RU2316071C2 - Сглаживающий поле материал - Google Patents

Сглаживающий поле материал Download PDF

Info

Publication number
RU2316071C2
RU2316071C2 RU2005115484/09A RU2005115484A RU2316071C2 RU 2316071 C2 RU2316071 C2 RU 2316071C2 RU 2005115484/09 A RU2005115484/09 A RU 2005115484/09A RU 2005115484 A RU2005115484 A RU 2005115484A RU 2316071 C2 RU2316071 C2 RU 2316071C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
field
smoothing
vol
smoothing material
particles
Prior art date
Application number
RU2005115484/09A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2005115484A (ru
Inventor
Карина ЭННЕБЮ
Андерс Густафссон
Эва МОРТЕНССОН
Ларс ПАЛЬМКВИСТ
Ричард В. СИДЖЕЛ
Дзунг-II ХОНГ
ФЕЙСТ Линда ШАДЛЕР
Original Assignee
Абб Рисерч Лтд.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Абб Рисерч Лтд. filed Critical Абб Рисерч Лтд.
Publication of RU2005115484A publication Critical patent/RU2005115484A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2316071C2 publication Critical patent/RU2316071C2/ru

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/10—Metal compounds
    • C08K3/14—Carbides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
    • C08K3/20—Oxides; Hydroxides
    • C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02G—INSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
    • H02G15/00—Cable fittings
    • H02G15/02—Cable terminations
    • H02G15/06—Cable terminating boxes, frames or other structures
    • H02G15/064—Cable terminating boxes, frames or other structures with devices for relieving electrical stress
    • H02G15/068—Cable terminating boxes, frames or other structures with devices for relieving electrical stress connected to the cable shield only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00—Specific properties of additives
    • C08K2201/011—Nanostructured additives

