CN106683812B - 一种用于雷电流测量的磁钢棒及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于雷电流测量的磁钢棒及其生产工艺，所述磁钢棒由功能材料和辅助材料组成，所述功能材料包括LNG9、LNG10和铁氧体粉末，所述辅助材料包括高价金属铬溶液、环氧粉末和硬脂酸锌。所述磁钢棒的生产工艺包括如下步骤：1)将LNG9和LNG10分别进行破碎和研磨制成100目的粉末；2)再按比例配制LNG9、LNG10、铁氧体粉末和硬脂酸锌，并进行混粉；3)将步骤2)所得均匀粉末置于三氧化铬溶液中钝化处理；4)称取钝化处理后的粉末压制成型；5)将成型的磁钢棒于150～210℃C下烘烤定型120～250min；6)将步骤5)所得磁钢棒表面包裹一层环氧粉溶液，静置晾干。本发明磁钢棒测量雷电流的量程更宽、线性度更好、测量误差更小，生产工艺简单易行，适用于大规模的工业生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力系统中电网安全与保护应用装置，具体涉及一种用于雷电流测量磁钢棒及其生产工艺。
背景技术
电力系统中的高压输电线路架设高度高，覆盖范围广，所经地形复杂，易受雷击，做好高压线路防雷工作迫在眉睫。雷电监测是高压线路防雷工作的重点，主要内容包括线路遭受雷击时雷电流幅值的检测和线路雷击故障类型的判别。通过雷电流幅值的测量可以获得雷击线路雷电流幅值的分布规律，分析计算出线路的实际耐雷水平，为高压输电线路的防雷优化设计提供依据；正确判别线路雷击故障类型，将会使高压输电线路的防雷更有针对性。
研究者对雷电流测量做了很多工作。通过雷电定位系统实现雷电预警，虽然能够很好的对雷电进行定位，但对雷电流的测量误差还是无法确定。还有在杆塔避雷针上安装罗氏线圈来监测雷击塔顶的雷电流，但由于罗氏线圈造价较高，且雷电监测装置需要大量布置，成本较高。另外是在电力系统中装设了大量的磁钢记录器(磁钢棒)用来监测雷电流幅值，这种方法简单易行，成本较低，但其测量雷电流误差较大，测量范围太小，不能测量较大幅值雷电流，且易受雷电波形影响。
目前，磁钢棒的生产多采用铁氧体、镍钢等磁性材料，通过采用铸造、切条切片、粉末熔压等成型工艺制备，其中磁性能最好的磁钢棒是由Alnisi合金粉(铝15％，镍24％，钢4％，铁57％)与环氧粉熔压而成，但是，所得磁钢棒存在涡流损耗小、矫顽磁力大以及不易饱和等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于雷电流测量的磁钢棒及其生产工艺，克服现有技术的不足，制备的磁钢棒剩磁特性曲线测量区间更大、灵敏度更高以及线性度更好，使得雷电冲击电流与剩磁间的对应关系更加精确。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于雷电流测量的磁钢棒，所述磁钢棒由功能材料和辅助材料组成，所述功能材料包括LNG9、LNG10和铁氧体粉末，所述辅助材料包括高价金属铬溶液、环氧粉末和硬脂酸锌。LNG9和LNG10为主要记录成分，LNG9具有高剩磁低矫顽力的特性，LNG10能够满足在不同电流情况下的线性条件。铁氧体粉末为绝缘材料，能够使材料之间绝缘。环氧粉末为粘接剂，在较低的配比下具有较大的强度，能够提供良好的机械性能。硬脂酸锌为润滑剂，增加各种粉末间的流动性。
所述的用于雷电流测量的磁钢棒的第一优选方案，所述LNG9和LNG10为铸造铝镍钴磁钢，包含铝、镍、铜、钛和硅元素。
所述的用于雷电流测量的磁钢棒的第二优选方案，所述高价金属铬为三氧化铬。三氧化铬是强氧化剂，用来氧化磁钢粉末表面，增强其绝缘性，使迟滞损耗最低。
所述的用于雷电流测量的磁钢棒的第三优选方案，所述功能材料LNG9：LNG10：铁氧体粉末的质量比为0.8～1.2：0.8～1.2：0.6～1.5。
