CN115677329B - 一种高压线路柱式瓷绝缘子 - Google Patents

Abstract

本发明涉及绝缘子领域，具体为一种高压线路柱式瓷绝缘子，包括瓷绝缘子基体；以重量份数计，所述瓷绝缘子基体包括以下组成成分：铝矾土粉40～50份、α‑氧化铝10～15份、氧化锆包覆硅基纳米合金粒子5～10份、碳酸钡2～4份、钙长石5～10份、改性伊利石10～20份、高岭土5～10份，本发明所制备的瓷绝缘子力学性能良好，RE₂Ti₂O₇/SiO₂/TiO₂复合涂层具有较低的表面能和良好的光自洁性能，积污量远远少于普通绝缘子，能有效抑制污闪事故的发生，维护电力设施安全稳定运行。

Description

一种高压线路柱式瓷绝缘子

技术领域

本发明涉及绝缘子领域，具体为一种高压线路柱式瓷绝缘子。

背景技术

瓷绝缘子是最传统的绝缘子，依靠其自身的机械、电气、性能的高稳定性、热稳定性及抗化学腐蚀性等优异性能，在绝缘子行业一直是占主要地位。瓷绝缘子在空气中工作构成瓷绝缘子和空气并联绝缘，在一定的电压下，瓷绝缘子和空气界面上发生的放电或贯穿性的空气击穿，称为闪络，因绝缘子表面脏污引起的闪络称为污闪。随着电力系统电压等级的提高，对绝缘子的外绝缘的选择要求也随之提高，且随着大气污染程度日益加重，绝缘子污闪现象成为电力系统安全运行的主要威胁。目前，传统的瓷绝缘子抗闪络性能较差，因此提高绝缘子的耐污闪能力是保证高压输电线路可靠、安全运行的关键之一。

发明内容

发明目的：针对上述技术问题，本发明提出了一种高压线路柱式瓷绝缘子。

所采用的技术方案如下：

一种高压线路柱式瓷绝缘子，包括瓷绝缘子基体；

以重量份数计，所述瓷绝缘子基体包括以下组成成分：

铝矾土粉40～50份、α-氧化铝10～15份、氧化锆包覆硅基纳米合金粒子5～10份、碳酸钡2～4份、钙长石5～10份、改性伊利石10～20份、高岭土5～10份。

进一步地，所述氧化锆包覆硅基纳米合金粒子的制备方法如下：

采用直流电弧等离子体法，以硅和过渡元素金属为阳极，钨棒为阴极，抽真空至-0.1～-0.08MPa，通入氩气为保护气体，氢气为活性气体，在50～70A 电流、20～25V电压条件下充分蒸发阳极，形成气态原子，经过形核、长大、冷凝过程聚集成纳米粒子沉积于仓体内壁上，待完全沉积后，通入空气钝化5～10h后收集，得到硅基纳米合金粒子，将硅基纳米合金粒子分散在乙醇中，超声分散后缓慢加入正丁醇锆，持续搅拌后逐滴加入醋酸溶液，加完继续搅拌2～5h后，室温静置陈化2～5h，过滤、干燥后热处理4～6h即可。

进一步地，所述过渡元素金属为铁、镍、铬或锰的任意一种。

进一步地，所述热处理温度为1050～1110℃。

进一步地，所述改性伊利石的制备方法如下：

将高岭土、尿素和三乙醇胺混合球磨1～2h后干燥即可。

进一步地，其特征在于，还包括RE₂Ti₂O₇/SiO₂/TiO₂复合涂层。

进一步地，所述RE₂Ti₂O₇中的RE为La、Gd、Y、Ho或Er中的任意一种或多种组合。

本发明还提供了一种高压线路柱式瓷绝缘子的制备方法：

将铝矾土粉、α-氧化铝、氧化锆包覆硅基纳米合金粒子、碳酸钡、钙长石、改性伊利石、高岭土球磨后干燥、预烧、成型、排蜡后烧结得到瓷绝缘子基体，将硝酸RE溶解于醋酸中，加入乙酰丙酮和钛酸四丁酯，用乙二醇甲醚调节溶液浓度，再加入纳米TiO₂和疏水型纳米SiO₂，超声分散后得到前驱体溶胶，将前驱体溶胶均匀涂布到瓷绝缘子基体上，一段升温至 350～380℃，保温20～40min，再二段升温至950～1000℃，保温1.5～3h即可。