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Organic Insulating Materials (AREA)
  • Insulated Conductors (AREA)
  • Inorganic Insulating Materials (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области электротехники, в частности к материалу для сглаживания электрического поля в высоковольтных применениях, и может быть использовано для предотвращения больших перепадов напряжения или сглаживания электрического поля на сростке или на концевой муфте электрического силового кабеля. Техническим результатом изобретения является создание улучшенного сглаживающего поле материала, состоящего из полимерной матрицы и наполнителя в виде частиц. При этом улучшенные свойства материала могут быть получены при относительно низкой концентрации наполнителя в матрице, что также обеспечивает улучшенную обрабатываемость и улучшенные механические свойства сглаживающего поле материала при повышенной электрической прочности на пробой. Указанный результат достигается за счет того, что наполнитель содержит эффективное для сглаживания поля количество частиц с размером от 2 до 100 нм. Изобретение также относится к устройству с предложенным сглаживающим поле материалом и к способу сглаживания электрического поля на сростке или на концевой муфте электрического силового кабеля. 3 н. и 19 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Область техники изобретения и уровень техники
Настоящее изобретение относится к сглаживающему поле материалу, состоящему из снабженной частицами наполнителя полимерной матрицы, а также к устройству для сглаживания электрического поля в высоковольтных применениях. Настоящее изобретение также относится к способу сглаживания электрического поля на сростке или на концевой муфте электрического силового кабеля.
При переходе электрического поля из первой среды во вторую среду из-за нарушения однородности электрического поля могут возникнуть напряженности электрического поля, вредные для электрооборудования. В экранированном высоковольтном кабеле, например, электрическое поле однородно вдоль оси кабеля, и изменения поля возникают лишь в радиальном направлении. Когда заделывают конец кабеля или кабели сращивают, экран кабеля удаляют на некотором расстоянии вдоль длины кабеля. Удаление экрана приводит к нарушению однородности электрического поля на конце экрана, что приводит к высоким напряженностям электрического поля. Эти высокие напряженности должны быть снижены с тем, чтобы не сократить ожидаемый срок службы системы.
Рассматриваемые напряженности электрического поля могут быть снижены путем сглаживания электрического поля на переходе электрического поля из первой среды во вторую среду, например из экранированной части кабеля в ту часть кабеля, с которой первоначальный экран был удален. Для такого сглаживания поля было разработано и применяются несколько способов. Настоящее изобретение относится к так называемому резистивному и емкостному сглаживанию поля.
Резистивное сглаживание поля может использоваться для применений, связанных как с переменным, так и с постоянным током. Резистивное сглаживание поля также может быть использовано в том случае, когда напряжения имеют место в виде импульсов. В случае оконцовывания кабеля указанного выше типа вокруг неэкранированной части кабеля на участке, ближайшем к экранированной части кабеля, помещают тело, имеющее подходящее сопротивление и находящееся в электрическом контакте с экраном. Когда на кабель подают положительное напряжение, через это тело течет ток в направлении экрана кабеля, который находится под потенциалом земли. В результате на теле возникает резистивное падение напряжения, что приводит к более равномерному распределению потенциала. Такое распределение потенциала будет более линейным, если тело состоит из материала, обладающего нелинейным электрическим сопротивлением, которое уменьшается при увеличении электрического поля. Чем ближе к кромке экрана, тем выше напряженность электрического поля в теле, сглаживающем поле, и, следовательно, тем ниже электрическое сопротивление в этом теле в том случае, если это тело обладает таким нелинейным электрическим сопротивлением. Таким образом, падение напряжения вдоль сглаживающего поле тела будет становиться более однородно распределенным в теле, которое обладает таким нелинейным электрическим сопротивлением, чем в теле, которое такими свойствами не обладает.
Емкостное сглаживание поля используется в применениях с переменным током. Емкостное сглаживание поля также может применяться для достижения сглаживания поля в том случае, когда имеют место напряжения в виде импульсов. В случае оконцовывания кабеля описанного выше типа вокруг неэкранированной части на участке, ближайшем к экранированной части кабеля, и в электрическом контакте с экраном помещают тело из материала, имеющего более высокую диэлектрическую постоянную, чем диэлектрическая постоянная изоляции, и минимально возможные потери, посредством чего будет достигаться рассеивание эквипотенциальных линий. В материале, приспособленном для сглаживания электрического поля в высоковольтных применениях с постоянным током, также желательны свойства емкостного сглаживания поля для того, чтобы обеспечивать эффективное сглаживание поля в случае внезапного возникновения бросков напряжения.
Раскрытие изобретения
Целью настоящего изобретения является создание улучшенного сглаживающего поле материала того типа, который указан в ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.
Согласно настоящему изобретению предложен сглаживающий поле материал, состоящий из полимерной матрицы, снабженной наполнителем, отличающийся тем, что наполнитель содержит эффективное для сглаживания поля количество частиц, имеющих по меньшей мере один размер от 2 до 100 нм.
