CN108676186A - 一种电缆抗老化方法 - Google Patents

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Abstract

一种电缆抗老化方法，包括在电缆绝缘材料外表面涂敷一种纳米涂料，从而形成涂层，所述纳米涂料包括以下重量份的组分：改性聚硅氧烷乳液30‑50份；溶剂50‑100份；乳化剂1‑10份；甲基硅氧烷5‑10份；含钛催化剂0.1‑0.5份。其特点是由无机纳米粒子和有机溶剂组成纳米分散液，在硅氧烷修复的基础上，再通过无机纳米粒子的填充进一步延长电力电缆的剩余寿命达5～100倍。

Description

一种电缆抗老化方法
技术领域
本发明涉及一种电缆抗老化方法，属于电力电缆领域。
背景技术
在地下运行的XLPE中压电缆本体内一般会存在一定的水分，这种电缆经过长期运行后，其电缆绝缘体会受到不同程度的水树劣化。有的电缆经过15～20年的运行，因水树引起的绝缘老化相当严重，难以继续运行，不得不花费巨资予以更新。
早在1969年就已发现，XLPE电缆中的水分在电场的作用下能在XLPE绝缘上生成表层水树，致使绝缘劣化。防止水树侵蚀的最好办法就是去除电缆体内的水分。传统的电缆修复液的有效成分为硅氧烷、脱水异丙醇溶剂和金属钛催化剂。在催化剂的作用下，低粘度电缆修复液中的硅氧烷与水发生聚合反应，生成了新的硅氧基团有机化合物和甲醇。上述聚合反应清除了绝缘体上表层水树中的水分子，阻止了水树的进一步增长。聚合反应中所生成的新的硅氧基团有机化合物是一种胶状物质，其分子体积是水分子的几十倍。随着这种胶状物质的沉积，绝缘表层上的缺陷得到了修补。沉积聚合物的介电常数与绝缘本体介电常数相近，因此不会发生局部电场畸变。
当绝缘发生电树侵蚀时，会在缺陷表面生成碳分子。电缆修复液不能消除或综合掉碳分子，因此它对电树侵蚀类缺陷不能起到任何修复作用。电缆修复液对XLPE电缆绝缘性能的提升作用是日渐显现的，在电缆修复液长期浸泡下绝缘体的绝缘性能得到持续的提高，一般在2年后能够逐渐达到并稳定在一个较高的水平。有人对运行25年之久的15kVXLPE电缆绝缘实施了电缆修复液注入修复，并对在工频耐压性能试验和水树分布情况做了数理统计，对电缆修复前后的绝缘体性能进行了对比。结果表明，处理后XLPE绝缘性能得到了明显地改善。
美国Utilx公司及欧洲Novinium公司的电缆修复液注入技术已有超过20年的使用经验，对欧美电力公司而言，对于电缆因受潮和老化导致的故障，电缆修复成为首要的选择。根据国外的使用数据，最好的修复技术能延长电缆寿命最高达40年。经过了20年左右的发展，电缆修复技术已历经了两代技术。最早的841技术属第一代技术，主要是通过硅氧烷、催化剂和XLPE电力电缆里面的微水进行水解和缩合反应，该反应消耗了水分，并且反应后残留的硅树脂填充物可将微空隙填充，从而延长电缆寿命。该技术经历了10年左右的时间，实践证明，该技术能有效延长老化电缆寿命10～15年时间。但是该技术仍有以下不足：一是其对绝缘的短期性能提升效果明显，但中长期效果不佳；二是修复液各种成分在电缆内的扩散系数不一致，与硅氧烷相比，催化剂的扩散系数低，导致水解反应效果不佳；三是其闪点低，大约在0℃左右，因此存有安全隐患；四是反应时间过长，有时需浸泡几天到一周。
对于纳米复合绝缘所表现出来的独特的介电性能，国内外作了大量的研究工作，认为无机纳米颗粒能改善绝缘介电性能有以下原因：纳米颗粒具有电子和紫外线屏蔽效应，提高了传热能力，具有均匀电场、空间电荷抑制作用等；同时，无机-有机相界面在纳米复合材料中起到了关键作用，认为界面区为准电导区，电荷不容易累积。
发明内容
聚合物-无机纳米复合乳液由于结合了有机和无机两类材料的优点，如聚合物的成膜性、优良的力学性能、耐水性以及无机材料的硬度、耐化学药品性、耐热性等，相互弥补了不足，备受人们关注。聚合物-无机材料纳米复合乳液的制备是聚合物乳液改性的重要途径之一，为耐磨、耐候等各种功能性新型乳液的研制奠定了理论和应用基础。本发明创造性的提出将这种材料涂敷到电缆的外表面层，从而形成一层保护膜，能够有效的减少表层水树的生成，从而延长电缆的使用寿命，减缓电缆老化速度。
本发明的目的是提供一种电缆抗老化方法，包括将一种由无机纳米粒子和有机溶剂组成纳米分散液涂敷到电缆绝缘材料的外表面，所述涂层在硅氧烷修复的基础上，再通过无机纳米粒子的填充进一步延长电力电缆的剩余寿命达5～100倍。它具有技术先进、安全稳定的优点，而且修复时间缩短，修复效果明显提高。
一种电缆抗老化方法，包括在电缆绝缘材料外表面涂敷一种纳米涂料，从而形成涂层，所述纳米涂料包括以下重量份的组分：
改性聚硅氧烷乳液30-50份；溶剂50-100份；乳化剂1-10份；甲基硅氧烷5-10份；含钛催化剂0.1-0.5份。
所述改性聚硅氧烷乳液的制备方法，包括以下步骤：(1)向硅溶胶中加入硅烷偶联剂，在常温下磁力强烈搅拌6-8h，然后将体系升至80-90℃并维持1-2h，得到改性的硅溶胶；(2)将表面活性剂水溶液加入到反应器中，在室温下通入氮气高速搅拌，加入四乙烯基四甲基环四硅氧烷、改性的硅溶胶混合液和催化剂，升温至80℃，连续高速搅拌1-2h之后过滤得到预乳化液，然后再加入丙烯酸类单体，开始升温，待体系温度稳定在90℃后，用滴液漏斗滴加溶有引发剂，连续反应6-12h后降温，用氢氧化钠调pH至7-8，过滤，得到改性聚硅氧烷乳液。
所述表面活性剂是烯丙醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚和萘磺酸盐中的一种。
所述溶剂是乙醇、异丙醇、丙二醇、聚乙二醇、甘油、乙酸乙酯、碳酸二甲酯中的一种或多种，优选是异丙醇或碳酸二甲酯。
所述乳化剂是非离子表面活性剂如烷基酚聚氧乙烯醚、非离子氟碳表面活性剂中的一种。
所述含钛催化剂是钛酸四丁酯、钛酸四异丙酯、钛酸四乙酯中的一种。
本发明中制备的改性聚硅氧烷乳液透射电子显微镜观察发现，乳液中存在以纳米SiO2为核、聚硅氧烷聚合物为壳的结构形态，与共混乳液相比，改性乳液中游离的纳米SiO2粒子数大大减少。
具体实施方式
下面结合具体实施例对发明的技术方案进行详细说明。
实施例中所述改性聚硅氧烷乳液按照以下步骤制备：(1)向硅溶胶中加入硅烷偶联剂，在常温下磁力强烈搅拌6-8h，然后将体系升至80-90℃并维持1-2h，得到改性的硅溶胶；(2)将表面活性剂水溶液加入到反应器中，在室温下通入氮气高速搅拌，加入四乙烯基四甲基环四硅氧烷、改性的硅溶胶混合液和催化剂，升温至80℃，连续高速搅拌1-2h之后过滤得到预乳化液，然后再加入丙烯酸类单体，开始升温，待体系温度稳定在90℃后，用滴液漏斗滴加溶有引发剂，连续反应6-12h后降温，用氢氧化钠调pH至7-8，过滤，得到改性聚硅氧烷乳液。
实施例1
改性聚硅氧烷乳液30份；异丙醇100份；烷基酚聚氧乙烯醚5份；甲基硅氧烷10份；含钛催化剂0.1-0.5份。
实施例2
改性聚硅氧烷乳液30-50份；碳酸二甲酯50-100份；非离子氟碳表面活性剂1份；甲基硅氧烷5份；含钛催化剂0.1-0.5份。
对比例1
有机硅氧烷20份；溶剂30份；催化剂2份；无机纳米颗粒1份。
对实施例和对比例进行老化试验和击穿电压测试，结果如下表所示：
实施例1 实施例2 对比例1
老化试验(h) 30.2 31.6 21.8
击穿试验(kV) 25.8 25.9 19.2
本发明可用其他的不违背本发明的精神或主要特征的具体形式来概括。本发明的所有实施方案都只能认为是对本发明的说明而不是限制，凡是根据本发明的技术内容所作出的任何细微修改或等同替换，都属于本发明的技术方案之内。

