CN108695030B - 基于u型梯度处理的抑制gis绝缘子表面电荷积聚的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于U型梯度处理的抑制GIS绝缘子表面电荷积聚的方法，该方法包括如下步骤：1)制备环氧树脂材料：2)环氧树脂材料采用梯度温度固化法处理；3)对环氧树脂绝缘试样进行梯度设计：(1)将环氧树脂绝缘试样表面从左至右分为五个紧密相连的矩形，并令矩形的相对介电常数依次减小再增大；(2)将环氧树脂绝缘试样放置于磁控溅射设备内，在不同位置溅射不同时间，时间范围分别为0min～60min，即得到二维梯度分布的环氧树脂材料。本发明抑制交流电压下绝缘子表面电荷的积聚，提升绝缘子耐电性能，提高GIS运行稳定性和电力系统的安全性。
Description
技术领域
本发明属于高电压设备制造中改性聚合材料及其制备领域，并涉及一种基于U型梯度处理的抑制GIS绝缘子表面电荷积聚的方法。
背景技术
近年来，随着电力系统高电压、大容量输电的发展需求，气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)及气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)因其传输容量大、占地面积小、可靠性高等优点，得到了广泛的关注与应用。其中，盆式绝缘子既起到机械支撑的作用，又作为电气绝缘体，对整个GIS、GIL的安全稳定运行起着决定性的关键作用。然而，即使在质量严苛的1000kV交流特高压工程中，环氧浇注类绝缘子依旧故障频发。
一般认为，在GIS/GIL运行过程中，盆式绝缘子表面会在高压导杆和接地金属外壳之间极大的场强下积聚大量的电荷，造成盆式绝缘子沿面的局部场强畸变严重，从而增大沿面闪络发生的概率。
将材料学领域的功能梯度材料(FunctionallyGradedMaterial，FGM)概念应用于电气绝缘领域，通过构建相对介电常数非均匀分布的绝缘结构，进而抑制交流下绝缘子表面电荷的积聚。将磁控溅射法应用于环氧树脂基表面改性，通过控制溅射时间构造二维FGM绝缘子，具有操作简便、易于控制等优点，为抑制交流GIS绝缘子表面电荷积聚提供了全新的方法。
发明内容
本发明的目的在于介绍一种基于U型梯度处理的抑制GIS绝缘子表面电荷积聚的方法。通过控制溅射时间构建出具有二维介电常数梯度分布的绝缘子，进而抑制交流电压下绝缘子表面电荷的积聚，提升绝缘子耐电性能，提高GIS运行稳定性和电力系统的安全性。
本发明为解决其技术问题提出的技术方案是：基于U型梯度处理的抑制GIS绝缘子表面电荷积聚的方法，该方法包括如下步骤：
1)制备环氧树脂材料：
(1)将环氧树脂基和固化剂按照3:1的质量比进行混合，得到环氧树脂混合物；
(2)机械搅拌60～90min，使其混合均匀；
(3)使用抽气泵和真空箱对环氧树脂混合物进行脱气处理40～60min；
(4)将其倒入涂有脱模剂的模具中；
2)环氧树脂材料采用梯度温度固化法处理,固化过程分为两步:
(1)将模具及基料加热至70℃下固化4小时；
(2)再加热至130℃固化4小时；
(3)完全固化后，冷却、脱模得到环氧树脂绝缘试样；
3)对环氧树脂绝缘试样进行梯度设计：
(1)将环氧树脂绝缘试样表面从左至右分为五个紧密相连的矩形，并令矩形的相对介电常数依次减小再增大；
(2)将环氧树脂绝缘试样放置于磁控溅射设备内，在不同位置溅射不同时间，时间范围分别为0min～60min，即得到二维梯度分布的环氧树脂材料。
所述步骤3)具体是：
(1)对环氧树脂绝缘试样按照条形样式进行梯度设计，即将其表面从左至右分为五个紧密相连的矩形，并令矩形的相对介电常数依次减小再增大；
(2)将环氧树脂绝缘试样放置于磁控溅射设备内，按照条形样式的线性梯度分布在不同位置溅射不同时间，从左至右溅射时间分别为60min、30min、0min、30min、60min。