Было обнаружено, что использование наполнителя, по существу состоящего из наноразмерных частиц, т.е. частиц по меньшей мере один размер которых меньше или равен 100 нм, приводит к перколяции при меньшей концентрации наполнителя в таком материале по сравнению с соответствующим материалом, содержащим наполнитель, состоящий из частиц большего размера. Таким образом, с материалом по изобретению желательные свойства сглаживания поля могут быть получены при относительно низкой концентрации наполнителя в матрице, что подразумевает улучшенную обрабатываемость и улучшенные механические свойства сглаживающего поле материала. Чем ниже концентрация наполнителя в матрице, тем лучше обрабатываемость и тем лучше механические свойства сглаживающего поле материала.
Более того, использование наполнителя, по существу состоящего из наноразмерных частиц, приводит к повышенной электрической прочности на пробой такого сглаживающего поле материала по сравнению с соответствующим материалом, содержащим наполнитель, состоящий из более крупных частиц. Электрическая прочность на пробой сглаживающего поле материала также повышается с уменьшением концентрации наполнителя. Следовательно, настоящее изобретение позволяет получить сглаживающий поле материал, имеющий очень высокую электрическую прочность на пробой и, тем самым, хорошо приспособленный для высоковольтных применений.
В настоящем описании и в прилагаемой формуле изобретения термин «наноразмерные частицы» относится к частицам, имеющим по меньшей мере один размер, меньший или равный 100 нм, т.е. частицам, имеющим ширину, длину и/или высоту, меньшую или равную 100 нм. Наноразмерные частицы могут, разумеется, иметь несколько размеров или все размеры, меньшие или равные 100 нм. Наноразмерные частицы могут быть, например, по существу сферическими или цилиндрическими с диаметром, меньшим или равным 100 нм. Следует подчеркнуть, что наноразмерные частицы наполнителя могут иметь любую форму при условии, что, по меньшей мере, по одному из их размеров они не превышают 100 нм.
В настоящем описании и прилагаемой формуле изобретения термин ″эффективное для сглаживания поля количество частиц наполнителя″ относится к такому количеству частиц наполнителя, которое является достаточным для придания материалу желательных свойств сглаживания поля.
Согласно предпочтительному варианту воплощения настоящего изобретения, наполнитель содержит эффективное для сглаживания поля количество частиц, имеющих один размер между 2 и 80 нм, предпочтительно 5-50 нм, а наиболее предпочтительно 5-30 нм. Было обнаружено, что вышеуказанные преимущества изобретенного сглаживающего поле материала дополнительно улучшаются в том случае, когда размер частиц наполнителя уменьшается от 100 нм в меньшую сторону. Однако считается, что размер частиц, составляющий примерно 2 нм, является практическим нижним пределом. Если частицы меньше этого предела, то возникают трудности с диспергированием этих частиц в материале и с предотвращением агломерации частиц.
Когда размер частиц наполнителя уменьшается от 100 нм в меньшую сторону, наполнитель демонстрирует существенное увеличение площади поверхности на единицу объема. Площадь поверхности наполнителя на единицу объема как функция размера частиц проиллюстрирована на фиг.1 для сферических частиц наполнителя, которые полностью диспергированы в материале матрицы. Такое увеличение площади поверхности на единицу объема считается важной причиной тех полезных эффектов, которые связаны со сглаживающим поле материалом по настоящему изобретению.
Другие предпочтительные варианты воплощения сглаживающего поле материала по настоящему изобретению будут очевидны из зависимых пунктов формулы изобретения и нижеследующего описания.
Настоящее изобретение также относится к устройству для сглаживания электрического поля в высоковольтных применениях согласно пункту 12 формулы изобретения.
Настоящее изобретение также относится к способу сглаживания электрического поля на сростке или на конце (концевой муфте) электрического силового кабеля согласно пункту 13 формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
Ниже следует более подробное описание примерных вариантов воплощения настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи.
На этих чертежах:
фиг.1 представляет собой диаграмму, показывающую площадь поверхности на единицу объема как функцию размера частиц, полностью диспергированных в материале матрицы и имеющих сферическую форму;
фиг.2 представляет собой диаграмму, показывающую электрическое удельное сопротивление различных сглаживающих поле материалов как функцию концентрации наполнителя;
фиг.3 представляет собой диаграмму, показывающую электрическую прочность на пробой различных сглаживающих поле материалов как функцию концентрации наполнителя;
фиг.4 представляет собой диаграмму, показывающую диэлектрическую постоянную (проницаемость) различных сглаживающих поле материалов при 1 кГц как функцию концентрации наполнителя;
фиг.5 представляет собой диаграмму, показывающую электрическое удельное сопротивление различных наполнителей из SiC как функцию напряженности электрического поля; и
фиг.6 представляет собой схематическое продольное сечение концевой муфты электрического силового кабеля, снабженной телом из сглаживающего поле материала по настоящему изобретению.
Подробное описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения
Сглаживающий поле материал по настоящему изобретению состоит из полимерной матрицы, снабженной наполнителем. Наполнитель содержит эффективное для сглаживания поля количество частиц, имеющих, по меньшей мере, один размер, меньший или равный 100 нм.
Площадь поверхности на единицу объема образующих наполнитель сферических частиц как функция размера частиц проиллюстрирована на фиг.1. Из диаграммы на фиг.1 видно, что наполнитель демонстрирует существенное увеличение площади поверхности на единицу объема при полностью диспергированном наполнителе в том случае, когда размер частиц наполнителя уменьшается от 100 нм в сторону уменьшения. Градиент кривой C1, показывающей площадь поверхности наполнителя на единицу объема как функцию размера частиц, быстро возрастает с постепенным уменьшением размера частиц ниже 100 нм. Было обнаружено, что по мере уменьшения размера частиц наполнителя ниже 100 нм существенно и неожиданно улучшаются несколько важных свойств, связанных с эффектами сглаживания поля сглаживающим поле материалом указанного выше типа.