Claims (6)

1.一种电缆抗老化方法，包括在电缆绝缘材料外表面涂敷一种纳米涂料，从而形成涂层，所述纳米涂料包括以下重量份的组分：改性聚硅氧烷乳液30-50份；溶剂50-100份；乳化剂1-10份；甲基硅氧烷5-10份；含钛催化剂0.1-0.5份。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述改性聚硅氧烷乳液的制备方法包括以下步骤：(1)向硅溶胶中加入硅烷偶联剂，在常温下磁力强烈搅拌6-8h，然后将体系升至80-90℃并维持1-2h，得到改性的硅溶胶；(2)将表面活性剂水溶液加入到反应器中，在室温下通入氮气高速搅拌，加入四乙烯基四甲基环四硅氧烷、改性的硅溶胶混合液和催化剂，升温至80℃，连续高速搅拌1-2h之后过滤得到预乳化液，然后再加入丙烯酸类单体，开始升温，待体系温度稳定在90℃后，用滴液漏斗滴加溶有引发剂，连续反应6-12h后降温，用氢氧化钠调pH至7-8，过滤，得到改性聚硅氧烷乳液。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述表面活性剂是烯丙醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚和萘磺酸盐中的一种。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述溶剂是乙醇、异丙醇、丙二醇、聚乙二醇、甘油、乙酸乙酯、碳酸二甲酯中的一种或多种，优选是异丙醇或碳酸二甲酯。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述乳化剂是非离子表面活性剂如烷基酚聚氧乙烯醚、非离子氟碳表面活性剂中的一种。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述含钛催化剂是钛酸四丁酯、钛酸四异丙酯、钛酸四乙酯中的一种。
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