CN114242418A - 一种环保型气体绝缘变压器及铜材表面镀锡以提高与环保气体相容性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种环保型气体绝缘变压器，所述气体绝缘变压器中的铜材表面设置有锡层；所述气体绝缘变压器的绝缘介质和冷却介质为C4F7N/CO2混合气体。本发明采用在气体绝缘变压器绕组中纯铜表面镀锡的方式，提升绕组中金属部分与接触的混合气体的相容性，实现了在气体绝缘变压器(GIT)中使用C4F7N/CO2混合气体替代SF6，并保证了其安全性。
Description
技术领域
本发明涉及气体绝缘变压器技术领域，尤其涉及一种环保型气体绝缘变压器及铜材表面镀锡以提高与环保气体相容性的方法。
背景技术
气体绝缘变压器(Gas Insulated Transformer，英文简称GIT)具有不燃、不爆、噪音低等特点，适合应用于人口集中、防火防爆要求较高的城区或地下变电站。目前已投入使用的GIT中主要采用SF6气体作为绝缘和冷却介质。但由于SF6气体温室效应强，其温室效应潜在值(Global Warming potential，英文简称GWP)是CO2的23500倍，1997年《京都议定书》和2016年气候变化《巴黎协定》中均提到需逐步限制该类型温室气体使用。基于上述背景，寻找在GIT中替代SF6的新气体更为迫切。近年来，以3M公司率先开发的 C4F7N/CO2混合气体在SF6替代气体研究和应用中逐渐成为主流技术路线，国际上GE、ABB等设备制造企业，国内西开、平高、白云电器等企业均有采用该类型混合气体的GIS或GIL设备通过型式试验。
在GIT应用中需要考虑的一个重要方面是气体与GIT主要金属材料-纯铜的相容性，纯铜主要应用于变压器绕组中。在GIS等开关设备研发过程中，已考虑过C4F7N/CO2混合气体与铜的相容性，但由于实际运行工况区别(GIT 运行中极限温度高于GIS，可达120℃以上)，在120℃以上时，混合气体与纯铜的相容性存在一定问题。使得C4F7N/CO2混合气体的实际应用具有高风险性。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种环保型气体绝缘变压器及铜材表面镀锡以提高与环保气体相容性的方法，提高了气体绝缘变压器与C4F7N/CO2混合气体的相容性。
为达到上述目的，本发明提供了一种环保型气体绝缘变压器，所述气体绝缘变压器中的铜材表面设置有锡层；
所述气体绝缘变压器的绝缘介质和冷却介质为C4F7N/CO2混合气体。
本发明优选的，所述铜材为气体绝缘变压器绕组铜材。
本发明优选的，所述锡层的厚度为5～8μm。
本发明优选的，所述锡层通过涂覆或电镀的方式设置在铜材表面。
本发明优选的，所述环保型气体绝缘变压器的工作运行极限温度大于 120℃；更优选为120～160℃。
图1为气体绝缘变压器中铜材镀锡的结构示意图；
图2为气体绝缘变压器中铜材镀锡的结构示意图。
本发明提供了一种提高气体绝缘变压器中铜材与环保气体相容性的方法，包括以下步骤：
将气体绝缘变压器中的铜材表面进行镀锡处理，以提高气体绝缘变压器与C4F7N/CO2混合气体在120℃以上的相容性。
本发明优选的，所述镀锡具体为：
S1)对铜材进行清洗、抛光；
S2)对铜材表面进行镀锡处理；
S3)在锡层表面涂覆锡保护剂。
本发明首先对铜件基体进行预处理。主要是对铜件进行清洗和抛光，能够有效防止镀件前处理过腐蚀，同时能够使得平整区域的抛光速率大于沟槽内的抛光速率起到正整平的作用。
然后对铜材表面进行镀锡处理。
优选的，所述镀锡采用的镀液组分包括：SnSO4、H2SO4和BSnG-2007 辅助剂。
优选的，所述SnSO4的浓度为30～40g/L。
优选的，所述H2SO4的浓度为50～100mL/L。
优选的，所述BSnG-2007辅助剂的浓度为1～3mL/L。
上述镀液主要起到提高阴极极化，使得镀层光亮、均匀、晶粒细化，防止析氢、减少镀层条纹及针孔，使得镀层平整等作用。
最后在锡层表面涂覆锡保护剂。
优选的，所述锡保护剂选自BSn-2006锡保护剂、BSn-2012锡保护剂中的一种或多种。
所述BSn-2006锡保护剂的操作条件优选为：所述锡保护剂的浓度优选为50～200mL/L，温度优选为15～40℃，搅拌，10～40s。该锡保护剂为一种酸性保护剂体系，处理后，能与锡反应形成均匀稳定的表面结构，抑制电子元件放置过程中和回流焊时的变色问题，保护锡镀层的焊锡性。