所述步骤3)具体是：
(1)对环氧树脂绝缘试样按照环形样式进行梯度设计，即将其表面由内向外分为五个紧密相连的环形，并令环形的相对介电常数依次减小再增大；
(2)将环氧树脂绝缘试样放置于磁控溅射设备内，按照环形样式的线性梯度分布在不同位置溅射不同时间，由内向外溅射时间分别为60min、30min、0min、30min、60min。
所述步骤3)中分步骤(2)溅射过程中的射频电压为650V，电流为120mA。
所述步骤3)中分步骤(2)溅射在氩气氛围下进行，氩气流速为50～60SCCM。
所述步骤3)中分步骤(2)磁控溅射设备使用的靶材优选TiO2。
所述步骤1)中环氧树脂基优选缩水甘油醚类的双酚A环氧树脂。
所述步骤1)中固化剂优选低分子量聚酰胺树脂HY-651。
有益效果
本发明借鉴吸收功能梯度材料(FGM)的理念，创新性地运用磁控溅射的方法将高介电常数无机物TiO2等溅射至环氧树脂基表面，且通过控制溅射时长形成环氧树脂表面介电常数的二维梯度分布，构建表面介电功能梯度材料，进而达到抑制环氧树脂表面电荷积聚及提升耐电性能的目的。
本发明对提高GIS的运行稳定性和电力系统的安全性有着重要的理论价值和工程意义。
附图说明
图1是条形样式的二维介电常数U型梯度分布示意图；
图2是环形样式的二维介电常数U型梯度分布示意图；
图3是测量得到的条形样式的不同试样表面电位随表面位置变化的关系曲线。
具体实施方式
下面通过具体实施例和附图对本发明作进一步的说明。本发明的实施例是为了更好地使本领域的技术人员更好地理解本发明，并不对本发明作任何的限制。
本发明为一种基于U型梯度处理的抑制GIS绝缘子表面电荷积聚的方法，本发明使用环氧树脂基为缩水甘油醚类的双酚A环氧树脂；固化剂为低分子量聚酰胺树脂HY-651；磁控溅射使用的靶材包括但不限于TiO2，且由中诺新材(北京)科技有限公司提供；磁控溅射配套装置为DK-92L型电控柜与BILON-T-5001型低温冷却循环装置。
本发明通过磁控溅射方法实现基于梯度处理的绝缘子表面电荷积聚的抑制；二维梯度分布的类型为U型分布；二维梯度分布的样式分为条形梯度与环形梯度。
实施例1
1)将环氧树脂基和固化剂按照3:1的质量比进行混合，并使用机械搅拌器搅拌60min使其混合均匀。然后使用抽气泵和真空箱对环氧树脂混合物进行脱气处理40min，真空度-0.1MPa,接着将其倒入涂有脱模剂的模具中，固化、冷却、脱模，即得。
2)环氧树脂采用梯度温度固化法处理，固化过程分为两步，先将模具及基料加热至70℃下固化4小时，然后再加热至130℃固化4小时，完全固化后，冷却、脱模即得到环氧树脂绝缘试样。
3)对环氧树脂绝缘试样按照条形样式进行梯度设计，即将其表面从左至右分为五个紧密相连的矩形，并令矩形的相对介电常数依次减小再增大；将环氧树脂绝缘试样放置于磁控溅射设备内，按照条形样式的线性梯度分布在不同位置溅射不同时间，从左至右溅射时间分别为60min、30min、0min、30min、60min，即可得到二维梯度分布的环氧树脂材料。
如图1所示，条形样式的二维介电常数U型梯度分布示意图。
溅射过程中的射频电压为650V，电流为120mA；溅射在氩气氛围下进行，氩气流速为50SCCM。
实施例2
1)将环氧树脂基和固化剂按照3:1的质量比进行混合，并使用机械搅拌器搅拌90min使其混合均匀。然后使用抽气泵和真空箱对环氧树脂混合物进行脱气处理60min,真空度-0.1MPa，接着将其倒入涂有脱模剂的模具中，固化、冷却、脱模，即得。
2)环氧树脂采用梯度温度固化法处理，固化过程分为两步，先将模具及基料加热至70℃下固化4小时，然后再加热至130℃固化4小时，完全固化后，冷却、脱模即可得到环氧树脂绝缘试样。