Полимерная матрица в сглаживающем поле материале по настоящему изобретению надлежащим образом снабжена наполнителем, содержащим эффективное для сглаживания поля количество частиц, имеющих по меньшей мере один размер между 2 и 80 нм, предпочтительно 5-50 нм, а наиболее предпочтительно 5-30 нм.
На фиг.2 представлена диаграмма, показывающая электрическое удельное сопротивление некоторых различных сглаживающих поле материалов как функцию концентрации наполнителя (в процентах по объему). Первая кривая C21 относится к сглаживающему поле материалу, состоящему из матрицы из полиэтилена низкой плотности (ПЭНП), снабженной наполнителем из частиц ZnO со средним размером примерно 0,3 мкм (300 нм). Вторая кривая С22 относится к сглаживающему поле материалу, состоящему из матрицы из ПЭНП, снабженной наполнителем из частиц ZnO со средним размером примерно 49 нм. Третья кривая С23 относится к сглаживающему поле материалу, состоящему из матрицы из ПЭНП, снабженной наполнителем из частиц ZnO со средним размером примерно 24 нм. Из этой диаграммы очевидно, что перколяция начинается при существенно более низкой концентрации наполнителя в случае материалов, содержащих наноразмерные частицы наполнителя (кривые C22 и С23) по сравнению с материалом, содержащим микроразмерные частицы наполнителя (кривая C21). Для материалов, связанных с кривыми C22 и С23, перколяция начинается соответственно при концентрации наполнителя примерно 12% по объему и 15% по объему, тогда как для материала, связанного с кривой C21, перколяция начинается при концентрации наполнителя примерно 28% по объему. Чем меньше размер частиц, тем меньшая концентрация наполнителя требуется для перколяции.
На фиг.3 представлена диаграмма, показывающая электрическую прочность на пробой двух различных сглаживающих поле материалов как функцию концентрации наполнителя (в процентах по объему). Один из наборов данных измерений на фиг.3 относится к сглаживающему поле материалу, состоящему из матрицы из ПЭНП, снабженной наполнителем из частиц ZnO со средним размером примерно 0,3 мкм (т.е. микроразмерных частиц). Другой набор данных измерений на фиг.3 относится к сглаживающему поле материалу, состоящему из матрицы из ПЭНП, снабженной наполнителем из частиц ZnO со средним размером примерно 50 нм (т.е. наноразмерных частиц). На этой диаграмме видно, что материал, содержащий наноразмерные частицы наполнителя, имеет более высокую электрическую прочность на пробой, чем материал, содержащий микроразмерные частицы наполнителя, при данной концентрации наполнителя. Следовательно, при использовании наноразмерных частиц наполнителя может быть получена более высокая электрическая прочность на пробой сглаживающего поле материала по сравнению с использованием микроразмерных частиц наполнителя. Таким образом, сглаживающий поле материал, содержащий наноразмерные частицы наполнителя, пригоден для высоковольтных применений. На диаграмме также видно, что электрическая прочность на пробой соответствующего сглаживающего поле материала увеличивается с уменьшением концентрации наполнителя.
Наноразмерные частицы наполнителя подходящим образом составляют менее 40% по объему, предпочтительно менее 30% по объему, а наиболее предпочтительно менее 20% по объему сглаживающего поле материала.
Полимерная матрица сглаживающего поле материала по настоящему изобретению подходящим образом состоит или по меньшей мере по существу состоит из каучука, термопласта или термопластичного эластомера. Является предпочтительным, чтобы матрица состояла или по меньшей мере по существу состояла из полиолефинового каучука или термопластичного полиолефинового эластомера/пластомера, предпочтительно включающего в себя каучук на основе сополимера этилена, пропилена и диенового мономера (EPDM) или силиконовый каучук, или из кристаллических термопластов, предпочтительно полиэтилена.
Наноразмерные частицы наполнителя подходящим образом диспергированы в полимерной матрице обычным перемешиванием расплава.
Согласно первому варианту настоящего изобретения, наполнитель состоит из материала, объем (масса) которого имеет диэлектрическую постоянную на бесконечно высоких частотах, составляющую по меньшей мере 5, предпочтительно Al2O3, TiO2 или BaTiO3. Это подразумевает, что сглаживающий поле материал обладает свойствами эффективного емкостного сглаживания поля, возможно, в сочетании со свойствами резистивного сглаживания поля. Ранее было известно, что диэлектрическая постоянная материала, состоящего из полимерной матрицы с наполнителем, в значительной степени не зависит от размера имеющих высокую диэлектрическую постоянную частиц наполнителя. Однако неожиданно было обнаружено, что имеет место резкое увеличение диэлектрической постоянной в том случае, когда размер частиц в наполнителе уменьшается до такой степени, что один из размеров частиц имеет величину, меньшую или равную 100 нм. Следовательно, путем уменьшения размера частиц с высокой диэлектрической постоянной в наполнителе до такой степени, чтобы частицы имели один размер, меньший или равный 100 нм, сглаживающий поле материал, имеющий требуемую диэлектрическую постоянную, может быть получен при концентрации наполнителя, являющейся существенно меньшей по сравнению с соответствующим материалом, содержащим наполнитель, состоящий из частиц большего размера.
На фиг.4 представлена диаграмма, показывающая диэлектрическую постоянную (проницаемость) двух различных сглаживающих поле материалов, которые подвергаются воздействию переменного напряжения с частотой 1 кГц, как функцию концентрации наполнителя (в процентах по объему). Один из наборов данных измерений на фиг.4 относится к сглаживающему поле материалу, состоящему из матрицы Engage®, снабженной наполнителем из частиц Al2O3, имеющих средний размер более 100 нм, т.е. микроразмерных частиц. Другой набор данных измерений на фиг.4 относится к сглаживающему поле материалу, состоящему из матрицы Engage®, снабженной наполнителем из частиц Al2O3, имеющих средний размер примерно 33 нм, т.е. наноразмерных частиц. На этой диаграмме видно, что материал, содержащий наноразмерные частицы наполнителя, имеет более высокую диэлектрическую постоянную, чем материал, содержащий микроразмерные частицы наполнителя, при данной концентрации наполнителя.