进一步地，其特征在于，瓷绝缘子基体的烧结温度为1230～1280℃。

进一步地，一段升温速度为10～15℃/min，二段升温速度为1～5℃/min。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种高压线路柱式瓷绝缘子，使用铝矾土粉可以降低α- 氧化铝的用量，从而降低成本，氧化锆包覆硅基纳米合金粒子作为异质粒子可以通过偏转、钉扎及粒子的拔出效应等阻碍瓷绝缘子中裂纹继续扩展，使得瓷绝缘子的抗弯强度得以提高，而且氧化锆包覆硅基纳米合金粒子在外力作用下可以发生变形来吸收外加载荷，消耗裂纹尖端得能量，达到增韧的目的，碳酸钡的加入通过Ba²⁺对Na⁺等碱性离子的“压抑”和助熔作用，来达到提高性能、降低烧成温度的目的，RE₂Ti₂O₇/SiO₂/TiO₂复合涂层具有较低的表面能和良好的光自洁性能，积污量远远少于普通绝缘子，能有效抑制污闪事故的发生，维护电力设施安全稳定运行。

具体实施方式

实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。本发明未提及的技术均参照现有技术。

铝矾土粉：购自河北科旭建材有限公司，Al₂O₃含量59.55％；

α-氧化铝：购自湖北实兴化工有限公司；

氧化锆包覆硅基纳米合金粒子：自制；

碳酸钡：购自河北科旭建材有限公司；

钙长石：购自灵寿县二平矿产品加工厂；

改性伊利石：自制；

高岭土：购自河北桓禾矿产品有限公司。

实施例1：

一种高压线路柱式瓷绝缘子，包括瓷绝缘子基体和RE₂Ti₂O₇/SiO₂/TiO₂复合涂层；

以重量份数计，所述瓷绝缘子基体包括以下组成成分：

铝矾土粉40份、α-氧化铝15份、氧化锆包覆硅基纳米合金粒子8份、碳酸钡2份、钙长石8份、改性伊利石15份、高岭土5份。

其中，氧化锆包覆硅基纳米合金粒子的制备方法如下：

采用直流电弧等离子体法，以硅和镍为阳极，钨棒为阴极，抽真空至 -0.08MPa，通入0.02MPa氩气为保护气体，0.02MPa氢气为活性气体，在 60A电流、20V电压条件下充分蒸发阳极，形成气态原子，经过形核、长大、冷凝过程聚集成纳米粒子沉积于仓体内壁上，待完全沉积后，通入空气钝化8h后收集，得到硅基纳米合金粒子，将10g硅基纳米合金粒子分散在200mL乙醇中，超声分散后缓慢加入15mL正丁醇锆，持续搅拌后逐滴加入20mL 2mol/L的醋酸溶液，加完继续搅拌4h后，室温静置陈化2h，过滤、所得固体干燥后1110℃热处理5h即可。

改性伊利石的制备方法如下：

将100g高岭土、5g尿素和4g三乙醇胺加入球磨机中，以水为球磨介质混合球磨2h后干燥即可。

上述高压线路柱式瓷绝缘子的制备方法：

将铝矾土粉、α-氧化铝、氧化锆包覆硅基纳米合金粒子、碳酸钡、钙长石、改性伊利石、高岭土球磨2h后干燥，550℃预烧1h，45MPa压制成型，500℃排蜡1h后1250℃烧结2h得到瓷绝缘子基体，将325g硝酸镧溶解于 800mL醋酸中，加入15mL乙酰丙酮和340g钛酸四丁酯，用乙二醇甲醚调节溶液浓度至0.1mol/L，再加入400g纳米TiO₂和400g疏水型纳米SiO₂，超声分散后得到前驱体溶胶，将前驱体溶胶均匀涂布到瓷绝缘子基体上，以15℃/min的速度一段升温至380℃，保温30min，再以2℃/min的速度二段升温至980℃，保温2h即可。