3)对环氧树脂绝缘试样按照环形样式进行梯度设计，即将其表面由内向外分为五个紧密相连的环形，并令环形的相对介电常数依次减小再增大；将环氧树脂绝缘试样放置于磁控溅射设备内，按照环形样式的线性梯度分布在不同位置溅射不同时间，由内向外溅射时间分别为60min、30min、0min、30min、60min，即可得到二维梯度分布的环氧树脂材料。
如图2所示，环形样式的二维介电常数U型梯度分布示意图。
溅射过程中的射频电压为650V，电流为120mA；溅射在氩气氛围下进行，氩气流速为60SCCM。
图3可见：未经梯度表面处理的纯环氧树脂的初始电位峰值是2446，而基于U型梯度表面处理的环氧树脂的初始电位峰值为2156，下降了约11.86％。
Claims (8)
1.基于U型梯度处理的抑制GIS绝缘子表面电荷积聚的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
1)制备环氧树脂材料：
(1)将环氧树脂基和固化剂按照3:1的质量比进行混合，得到环氧树脂混合物；
(2)机械搅拌60～90min，使其混合均匀；
(3)使用抽气泵和真空箱对环氧树脂混合物进行脱气处理40～60min,真空度
-0.1MPa；
(4)将其倒入涂有脱模剂的模具中；
2)环氧树脂材料采用梯度温度固化法处理,固化过程分为两步:
(1)将模具及基料加热至70℃下固化4小时；
(2)再加热至130℃固化4小时；
(3)完全固化后，冷却、脱模得到环氧树脂绝缘试样；
3)对环氧树脂绝缘试样进行梯度设计：
(1)将环氧树脂绝缘试样表面从左至右分为五个紧密相连的矩形，并令矩形的相对介电常数依次减小再增大；
(2)将环氧树脂绝缘试样放置于磁控溅射设备内，在不同位置溅射不同时间，时间范围分别为0min～60min，即得到二维梯度分布的环氧树脂材料。
2.根据权利要求1所述的基于U型梯度处理的抑制GIS绝缘子表面电荷积聚的方法，其特征在于，所述步骤3)具体是：
(1)对环氧树脂绝缘试样按照条形样式进行梯度设计，即将其表面从左至右分为五个紧密相连的矩形，并令矩形的相对介电常数依次减小再增大；
(2)将环氧树脂绝缘试样放置于磁控溅射设备内，按照条形样式的线性梯度分布在不同位置溅射不同时间，从左至右溅射时间分别为60min、30min、0min、30min、60min。
3.根据权利要求1所述的基于U型梯度处理的抑制GIS绝缘子表面电荷积聚的方法，其特征在于，所述步骤3)具体是：
(1)对环氧树脂绝缘试样按照环形样式进行梯度设计，即将其表面由内向外分为五个紧密相连的环形，并令环形的相对介电常数依次减小再增大；
(2)将环氧树脂绝缘试样放置于磁控溅射设备内，按照环形样式的线性梯度分布在不同位置溅射不同时间，由内向外溅射时间分别为60min、30min、0min、30min、60min。
4.根据权利要求1所述的基于U型梯度处理的抑制GIS绝缘子表面电荷积聚的方法，其特征在于，所述步骤3)中分步骤(2)溅射过程中的射频电压为650V，电流为120mA。
5.根据权利要求1所述的基于U型梯度处理的抑制GIS绝缘子表面电荷积聚的方法，其特征在于，所述步骤3)中分步骤(2)溅射在氩气氛围下进行，氩气流速为50～60SCCM。
6.根据权利要求1所述的基于U型梯度处理的抑制GIS绝缘子表面电荷积聚的方法，其特征在于，所述步骤3)中分步骤(2)磁控溅射设备使用的靶材为TiO2。
7.根据权利要求1所述的基于U型梯度处理的抑制GIS绝缘子表面电荷积聚的方法，其特征在于，所述步骤1)中环氧树脂基为缩水甘油醚类的双酚A环氧树脂。
8.根据权利要求1所述的基于U型梯度处理的抑制GIS绝缘子表面电荷积聚的方法，其特征在于，所述步骤1)中固化剂为低分子量聚酰胺树脂HY-651。
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