Согласно второму варианту настоящего изобретения, наполнитель состоит из полупроводящего материала, т.е. материала, имеющего ширину запрещенной энергетической зоны более 0 эВ и менее примерно 5 эВ, предпочтительно ZnO или SiC. Использование полупроводящих материалов наполнителя, таких как ZnO или SiC, обычно приводит к нелинейному электрическому сопротивлению сглаживающего поле материала, т.е. сопротивлению, которое уменьшается с увеличением электрического поля. Такая нелинейность сопротивления может быть полезна в некоторых применениях, как уже указывалось выше. Начало нелинейности сопротивления, т.е. та напряженность электрического поля, при которой сопротивление меняет свое поведение с по существу линейного на по существу нелинейное, увеличивается с уменьшением размера частиц наполнителя. Таким образом, материал согласно этому варианту настоящего изобретения проявляет начало нелинейности сопротивления при более высокой напряженности поля по сравнению с соответствующим материалом, содержащим наполнитель, состоящий из частиц большего размера. Когда начало нелинейности сопротивления приходится на более высокую напряженность поля, становится возможным надежное резистивное сглаживание поля при более напряженных электрических полях.
На фиг.5 приведена диаграмма электрического удельного сопротивления различных наполнителей из SiC как функции напряженности электрического поля. Один из наборов данных измерений на фиг.5 относится к порошку чистого SiC, содержащему частицы SiC со средним размером примерно 10 мкм, т.е. микроразмерные частицы. Другой набор данных измерений на фиг.5 относится к порошку чистого SiC, содержащему частицы SiC со средним размером примерно 20 нм, т.е. наноразмерные частицы. На этой диаграмме видно, что материал, содержащий наноразмерные частицы, демонстрирует начало нелинейности сопротивления при более высокой напряженности электрического поля, составляющей примерно 10 кВ/см, по сравнению с материалом, содержащим микроразмерные частицы, для которого начало нелинейности сопротивления имеет место ниже 1 кВ/см.
Для материала, содержащего микроразмерные или более крупные частицы, начало нелинейности сопротивления является по существу обратно пропорциональным размеру частиц. Однако было замечено, что начало нелинейности сопротивления не является обратно пропорциональным размеру частиц для материала, содержащего наноразмерные частицы. Это является преимущественным, поскольку начало нелинейности сопротивления приходилось бы на слишком высокую напряженность электрического поля в случае материала, содержащего наноразмерные частицы наполнителя, если бы в отношении наноразмерных частиц действовала такая обратная пропорциональность.
Согласно предпочтительному варианту изобретения, наноразмерные частицы наполнителя по существу имеют высокое соотношение размеров, т.е. отношение наибольшего размера к наименьшему размеру более 1, предпочтительно более 5, а наиболее предпочтительно более 10. Упомянутые частицы могут быть выполнены в форме волокон, волоконец (фибрилл), нитевидных кристаллов, чешуек (хлопьев), трубок, эллипсоидов и т.д.
Если частицы с высоким соотношением размеров произвольно (случайным образом) ориентированы в матрице, получается изотропный сглаживающий поле материал. Использование таких произвольно ориентированных в матрице частиц приводит к перколяции при более низкой концентрации наполнителя по сравнению с соответствующим материалом, содержащим наполнитель, состоящий из частиц, имеющих по существу сферическую форму.
Если частицы с высоким соотношением размеров ориентированы так, что проходят в матрице по существу в одном направлении, т.е. если они ориентированы в матрице в конкретном предпочтительном направлении, сглаживающему поле материалу придается некоторая анизотропия свойств сглаживания поля, которая может быть полезной в некоторых вариантах применения.
Сглаживающий поле материал по настоящему изобретению пригоден для применения в сростке или концевой муфте при оконцовывании (концевой заделке) электрического силового кабеля, и в этом случае в сросток или в концевую муфту кабеля вводят тело, содержащее сглаживающий поле материал. На фиг.6 схематически показана концевая муфта 1 кабеля, снабженная телом 2 из сглаживающего поле материала по настоящему изобретению. Кабель 3 содержит проводник 4, окруженный изоляцией 5. Экран 6 расположен снаружи изоляции 5, причем этот экран соединен с землей. Конец кабеля 3 не экранирован, т.е. на конце кабеля изоляция 5 не закрыта каким-либо экраном. Вокруг неэкранированной части кабеля на участок, ближайший к экранированной части кабеля, введено тело 2 из сглаживающего поле материала, которое находится в электрическом контакте с экраном 6. Тело 2 из сглаживающего поле материала будет обеспечивать равномерное распределение потенциала на конце кабеля, как показано на фиг.6 эквипотенциальными линиями 7. На фиг.6 показана только верхняя половина продольного сечения конца кабеля.
Сглаживающий поле материал по настоящему изобретению особенно пригоден для использования в устройстве для сглаживания электрического поля в высоковольтных применениях. Такое устройство может, например, содержать тело 2 того типа, который показан на фиг.6, для использования на концевой муфте или на сростке кабеля или в любом другом типе применения, где требуется сглаживание электрического поля.
Настоящее изобретение, разумеется, ни в коем случае не ограничивается теми предпочтительными вариантами воплощения, которые описаны выше. Наоборот, специалисту в данной области техники должны быть очевидны несколько возможных вариантов их модификации без отклонения от основной идеи изобретения, которая определена в приложенной формуле. Например, в матрицу можно включить дополнительное небольшое количество микроразмерных частиц наполнителя, поскольку существенные эффекты сглаживания поля определяются наноразмерными частицами наполнителя, включенными в матрицу.