所述BSn-2012锡保护剂的操作条件优选为：所述锡保护剂的浓度优选为 50～60mL/L，温度优选为50～60℃，搅拌，1～3min。该锡保护剂为一种不含六价铬的碱性保护体系，处理后，形成具有憎水和助焊功能的极薄有机钝化膜。
与现有技术相比，本发明提供了一种环保型气体绝缘变压器，所述气体绝缘变压器中的铜材表面设置有锡层；所述气体绝缘变压器的绝缘介质和冷却介质为C4F7N/CO2混合气体。本发明采用在气体绝缘变压器绕组中纯铜表面镀锡的方式，提升了高温下绕组中金属部分与接触的混合气体的相容性，实现了在气体绝缘变压器(GIT)中使用C4F7N/CO2混合气体替代SF6，并保证了其安全性。
附图说明
图1为气体绝缘变压器中铜材镀锡的结构示意图；
图2为气体绝缘变压器中铜材镀锡的结构示意图；
图3为实施例1中铜镀锡层外观SEM图；
图4为实施例1中镀锡层高温高湿1 000h后的外观SEM图；
图5为实施例1中C4F7N/CO2混合气体分别与铜(a)、铜镀锡层(b) 接触后SEM形貌表征(120℃，40h)。
具体实施方式
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的环保型气体绝缘变压器及铜材表面镀锡以提高与环保气体相容性的方法进行详细描述。
实施例1
(1)首先对铜件基体进行清洗、抛光预处理。
(2)使用开缸剂对铜件进行光亮镀锡。开缸剂组分：40g/L SnSO4，100 mL/L H2SO4以及1mL/L BSnG-2007辅助剂。
(3)涂敷镀锡保护剂。
1)BSn-2006锡保护剂：更优选操作条件:100mL/L，30℃，搅拌40s。
2)BSn-2012锡保护剂：更优选操作条件:60mL/L，60℃，搅拌3min。
(4)镀锡完成后的性能测试。
1)外观：采用目测法，观察镀层光泽度、饱满度和有无缺陷；是否产生异色(变暗、发黄、白雾)；有无漏镀、凹洞、针孔、颗粒物等。结果如图3所示，镀锡层表明平整、光泽度良好、表面无缺陷、无异色、无漏镀、凹洞、真空、颗粒物等。
2)接触电阻依据GB/T 15078－1994“贵金属电触点材料接触电阻的测量方法”进行。测试得到铜镀锡接触电阻为0.6μΩ，符合金属导电规律。
3)高温高湿参照GB/T 2423.03－2006“恒定湿热试验方法电工电子产品基本试验规程”执行，1000h不间断试验。试验后铜镀锡层外观见图4，表面平整，未见异常。
图5为C4F7N/CO2混合气体分别与铜和铜镀锡层接触后的SEM形貌表征 (120℃，40h)。发现C4F7N/CO2混合气体与铜表面反应，出现了颗粒物； C4F7N/CO2混合气体与铜镀锡层未见异常，铜镀锡层表面平整。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种环保型气体绝缘变压器，其特征在于，所述气体绝缘变压器中的铜材表面设置有锡层；
所述气体绝缘变压器的绝缘介质和冷却介质为C4F7N/CO2混合气体。
2.根据权利要求1所述的环保型气体绝缘变压器，其特征在于，所述铜材为气体绝缘变压器绕组铜材。
3.根据权利要求1所述的环保型气体绝缘变压器，其特征在于，所述锡层的厚度为5～8μm。
4.根据权利要求1所述的环保型气体绝缘变压器，其特征在于，所述锡层通过涂覆或电镀的方式设置在铜材表面。
5.根据权利要求1所述的环保型气体绝缘变压器，其特征在于，所述环保型气体绝缘变压器运行极限温度大于120℃。
6.根据权利要求5所述的环保型气体绝缘变压器，其特征在于，所述环保型气体绝缘变压器运行极限温度为120～160℃。
7.一种提高气体绝缘变压器中铜材与环保气体相容性的方法，包括以下步骤：
将气体绝缘变压器中的铜材表面进行镀锡处理，以提高气体绝缘变压器与C4F7N/CO2混合气体在120℃以上的相容性。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述镀锡具体为：
S1)对铜材进行清洗、抛光；
S2)对铜材表面进行镀锡处理；
S3)在锡层表面涂覆锡保护剂。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述镀锡采用的镀液组分包括：
SnSO4、H2SO4和BSnG-2007辅助剂。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述锡保护剂选自BSn-2006锡保护剂、BSn-2012锡保护剂中的一种或多种。
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