无色”和“无色===有色”状态的颜色变化,这是重金属复盐络合物型和液晶型可逆感温变色物质所不具备的。

微胶囊化的可逆感温变色物质称为可逆感温变色材料。这种材料的颗粒呈圆球状，平均直径为2~7微米（一微米等于千分之一毫米）。其内部是变色物质，外部是一层厚约0.2~0.5微米既不能溶解也不会融化的透明外壳，正是它保护了变色物质免受其他化学物质的侵蚀。因此，在使用中避免破坏这层外壳是十分重要的。

热敏变色材料的类型分为热消色型及热发色型，热消色型在低温时为有色状态，当温度升至设定值时颜色从有色变为无色。它的变色温度可根据用户需要在-20～80℃范围内设定。这类变色材料的品种最多，色谱齐全，是最常用的变色材料；热发色型材料在低温时为无色状态，当温度升至设定值时颜色从无色变为有色。由于感温变色材料本身是个不稳定体系，因此其耐光性较差，在强烈阳光照射下暴晒很快会失效，因此目前只适用于室内使用。

3.制备工艺

优异的制备工艺是制作可逆温变材料的重要保证。在实际应用中，感温变色绝缘材料是在电场、户外等复杂条件下使用，因此其受到的腐蚀、老化是持续的，这就要求其具有良好的耐腐蚀、耐老化性能。同时其绝缘性能是必须得到保证的，因此对该材料制备需要良好的工艺保证其安全运行。采用先进涂料制备工艺制备感温变色绝缘涂料，保证涂料在连接点、母线、母排、闸刀，桩头等能够均匀涂装，保证涂料的附着力，绝缘性能好。

4.生产实际情况

当前，基本采取人力红外测温方式进行配电设备连接点的运行情况掌控。存在消耗人力、资金量较大，检测周期较长的情况。根据历年来运行经验，配网架空线路电气连接点异常比例基本在1.5%~2%之间，以江苏省泰州市市区近年来配网红外测温数据为例，如下表:

年份	测量点数	发现异常点数	异常比例（%）
				2011	12050	220	1.83
2012	14322	251	1.75
				2013	15602	242	1.55

因此，若想在短时间内对新的检测手段进行验证，需要选取200个电气连接点以上进行试验，才能取得相对真实有效的数据。

该项目实施的难点在于：

1）设计可视性的温变绝缘护套材料成品形式

该种材料在正常温度范围内为透明无色，可以清洗看到器件运行状况。当温度达到特定温度时，颜色由无色变为有色，起到提醒作用，并且当温度下降后颜色又能变为无色，具备可逆性。目前采用温变材料在电工材料中应用的实例不多，因此设计出能够方便使用的材料形式很重要。绝缘护套一般采用硅橡胶及PVC塑料，这两种材料的成型工艺均需要高温及较大的压力，由于微胶囊化温变粒子在高温及较大压力过程中会破坏保护外壳，因此不得选用高温高压工艺制作的成型模式。据此我们选择涂料工艺来制备温变绝缘涂料进行研究，制作出的涂料要求能够完美涂装在器件表面，不起泡不起皮，与器件表面贴合紧密附着力强，并且能够及时准确根据温度变化而颜色变化，保护温变粒子不受破坏。

2）选择可视性的温变绝缘护套材料树脂类型

能够制作成涂料的树脂有很多，如有机硅树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂等。根据电工材料的特点，需要具备绝缘性好、耐腐蚀、耐老化、耐磨并具有一定韧性的材料。我们选择有机硅材料作为涂料的基体材料。有机硅树脂是高度交联的网状结构的聚有机硅氧烷，具有优异的附着力与耐腐蚀性能，能够快速反应，韧性好，绝缘性佳。变压器等配电期间安置在户外环境，因此需要考量其耐老化性能。

3）老化环境模拟及实验方案的设计

研究设计材料的寿命分析，以及在运行环境中的老化情况。该研究内容难点在于，需要全面地模拟运行环境中各项影响因素，包括电磁场、应力应变、温湿条件等，并进行老化实验的设计。同时对材料进行加速老化，实现全周期使用寿命的计算和评估，其科学性也有待反复论证。确保可逆温变材料的使用稳定性及寿命，保证温变数据的准确性，提升材料的使用安全。

4）可靠性研究

研究材料的强度、韧性及绝缘性能，确保涂料在设备运行过程中不脱落，保证较好的强度及韧性，避免轻微撞击造成涂层损坏；对涂料施工性能进行研究，保证施工方便，能够很好地把涂料均匀地喷涂或刷涂在需要的电气设备上，并保证美观性。研究保证材料能够承受恶劣运行条件，特别是高温天气下对变色性能的影响。

5）施工便利性研究

考虑配网连接点数量较多，简便施工是需要考虑的重要项目，研究方向为喷涂式安装，将重点研究试验喷涂方式及剂量，确保便利的同时，不影响性能发挥。

Claims (6)

1.一种电力产品可视测温、绝缘方法，其特征在于：在电力产品的表面涂覆可逆感温变色材料，所述可逆感温变色材料由电子转移型有机化合物制备；混合可逆感温变色材料与基材树脂，经过浇铸、模压、固化成型为油墨基材，浇铸、模压、固化成型过程中加入可逆感温变色材料时先将可逆感温变色材料加入基材树脂内搅拌分散均匀，然后再加入引发剂或固化剂开始聚合或交联反应，加工温度范围为110℃~230℃。

2.根据权利要求1所述的电力产品可视测温、绝缘方法，其特征在于：所述基材树脂使用有机硅硅树脂、不饱和聚脂、环氧树脂、有机玻璃或尼龙单体。

3.根据权利要求2所述的电力产品可视测温、绝缘方法，其特征在于：所述有机硅硅树脂为甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、苯基三氯硅烷、二苯基二氯硅烷或甲基苯基二氯硅烷的一种或多种的混合物加入有机溶剂，加水分解，得到酸性水解物，水解物经水洗除去酸，得到中性的初缩聚体，于空气中热氧化或在催化剂下进一步缩聚，形成高度交联的立体网络结构的有机硅硅树脂。

4.根据权利要求2或3所述的电力产品可视测温、绝缘方法，其特征在于：所述有机硅硅树脂所含的有机基的种类为-CH₃、-C₆H₅、-CH=CH₂、-NH₂(CH₂)或长链烷基之一种或多种。

5.根据权利要求1所述的电力产品可视测温、绝缘方法，其特征在于：在所述有机硅硅树脂中混入增黏剂，以适应铜导体表面的涂覆。

6.根据权利要求1所述的电力产品可视测温、绝缘方法，其特征在于：所述可逆感温变色材料使用微胶囊化材料或热敏变色材料。