Claims (22)

1. Сглаживающий поле материал, состоящий из полимерной матрицы, снабженной наполнителем, отличающийся тем, что наполнитель содержит эффективное для сглаживания поля количество частиц, имеющих по меньшей мере один размер от 2 до 100 нм.
2. Сглаживающий поле материал по п.1, отличающийся тем, что наполнитель содержит эффективное для сглаживания поля количество частиц, имеющих один размер между 2 и 80 нм, предпочтительно 5-50 нм, а наиболее предпочтительно 5-30 нм.
3. Сглаживающий поле материал по п.1 или 2, отличающийся тем, что упомянутые частицы состоят из полупроводящего материала, имеющего ширину запрещенной энергетической зоны более 0 эВ и менее 5 эВ, предпочтительно ZnO или SiC.
4. Сглаживающий поле материал по п.1 или 2, отличающийся тем, что упомянутые частицы состоят из любого материала, у которого объем имеет диэлектрическую постоянную при бесконечно высоких частотах, составляющую по меньшей мере 5, предпочтительно Al2О3, TiO2 или BaTiO3.
5. Сглаживающий поле материал по п.1 или 2, отличающийся тем, что упомянутые частицы являются частицами с соотношением наибольшего размера к наименьшему размеру более 1, предпочтительно более 5, а наиболее предпочтительно более 10.
6. Сглаживающий поле материал по п.5, отличающийся тем, что частицы с отношением наибольшего размера к наименьшему размеру более 1, предпочтительно более 5, а наиболее предпочтительно более 10, ориентированы в матрице произвольно.
7. Сглаживающий поле материал по п.5, отличающийся тем, что упомянутые частицы с отношением наибольшего размера к наименьшему размеру более 1, предпочтительно более 5, а наиболее предпочтительно более 10, ориентированы в матрице, по существу, в одном и том же направлении.
8. Сглаживающий поле материал по п.5, отличающийся тем, что упомянутые частицы с отношением наибольшего размера к наименьшему размеру более 1, предпочтительно более 5, а наиболее предпочтительно более 10, выполнены в форме волокон, волоконец, нитевидных кристаллов, чешуек, эллипсоидов или трубок.
9. Сглаживающий поле материал по п.6, отличающийся тем, что упомянутые частицы с соотношением размеров более 1, предпочтительно более 5, а наиболее предпочтительно более 10, выполнены в форме волокон, волоконец, нитевидных кристаллов, чешуек, эллипсоидов или трубок.
10. Сглаживающий поле материал по п.7, отличающийся тем, что упомянутые частицы с отношением наибольшего размера к наименьшему размеру более 1, предпочтительно более 5, а наиболее предпочтительно более 10, выполнены в форме волокон, волоконец, нитевидных кристаллов, чешуек, эллипсоидов или трубок.
11. Сглаживающий поле материал по п.1, отличающийся тем, что упомянутые частицы составляют менее 40 об.%, предпочтительно менее 30 об.%, а наиболее предпочтительно менее 20 об.% сглаживающего поле материала.
12. Сглаживающий поле материал по п.2, отличающийся тем, что упомянутые частицы составляют менее 40 об.%, предпочтительно менее 30 об.%, а наиболее предпочтительно менее 20 об.% сглаживающего поле материала.
13. Сглаживающий поле материал по п.3, отличающийся тем, что упомянутые частицы составляют менее 40 об.%, предпочтительно менее 30 об.%, а наиболее предпочтительно менее 20 об.% сглаживающего поле материала.
14. Сглаживающий поле материал по п.4, отличающийся тем, что упомянутые частицы составляют менее 40 об.%, предпочтительно менее 30 об.%, а наиболее предпочтительно менее 20 об.% сглаживающего поле материала.
15. Сглаживающий поле материал по п.5, отличающийся тем, что упомянутые частицы составляют менее 40 об.%, предпочтительно менее 30 об.%, а наиболее предпочтительно менее 20 об.% сглаживающего поле материала.
16. Сглаживающий поле материал по п.6, отличающийся тем, что упомянутые частицы составляют менее 40 об.%, предпочтительно менее 30 об.%, а наиболее предпочтительно менее 20 об.% сглаживающего поле материала.
17. Сглаживающий поле материал по п.7, отличающийся тем, что упомянутые частицы составляют менее 40 об.%, предпочтительно менее 30 об.%, а наиболее предпочтительно менее 20 об.% сглаживающего поле материала.
18. Сглаживающий поле материал по п.8, отличающийся тем, что упомянутые частицы составляют менее 40 об.%, предпочтительно менее 30 об.%, а наиболее предпочтительно менее 20 об.% сглаживающего поле материала.
19. Сглаживающий поле материал по п.1 или 2, отличающийся тем, что матрица по существу состоит из каучука, термопласта или термопластичного эластомера.
20. Сглаживающий поле материал по п.19, отличающийся тем, что матрица, по существу, состоит из полиолефинового каучука или термопластичного полиолефинового эластомера/пластомера, предпочтительно включающего в себя каучук на основе сополимера этилена, пропилена и диенового мономера (EPDM) или силиконовый каучук, или из кристаллических термопластов, предпочтительно полиэтилена.
21. Устройство для сглаживания электрического поля в высоковольтных применениях, отличающееся тем, что оно содержит сглаживающий поле материал по любому из пп.1-20.
22. Способ сглаживания электрического поля на сростке или на концевой муфте электрического силового кабеля, отличающийся тем, что в кабельный сросток или в концевую кабельную муфту вводят тело из сглаживающего поле материала по любому из пп.1-20.
RU2005115484/09A 2002-10-22 2003-10-20 Сглаживающий поле материал RU2316071C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE0203121A SE525492C2 (sv) 2002-10-22 2002-10-22 Fältstyrande polymermatris försedd med fyllning
SE0203121-9 2002-10-22