使用湖南湘潭仪器仪表有限公司SGW数显工程陶瓷弯曲强度试验仪测得本实施例所制备瓷绝缘子基体的抗弯强度为237MPa。

对本实施例所制备瓷绝缘子在环境温度为28℃，湿度为46.1％的条件下进行闪络性能的测试，测试时将两片铜片粘结在瓷绝缘子表面，间距为 2cm，施加30kV的电压10次，观察瓷绝缘子的闪络现象，测试过程中，发现多次电弧，未出现闪络，测试完毕用乙醇对瓷绝缘子表面清洗后，观察到电弧并未对RE₂Ti₂O₇/SiO₂/TiO₂复合涂层造成破坏。

用甲基橙模拟污秽物，准确称量一定量的去离子水与一定量的甲基橙，然后将甲基橙溶于去离子水中，配制成5mol/L的甲基橙溶液，取本实施例所制备瓷绝缘子投入甲基橙水溶液中，吸附平衡30min后，开紫外灯辐照 3h，然后取样，用紫外可见光谱仪测定溶液的紫外可见吸收光谱，用吸光度的变化来评价RE₂Ti₂O₇/SiO₂/TiO₂复合涂层的催化降解活性，降解率为 95.3％。

实施例2：

与实施例1基本相同，区别在于，高压线路柱式瓷绝缘子包括瓷绝缘子基体和RE₂Ti₂O₇/SiO₂/TiO₂复合涂层；

以重量份数计，所述瓷绝缘子基体包括以下组成成分：

铝矾土粉50份、α-氧化铝15份、氧化锆包覆硅基纳米合金粒子10份、碳酸钡4份、钙长石10份、改性伊利石20份、高岭土10份。

上述高压线路柱式瓷绝缘子的制备方法：

将铝矾土粉、α-氧化铝、氧化锆包覆硅基纳米合金粒子、碳酸钡、钙长石、改性伊利石、高岭土球磨2h后干燥，550℃预烧1h，45MPa压制成型， 500℃排蜡1h后1280℃烧结2h得到瓷绝缘子基体，将325g硝酸镧溶解于 800mL醋酸中，加入15mL乙酰丙酮和340g钛酸四丁酯，用乙二醇甲醚调节溶液浓度至0.1mol/L，再加入400g纳米TiO₂和400g疏水型纳米SiO₂，超声分散后得到前驱体溶胶，将前驱体溶胶均匀涂布到瓷绝缘子基体上，以15℃/min的速度一段升温至380℃，保温40min，再以5℃/min的速度二段升温至1000℃，保温3h即可。

使用湖南湘潭仪器仪表有限公司SGW数显工程陶瓷弯曲强度试验仪测得本实施例所制备瓷绝缘子基体的抗弯强度为229MPa。

对本实施例所制备瓷绝缘子在环境温度为28℃，湿度为46.1％的条件下进行闪络性能的测试，测试时将两片铜片粘结在瓷绝缘子表面，间距为2cm，施加30kV的电压10次，观察瓷绝缘子的闪络现象，测试过程中，发现多次电弧，未出现闪络，测试完毕用乙醇对瓷绝缘子表面清洗后，观察到电弧并未对RE₂Ti₂O₇/SiO₂/TiO₂复合涂层造成破坏。