所述的用于雷电流测量的磁钢棒的第四优选方案，所述功能材料LNG9：LNG10：铁氧体粉末的质量比为1：1：0.8～1.2。
所述的用于雷电流测量的磁钢棒的第五优选方案，所述功能材料LNG9：LNG10：铁氧体粉末的质量比为1：1：1。
所述的用于雷电流测量的磁钢棒的第六优选方案，所述三氧化铬和环氧粉末分别占功能材料总质量的2～8％；所述硬脂酸锌占功能材料总质量的0.1～0.8％。
所述的用于雷电流测量的磁钢棒的第七优选方案，所述三氧化铬和环氧粉末分别占功能材料总质量的5％；所述硬脂酸锌占功能材料总质量的0.5％。
一种所述的用于雷电流测量的磁钢棒的生产工艺，所述工艺包括如下步骤：
1)将LNG9和LNG10分别进行破碎和研磨制成100目的粉末；
2)再按比例配制LNG9、LNG10、铁氧体粉末和硬脂酸锌，并进行混粉；
3)将步骤2)所得均匀粉末置于三氧化铬溶液中钝化处理；
4)称取钝化处理后的粉末压制成型；
5)将成型的磁钢棒于150～210℃下烘烤定型120～250min；
6)将步骤5)所得磁钢棒表面包裹一层环氧粉溶液，静置晾干。
所述的用于雷电流测量的磁钢棒的生产工艺的第一优选技术方案，所述步骤5)将磁钢棒于180℃下烘烤150min。
本发明磁钢棒的性能测试：
1.涡流损耗
采用磁钢棒测量雷电流幅值时，应尽量减小雷电流波形对测量结果的影响，这要求磁钢棒对高频的电流有较好的响应特性。然而，一般的磁钢棒，由于磁钢原料存在一定的导电性，在变化的高频电流作用下会产生涡流，从而影响其对电流的响应特性，导致对不同频率或波形、相同幅值的电流，磁钢棒剩磁出现较大的差异，影响磁钢棒对雷电流幅值的测量精度。
图1为本发明磁钢棒与采用不同粘接材料和工艺生产的对比磁钢棒在8/20μs或4/10μs的冲击电流作用下的剩磁特性曲线。对比磁钢棒在8/10μs波形冲击电流作用下的剩磁为4/10μs波形的剩磁的2.5倍，涡流损耗对剩磁的影响较为明显；而本发明磁钢棒在不同波形冲击电流作用下剩磁基本一致。
2.灵敏度
纯铁是典型的软磁材料，在较小的外施磁场作用下能感应出很高的磁感应强度，但外施磁场撤离后，其感应磁场也随之消失；而铝钴镍合金磁钢是稳定性较高的硬磁材料，在足够强的外施磁场作用下能感应出很高的磁感应强度，且外施磁场撤离后，该磁感应强度可以保持不变。磁钢棒的灵敏度取决于铁粉和磁钢粉的混合比例以及粉末的粗细、密度和粉末间的绝缘强度等。
图2为铸造磁钢棒、武高所原来研制的磁钢棒以及本发明磁钢棒的灵敏度对比结果，NYL是中国生产的一种铸造磁钢棒的品牌代码。从图中可以看出本发明磁钢棒的灵敏度最高，比武高所原生产的磁钢棒提高了近一倍。
3.稳定性和线性度
由于铁粉是一种软磁材料，其磁场记录的稳定性较差，在受到震动和温度变化时，其剩磁会产生较大的变化。
图3为本发明磁钢棒、武高所原来研制的磁钢棒及铁粉比例过高的试验磁钢棒，由图得出，试验磁钢棒的稳定性较差，在不同幅值雷电流作用下的剩磁没有规律，剩磁特性曲线的线性度较差，本发明磁钢棒稳定性最佳，在不同幅值雷电流作用下的剩磁特性曲线的线性度最好。
4.剩磁特性
图4给出了沿导线周围磁场方向、离导线中心距离50mm布置的本发明磁钢棒和武高所原磁钢棒剩磁特性曲线的对比图。从图中可以看出本发明磁钢棒剩磁特性曲线的线性区间约在0～70kA，而武高所原磁钢棒的线性区间约在7kA～50kA。因此本发明磁钢棒与武高所原磁钢棒相比，在提高了测量小电流的灵敏度和精度的同时，其测量范围也提高了40％以上。
与最接近的现有技术比，本发明具有如下有益效果：
1)本发明的磁钢棒选用具有优异温度系数的铝镍钴磁钢，保证其在不同温度下测量结果的稳定性，在磁钢棒外壁包裹环氧粉，使其可以在户外较为恶劣的天气下长期使用，机械强度好；