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2005115484A RU2005115484A (ru) 2006-01-20
RU2316071C2 true RU2316071C2 (ru) 2008-01-27

Family

ID=20289336

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005115484/09A RU2316071C2 (ru) 2002-10-22 2003-10-20 Сглаживающий поле материал

Country Status (13)

Country Link
US (1) US7868079B2 (ru)
EP (1) EP1559117A1 (ru)
CN (1) CN100555477C (ru)
AU (1) AU2003272168B2 (ru)
BR (1) BR0315531A (ru)
CA (1) CA2502595A1 (ru)
EG (1) EG23765A (ru)
MX (1) MXPA05004315A (ru)
NZ (1) NZ540211A (ru)
PL (1) PL374825A1 (ru)
RU (1) RU2316071C2 (ru)
SE (1) SE525492C2 (ru)
WO (1) WO2004038735A1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2540412C2 (ru) * 2009-12-14 2015-02-10 Зм Инновейтив Пропертиз Компани Диэлектрический материал с нелинейной диэлектрической проницаемостью
RU2680066C2 (ru) * 2014-01-21 2019-02-14 Сэсол Перформанс Кемикалз Гмбх Композиции на основе оксида алюминия и способы их получения

Families Citing this family (42)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1902716B (zh) * 2003-08-21 2010-11-03 伦塞勒高聚技术研究所 具有受控电特性的纳米组合物
US7579397B2 (en) 2005-01-27 2009-08-25 Rensselaer Polytechnic Institute Nanostructured dielectric composite materials
SE530587C2 (sv) * 2006-10-31 2008-07-15 Abb Research Ltd Elektriskt fältstyrande material
SE531409C2 (sv) * 2006-12-20 2009-03-24 Abb Research Ltd Fältstyrande material
FR2934705B1 (fr) * 2008-07-29 2015-10-02 Univ Toulouse 3 Paul Sabatier Materiau solide composite electriquement conducteur et procede d'obtention d'un tel materiau
EP2197080A1 (en) 2008-12-09 2010-06-16 ABB Research Ltd. Flexible joint with resistive field grading material for HVDC cables and method for connecting same to HVDC cables
EP2451867A1 (de) 2009-07-08 2012-05-16 Siemens AG Nanokomposit mit bornitrid-nanoröhrchen
WO2011003635A1 (de) 2009-07-08 2011-01-13 Siemens Aktiengesellschaft Nanokomposit mit halbleitenden nanopatikeln
EP2337070A1 (en) * 2009-12-17 2011-06-22 ABB Technology AG Electronic device with non-linear resistive field grading and method for its manufacturing
EP2375423A1 (en) * 2010-04-07 2011-10-12 ABB Research Ltd. Electrical bushing
EP2572422A2 (en) * 2010-05-21 2013-03-27 ABB Research Ltd. A high voltage direct current cable termination apparatus
EP2922164A1 (en) * 2010-05-21 2015-09-23 ABB Research Ltd. A high voltage direct current cable termination apparatus
CA2799594C (en) * 2010-05-21 2016-07-19 Abb Research Ltd A high voltage direct current cable termination apparatus
CN102906953B (zh) * 2010-05-21 2016-04-13 Abb研究有限公司 高压直流电缆终端设备
DE102010041630B4 (de) 2010-09-29 2017-05-18 Siemens Aktiengesellschaft Verwendung eines elektrisch isolierenden Nanokomposits mit halbleitenden oder nichtleitenden Nanopartikeln
DE102011008459A1 (de) 2011-01-07 2012-07-12 Siemens Aktiengesellschaft Leitungsdurchführung für die Kesselwand einer HGÜ-Komponente
DE102011008462A1 (de) 2011-01-07 2012-07-12 Siemens Aktiengesellschaft Schirmring für eine HGÜ-Transformatorspule oder eine HGÜ-Drosselspule
DE102011008461A1 (de) 2011-01-07 2012-07-12 Siemens Aktiengesellschaft Trennstelle einer Leitungsdurchführung für eine HGÜ-Komponente
DE102011008456A1 (de) 2011-01-07 2012-07-12 Siemens Aktiengesellschaft Leitungsführung für HGÜ-Transformatorspulen oder HGÜ-Drosselspulen
DE102011008454A1 (de) 2011-01-07 2012-07-26 Siemens Aktiengesellschaft Isolationsanordnung für eine HGÜ-Komponente mit wandartigen Feststoffbarrieren
US8796372B2 (en) 2011-04-29 2014-08-05 Rensselaer Polytechnic Institute Self-healing electrical insulation
CA2775458C (en) * 2011-04-29 2017-09-12 Alstom Hydro France Insulating cap for an end winding of an electrical machine working at high voltage and machine having such an insulating cap
CH704986A1 (de) * 2011-05-20 2012-11-30 Alstom Hydro France Isolierkappe für einen Wickelkopf einer mit Hochspannung arbeitenden elektrischen Maschine sowie Maschine mit einer solchen Isolierkappe.
CN104093786A (zh) * 2011-09-01 2014-10-08 伦斯勒理工学院 具有非线性电阻率的氧化石墨烯聚合物
EP2639264A1 (en) 2012-03-14 2013-09-18 Nexans Field grading material
EP2951842B1 (en) 2013-01-31 2019-05-15 NKT HV Cables GmbH Method in the manufacturing of an insulated electric high voltage dc termination or joint
DE102013204706A1 (de) * 2013-03-18 2014-09-18 Siemens Aktiengesellschaft Widerstandsbelag für ein Gleichstromisoliersystem
DE102013204856A1 (de) 2013-03-20 2014-09-25 Siemens Aktiengesellschaft Nanokomposit mit elektrischen Felder gradierenden Nanopatikeln, Verfahren zu seiner Herstellung und dessen Verwendung
EP2887480A1 (en) 2013-12-17 2015-06-24 Siemens Aktiengesellschaft Connector part of a connector unit
DK2963654T3 (en) 2014-06-30 2018-03-12 Nexans Field Grading Impact
WO2016061230A1 (en) * 2014-10-17 2016-04-21 3M Innovative Properties Company Dielectric material with enhanced breakdown strength
EP3034561B1 (en) 2014-12-19 2019-02-06 NKT HV Cables GmbH A method of manufacturing a high-voltage DC cable joint, and a high-voltage DC cable joint.
FR3050067A1 (fr) 2016-04-08 2017-10-13 Inst Supergrid Nouveau materiau d'isolation electrique
AU2016423482B2 (en) 2016-09-19 2021-09-09 Prysmian S.P.A. Joint for high voltage direct current cables
EP3542375B1 (en) 2016-11-15 2022-02-23 Prysmian S.p.A. Electrical field grading material and use thereof in electrical cable accessories
WO2018102254A1 (en) * 2016-12-02 2018-06-07 3M Innovative Properties Company Nonlinear composite compositions, methods of making the same, and articles including the same
WO2018144300A1 (en) 2017-01-31 2018-08-09 3M Innovative Properties Company Multilayer stress control article and dry termination for medium and high voltage cable applications
EP3607563B1 (en) * 2017-04-05 2024-05-29 Hitachi Energy Ltd Insulation material for a dc electrical component
AU2017414065B2 (en) 2017-05-11 2022-04-21 Prysmian S.P.A. Cable termination system, termination assembly and method for installing such a termination assembly
DE102017212026A1 (de) 2017-05-29 2018-11-29 Siemens Aktiengesellschaft Schirmring und/oder Steigungsausgleich für eine Transformatorspule
DE102017208950A1 (de) 2017-05-29 2018-11-29 Siemens Aktiengesellschaft Schirmring und/oder Steigungsausgleich für eine Transformatorspule
US11417442B2 (en) 2019-11-01 2022-08-16 Hamilton Sundstrand Corporation Field grading members, cables having field grading members, and methods of making field grading members