用甲基橙模拟污秽物，准确称量一定量的去离子水与一定量的甲基橙，然后将甲基橙溶于去离子水中，配制成5mol/L的甲基橙溶液，取本实施例所制备瓷绝缘子投入甲基橙水溶液中，吸附平衡30min后，开紫外灯辐照3h，然后取样，用紫外可见光谱仪测定溶液的紫外可见吸收光谱，用吸光度的变化来评价RE₂Ti₂O₇/SiO₂/TiO₂复合涂层的催化降解活性，降解率为 94.9％。

实施例3：

与实施例1基本相同，区别在于，高压线路柱式瓷绝缘子包括瓷绝缘子基体和RE₂Ti₂O₇/SiO₂/TiO₂复合涂层；

以重量份数计，所述瓷绝缘子基体包括以下组成成分：

铝矾土粉40份、α-氧化铝10份、氧化锆包覆硅基纳米合金粒子5份、碳酸钡2份、钙长石5份、改性伊利石10份、高岭土5份。

上述高压线路柱式瓷绝缘子的制备方法：

将铝矾土粉、α-氧化铝、氧化锆包覆硅基纳米合金粒子、碳酸钡、钙长石、改性伊利石、高岭土球磨2h后干燥，550℃预烧1h，45MPa压制成型， 500℃排蜡1h后1230℃烧结2h得到瓷绝缘子基体，将325g硝酸镧溶解于 800mL醋酸中，加入15mL乙酰丙酮和340g钛酸四丁酯，用乙二醇甲醚调节溶液浓度至0.1mol/L，再加入400g纳米TiO₂和400g疏水型纳米SiO₂，超声分散后得到前驱体溶胶，将前驱体溶胶均匀涂布到瓷绝缘子基体上，以10℃/min的速度一段升温至350℃，保温20min，再以1℃/min的速度二段升温至950℃，保温1.5h即可。

使用湖南湘潭仪器仪表有限公司SGW数显工程陶瓷弯曲强度试验仪测得本实施例所制备瓷绝缘子基体的抗弯强度为220MPa。

对本实施例所制备瓷绝缘子在环境温度为28℃，湿度为46.1％的条件下进行闪络性能的测试，测试时将两片铜片粘结在瓷绝缘子表面，间距为 2cm，施加30kV的电压10次，观察瓷绝缘子的闪络现象，测试过程中，发现多次电弧，未出现闪络，测试完毕用乙醇对瓷绝缘子表面清洗后，观察到电弧并未对RE₂Ti₂O₇/SiO₂/TiO₂复合涂层造成破坏。

用甲基橙模拟污秽物，准确称量一定量的去离子水与一定量的甲基橙，然后将甲基橙溶于去离子水中，配制成5mol/L的甲基橙溶液，取本实施例所制备瓷绝缘子投入甲基橙水溶液中，吸附平衡30min后，开紫外灯辐照 3h，然后取样，用紫外可见光谱仪测定溶液的紫外可见吸收光谱，用吸光度的变化来评价RE₂Ti₂O₇/SiO₂/TiO₂复合涂层的催化降解活性，降解率为 95.1％。

实施例4：

与实施例1基本相同，区别在于，高压线路柱式瓷绝缘子包括瓷绝缘子基体和RE₂Ti₂O₇/SiO₂/TiO₂复合涂层；

以重量份数计，所述瓷绝缘子基体包括以下组成成分：

铝矾土粉50份、α-氧化铝10份、氧化锆包覆硅基纳米合金粒子10份、碳酸钡2份、钙长石10份、改性伊利石10份、高岭土10份。

上述高压线路柱式瓷绝缘子的制备方法：

将铝矾土粉、α-氧化铝、氧化锆包覆硅基纳米合金粒子、碳酸钡、钙长石、改性伊利石、高岭土球磨2h后干燥，550℃预烧1h，45MPa压制成型， 500℃排蜡1h后1230℃烧结2h得到瓷绝缘子基体，将325g硝酸镧溶解于 800mL醋酸中，加入15mL乙酰丙酮和340g钛酸四丁酯，用乙二醇甲醚调节溶液浓度至0.1mol/L，再加入400g纳米TiO₂和400g疏水型纳米SiO₂，超声分散后得到前驱体溶胶，将前驱体溶胶均匀涂布到瓷绝缘子基体上，以15℃/min的速度一段升温至350℃，保温40min，再以1℃/min的速度二段升温至1000℃，保温1.5h即可。