2)本发明的磁钢棒涡流损耗更小、灵敏度更高、稳定性更好、分散性更小、测量量程更大，能满足各种高低电流的记录，且具有较高的测量精度，为电力系统中电网安全与保护提供保障。
附图说明
图1：雷电流波形对磁钢棒剩磁的影响对比图；其中：1本发明磁钢棒在4/10μs冲击电流下的剩磁特性曲线，2本发明磁钢棒在8/20μs冲击电流下的剩磁特性曲线，3对比磁钢棒在4/10μs冲击电流下的剩磁特性曲线，4对比磁钢棒在8/20μs冲击电流下的剩磁特性曲线；
图2：磁钢棒灵敏度对比图；其中：1本发明磁钢棒磁化曲线，2武高所原磁钢棒磁化曲线，3NYL铸造磁钢棒磁化曲线；
图3：磁钢棒稳定性和线性度对比图；其中：1本发明磁钢棒磁化曲线，2武高所原磁钢棒磁化曲线，3试验磁钢棒磁化曲线；
图4：磁钢棒适用测量范围对比图；其中：1本发明磁钢棒磁化曲线，2武高所原磁钢棒磁化曲线。
具体实施方式
以下通过具体的实施例对本发明进行进一步描述，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1
一种用于雷电流测量的磁钢棒，所述磁钢棒由LNG9、LNG10、铁氧体粉末、三氧化铬溶液、环氧粉末和硬脂酸锌制成，其中LNG9：LNG10：铁氧体粉末的质量比为1：1：1，所述三氧化铬占LNG9、LNG10和铁氧体粉末总质量的5％，所述环氧粉末占LNG9、LNG10和铁氧体粉末总质量的5％，所述硬脂酸锌占LNG9、LNG10和铁氧体粉末总质量的0.5％。
磁钢棒的生产工艺包括如下步骤：
1)将LNG9和LNG10分别进行破碎和研磨制成100目的粉末；
2)再按比例配制LNG9、LNG10、铁氧体粉末和硬脂酸锌，并进行混粉；
3)将步骤2)所得均匀粉末置于三氧化铬溶液中钝化处理；
4)称取钝化处理后的粉末压制成型；
5)将成型的磁钢棒于180℃下烘烤定型150min；
6)将步骤5)所得磁钢棒表面包裹一层环氧粉溶液，静置晾干。
实施例2
一种用于雷电流测量的磁钢棒，所述磁钢棒由LNG9、LNG10、铁氧体粉末、三氧化铬溶液、环氧粉末和硬脂酸锌制成，其中LNG9：LNG10：铁氧体粉末的质量比为0.8：1：0.8，所述三氧化铬占LNG9、LNG10和铁氧体粉末总质量的6％，所述环氧粉末占LNG9、LNG10和铁氧体粉末总质量的4％，所述硬脂酸锌占LNG9、LNG10和铁氧体粉末总质量的0.3％。
磁钢棒的生产工艺包括如下步骤：
1)将LNG9和LNG10分别进行破碎和研磨制成100目的粉末；
2)再按比例配制LNG9、LNG10、铁氧体粉末和硬脂酸锌，并进行混粉；
3)将步骤2)所得均匀粉末置于三氧化铬溶液中钝化处理；
4)称取钝化处理后的粉末压制成型；
5)将成型的磁钢棒于180℃下烘烤定型150min；
6)将步骤5)所得磁钢棒表面包裹一层环氧粉溶液，静置晾干。
实施例3
一种用于雷电流测量的磁钢棒，所述磁钢棒由LNG9、LNG10、铁氧体粉末、三氧化铬溶液、环氧粉末和硬脂酸锌制成，其中LNG9：LNG10：铁氧体粉末的质量比为0.8：1：1，所述三氧化铬占LNG9、LNG10和铁氧体粉末总质量的5％，所述环氧粉末占LNG9、LNG10和铁氧体粉末总质量的6％，所述硬脂酸锌占LNG9、LNG10和铁氧体粉末总质量的0.6％。
磁钢棒的生产工艺包括如下步骤：
1)将LNG9和LNG10分别进行破碎和研磨制成100目的粉末；
2)再按比例配制LNG9、LNG10、铁氧体粉末和硬脂酸锌，并进行混粉；
3)将步骤2)所得均匀粉末置于三氧化铬溶液中钝化处理；
4)称取钝化处理后的粉末压制成型；
5)将成型的磁钢棒于150℃下烘烤定型200min；
6)将步骤5)所得磁钢棒表面包裹一层环氧粉溶液，静置晾干。
实施例4