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5905000A (en) * 1996-09-03 1999-05-18 Nanomaterials Research Corporation Nanostructured ion conducting solid electrolytes
JPH10116702A (ja) * 1996-10-14 1998-05-06 Furukawa Electric Co Ltd:The Ｐｔｃ組成物
CN1072243C (zh) 1998-01-14 2001-10-03 中山大学 用改性的导电填料制造正温度系数型导电高分子复合材料
US20020070428A1 (en) * 2000-12-11 2002-06-13 Hans Bernhoff Semiconductor device
US20050256240A1 (en) 2002-10-04 2005-11-17 Rensselaer Polytechnic Institute Nanometric composites as improved dielectric structures

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2540412C2 (ru) * 2009-12-14 2015-02-10 Зм Инновейтив Пропертиз Компани Диэлектрический материал с нелинейной диэлектрической проницаемостью
RU2680066C2 (ru) * 2014-01-21 2019-02-14 Сэсол Перформанс Кемикалз Гмбх Композиции на основе оксида алюминия и способы их получения

Also Published As

Publication number Publication date
US20060145119A1 (en) 2006-07-06
EG23765A (en) 2007-08-08
EP1559117A1 (en) 2005-08-03
SE0203121D0 (sv) 2002-10-22
WO2004038735A8 (en) 2004-10-21
US7868079B2 (en) 2011-01-11
NZ540211A (en) 2007-01-26
RU2005115484A (ru) 2006-01-20
AU2003272168A1 (en) 2004-05-13
PL374825A1 (en) 2005-10-31
SE525492C2 (sv) 2005-03-01
WO2004038735A1 (en) 2004-05-06
MXPA05004315A (es) 2005-11-23
CN100555477C (zh) 2009-10-28
SE0203121L (sv) 2004-04-23
BR0315531A (pt) 2005-08-23
CN1729545A (zh) 2006-02-01
CA2502595A1 (en) 2004-05-06
AU2003272168B2 (en) 2008-10-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2316071C2 (ru) Сглаживающий поле материал
Medalia Electrical conduction in carbon black composites
EP1975949B1 (en) A field grading material
US7923500B2 (en) Nanocomposites with controlled electrical properties
EP2095376A1 (en) Field grading material
Du et al. Effects of TiO 2 particles on surface charge of epoxy nanocomposites
Tanaka et al. Treeing phenomena in epoxy/alumina nanocomposite and interpretation by a multi-core model
Wu et al. Dielectric response of nano aluminium tri-hydrate filled silicone rubber
JP3602297B2 (ja) 直流電力ケーブル
Pan et al. Nonlinear materials applied in HVDC gas insulated equipment: from fundamentals to applications
Nazir et al. Surface discharge behaviours, dielectric and mechanical properties of EPDM based nanocomposites containing nano-BN
Du et al. Nonlinear conductivity and charge transport characteristics of silicone rubber/SiC composites under impulse superimposed on DC voltage
Du et al. Graphene nanoplatelets and temperature gradient affecting electrical tree in Graphene/SiR nanocomposites
Lebedev et al. Novel polymeric composites with nonlinear current-voltage characteristic
Matsuzaki et al. Effects of second particles on nonlinear resistance properties of microvaristor-filled composites
US20240110035A1 (en) Electrical stress grading compositions and devices including the same
JPS61253712A (ja) 直流電力ケ−ブル
Huang et al. Electrical conductivity of polyethylene aluminum nanocomposites with different particle surface chemistry characteristics
JP3901790B2 (ja) 直流架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブル
EP4000149A1 (de) Elektrische leiteranordnung
SE445789B (sv) For elektrisk isolering avsett polymermaterial med tverbindningar jemte kabel isolerad med detta materil
JPS62177805A (ja) 直流電力ケ−ブル
JPS63178407A (ja) 直流電力ケ−ブル
JPH0249314A (ja) 直流電力ケーブル
SE1200131A1 (sv) Fältstyrande material

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20141021