使用湖南湘潭仪器仪表有限公司SGW数显工程陶瓷弯曲强度试验仪测得本实施例所制备瓷绝缘子基体的抗弯强度为234MPa。

对本实施例所制备瓷绝缘子在环境温度为28℃，湿度为46.1％的条件下进行闪络性能的测试，测试时将两片铜片粘结在瓷绝缘子表面，间距为 2cm，施加30kV的电压10次，观察瓷绝缘子的闪络现象，测试过程中，发现多次电弧，未出现闪络，测试完毕用乙醇对瓷绝缘子表面清洗后，观察到电弧并未对RE₂Ti₂O₇/SiO₂/TiO₂复合涂层造成破坏。

用甲基橙模拟污秽物，准确称量一定量的去离子水与一定量的甲基橙，然后将甲基橙溶于去离子水中，配制成5mol/L的甲基橙溶液，取本实施例所制备瓷绝缘子投入甲基橙水溶液中，吸附平衡30min后，开紫外灯辐照 3h，然后取样，用紫外可见光谱仪测定溶液的紫外可见吸收光谱，用吸光度的变化来评价RE₂Ti₂O₇/SiO₂/TiO₂复合涂层的催化降解活性，降解率为 94.5％。

实施例5：

与实施例1基本相同，区别在于，高压线路柱式瓷绝缘子包括瓷绝缘子基体和RE₂Ti₂O₇/SiO₂/TiO₂复合涂层；

以重量份数计，所述瓷绝缘子基体包括以下组成成分：

铝矾土粉40份、α-氧化铝15份、氧化锆包覆硅基纳米合金粒子5份、碳酸钡4份、钙长石5份、改性伊利石20份、高岭土5份。

上述高压线路柱式瓷绝缘子的制备方法：

将铝矾土粉、α-氧化铝、氧化锆包覆硅基纳米合金粒子、碳酸钡、钙长石、改性伊利石、高岭土球磨2h后干燥，550℃预烧1h，45MPa压制成型，500℃排蜡1h后1280℃烧结2h得到瓷绝缘子基体，将325g硝酸镧溶解于 800mL醋酸中，加入15mL乙酰丙酮和340g钛酸四丁酯，用乙二醇甲醚调节溶液浓度至0.1mol/L，再加入400g纳米TiO₂和400g疏水型纳米SiO₂，超声分散后得到前驱体溶胶，将前驱体溶胶均匀涂布到瓷绝缘子基体上，以10℃/min的速度一段升温至380℃，保温20min，再以5℃/min的速度二段升温至950℃，保温3h即可。

使用湖南湘潭仪器仪表有限公司SGW数显工程陶瓷弯曲强度试验仪测得本实施例所制备瓷绝缘子基体的抗弯强度为231MPa。

对本实施例所制备瓷绝缘子在环境温度为28℃，湿度为46.1％的条件下进行闪络性能的测试，测试时将两片铜片粘结在瓷绝缘子表面，间距为2cm，施加30kV的电压10次，观察瓷绝缘子的闪络现象，测试过程中，发现多次电弧，未出现闪络，测试完毕用乙醇对瓷绝缘子表面清洗后，观察到电弧并未对RE₂Ti₂O₇/SiO₂/TiO₂复合涂层造成破坏。

用甲基橙模拟污秽物，准确称量一定量的去离子水与一定量的甲基橙，然后将甲基橙溶于去离子水中，配制成5mol/L的甲基橙溶液，取本实施例所制备瓷绝缘子投入甲基橙水溶液中，吸附平衡30min后，开紫外灯辐照 3h，然后取样，用紫外可见光谱仪测定溶液的紫外可见吸收光谱，用吸光度的变化来评价RE₂Ti₂O₇/SiO₂/TiO₂复合涂层的催化降解活性，降解率为 94.4％。