一种用于雷电流测量的磁钢棒，所述磁钢棒由LNG9、LNG10、铁氧体粉末、三氧化铬溶液、环氧粉末和硬脂酸锌制成，其中LNG9：LNG10：铁氧体粉末的质量比为1.2：0.8：1，所述三氧化铬占LNG9、LNG10和铁氧体粉末总质量的6％，所述环氧粉末占LNG9、LNG10和铁氧体粉末总质量的5％，所述硬脂酸锌占LNG9、LNG10和铁氧体粉末总质量的0.6％。
磁钢棒的生产工艺包括如下步骤：
1)将LNG9和LNG10分别进行破碎和研磨制成100目的粉末；
2)再按比例配制LNG9、LNG10、铁氧体粉末和硬脂酸锌，并进行混粉；
3)将步骤2)所得均匀粉末置于三氧化铬溶液中钝化处理；
4)称取钝化处理后的粉末压制成型；
5)将成型的磁钢棒于200℃下烘烤定型120min；
6)将步骤5)所得磁钢棒表面包裹一层环氧粉溶液，静置晾干。
实施例5
一种用于雷电流测量的磁钢棒，所述磁钢棒由LNG9、LNG10、铁氧体粉末、三氧化铬溶液、环氧粉末和硬脂酸锌制成，其中LNG9：LNG10：铁氧体粉末的质量比为1：1.2：1，所述三氧化铬占LNG9、LNG10和铁氧体粉末总质量的5％，所述环氧粉末占LNG9、LNG10和铁氧体粉末总质量的5％，所述硬脂酸锌占LNG9、LNG10和铁氧体粉末总质量的0.6％。
磁钢棒的生产工艺包括如下步骤：
1)将LNG9和LNG10分别进行破碎和研磨制成100目的粉末；
2)再按比例配制LNG9、LNG10、铁氧体粉末和硬脂酸锌，并进行混粉；
3)将步骤2)所得均匀粉末置于三氧化铬溶液中钝化处理；
4)称取钝化处理后的粉末压制成型；
5)将成型的磁钢棒于180℃下烘烤定型150min；
6)将步骤5)所得磁钢棒表面包裹一层环氧粉溶液，静置晾干。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。
Claims (9)
1.一种用于雷电流测量的磁钢棒，其特征在于，所述磁钢棒由功能材料和辅助材料组成，所述功能材料包括LNG9、LNG10和铁氧体粉末，所述辅助材料包括高价金属铬溶液、环氧粉末和硬脂酸锌；
所述功能材料LNG9：LNG10：铁氧体粉末的质量比为0.8～1.2：0.8～1.2：0.6～1.5。
2.根据权利要求1所述的用于雷电流测量的磁钢棒，其特征在于，所述LNG9和LNG10为铸造铝镍钴磁钢，包含铝、镍、铜、钛和硅元素。
3.根据权利要求1所述的用于雷电流测量的磁钢棒，其特征在于，所述高价金属铬为三氧化铬。
4.根据权利要求1所述的用于雷电流测量的磁钢棒，其特征在于，所述功能材料LNG9：LNG10：铁氧体粉末的质量比为1：1：0.8～1.2。
5.根据权利要求4所述的用于雷电流测量的磁钢棒，其特征在于，所述功能材料LNG9：LNG10：铁氧体粉末的质量比为1：1：1。
6.根据权利要求3所述的用于雷电流测量的磁钢棒，其特征在于，所述三氧化铬和环氧粉末分别占功能材料总质量的2～8％；所述硬脂酸锌占功能材料总质量的0.1～0.8％。
7.根据权利要求6所述的用于雷电流测量的磁钢棒，其特征在于，所述三氧化铬和环氧粉末分别占功能材料总质量的5％；所述硬脂酸锌占功能材料总质量的0.5％。
8.一种权利要求1所述的用于雷电流测量的磁钢棒的生产工艺，所述工艺包括如下步骤：
1)将LNG9和LNG10分别进行破碎和研磨制成100目的粉末；
2)再按比例配制LNG9、LNG10、铁氧体粉末和硬脂酸锌，并进行混粉；
3)将步骤2)所得均匀粉末置于三氧化铬溶液中钝化处理；
4)称取钝化处理后的粉末压制成型；
5)将成型的磁钢棒于150～210℃下烘烤定型120～250min；
6)将步骤5)所得磁钢棒表面包裹一层环氧粉溶液，静置晾干。
9.根据权利要求8所述的用于雷电流测量的磁钢棒的生产工艺，其特征在于，所述步骤5)将磁钢棒于180℃下烘烤150min。
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