对比例1：

与实施例1基本相同，区别在于，不加入氧化锆包覆硅基纳米合金粒子。

使用湖南湘潭仪器仪表有限公司SGW数显工程陶瓷弯曲强度试验仪测得本实施例所制备瓷绝缘子基体的抗弯强度为179MPa。

对比例2：

与实施例1基本相同，区别在于，用氧化锆粒子代替氧化锆包覆硅基纳米合金粒子。

使用湖南湘潭仪器仪表有限公司SGW数显工程陶瓷弯曲强度试验仪测得本实施例所制备瓷绝缘子基体的抗弯强度为208MPa。

对比例3：

与实施例1基本相同，区别在于，伊利石不经过改性处理。

使用湖南湘潭仪器仪表有限公司SGW数显工程陶瓷弯曲强度试验仪测得本实施例所制备瓷绝缘子基体的抗弯强度为210MPa。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种高压线路柱式瓷绝缘子，其特征在于，包括瓷绝缘子基体；

以重量份数计，所述瓷绝缘子基体包括以下组成成分：

铝矾土粉40~50份、α-氧化铝10~15份、氧化锆包覆硅基纳米合金粒子5~10份、碳酸钡2~4份、钙长石5~10份、改性伊利石10~20份、高岭土5~10份；

所述氧化锆包覆硅基纳米合金粒子的制备方法如下：

采用直流电弧等离子体法，以硅和过渡元素金属为阳极，钨棒为阴极，抽真空至-0.1~-0.08MPa，通入氩气为保护气体，氢气为活性气体，在50~70A电流、20~25V电压条件下充分蒸发阳极，形成气态原子，经过形核、长大、冷凝过程聚集成纳米粒子沉积于仓体内壁上，待完全沉积后，通入空气钝化5~10h后收集，得到硅基纳米合金粒子，将硅基纳米合金粒子分散在乙醇中，超声分散后缓慢加入正丁醇锆，持续搅拌后逐滴加入醋酸溶液，加完继续搅拌2~5h后，室温静置陈化2~5h，过滤、干燥后热处理4~6h即可；

所述过渡元素金属为铁、镍、铬或锰的任意一种；

所述改性伊利石的制备方法如下：

将高岭土、尿素和三乙醇胺混合球磨1~2h后干燥即可；

还包括RE₂Ti₂O₇/SiO₂/TiO₂复合涂层。

2.如权利要求1所述的高压线路柱式瓷绝缘子，其特征在于，所述热处理温度为1050~1110℃。

3.如权利要求1所述的高压线路柱式瓷绝缘子，其特征在于，所述RE₂Ti₂O₇中的RE为La、Gd、Y、Ho或Er中的任意一种或多种组合。

4.一种如权利要求1所述的高压线路柱式瓷绝缘子的制备方法，其特征在于，将铝矾土粉、α-氧化铝、氧化锆包覆硅基纳米合金粒子、碳酸钡、钙长石、改性伊利石、高岭土球磨后干燥、预烧、成型、排蜡后烧结得到瓷绝缘子基体，将硝酸RE溶解于醋酸中，加入乙酰丙酮和钛酸四丁酯，用乙二醇甲醚调节溶液浓度，再加入纳米TiO₂和疏水型纳米SiO₂，超声分散后得到前驱体溶胶，将前驱体溶胶均匀涂布到瓷绝缘子基体上，一段升温至350~380℃，保温20~40min，再二段升温至950~1000℃，保温1.5~3h即可。

5.如权利要求4所述的高压线路柱式瓷绝缘子的制备方法，其特征在于，瓷绝缘子基体的烧结温度为1230~1280℃。

6.如权利要求4所述的高压线路柱式瓷绝缘子的制备方法，其特征在于，一段升温速度为10~15℃/min，二段升温速度为1~5℃/min。