[发明专利]具有自适应均匀电场作用的非线性复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有自适应均匀电场作用的非线性复合材料的制备方法，属于电工材料技术领域。

背景技术

在高压、超高压乃至特高压交直流输变电系统(简称为高压输变电系统)中，绝缘是最为关键的核心问题之一，系统电压等级越高，绝缘问题的重要性和困难度均越加显著。高压输变电系统中的绝缘设备或部件，其自身所承受的电压分布往往极不均匀，例如输电电缆终端的绝缘部分、各种绝缘子的高压端部分等等，所承受的电场强度要远远超出整体电场强度的平均值，甚至达到平均值的数倍，由此带来了一系列不利的影响。首先，绝缘材料沿面的气体放电是电力系统事故的主要原因之一，沿面放电现象和介质分界面上的电压分布均匀程度有很大的关系。在相同外加电压作用下，介质分界面上的电压分布越不均匀，相应的电场强度峰值就越大，绝缘间隙就越容易发生沿面闪络。为了满足高压输变电系统绝缘安全裕度的要求，单位绝缘间隙距离的击穿电压越低，所需的整体绝缘间隙距离就越大，相应的制造建设成本和困难都会更高。另一方面，对于目前高压输变电系统中广泛采用的有机聚合物类电介质材料(硅橡胶、聚氯乙烯、环氧树脂，等等)，存在着材料老化的问题。普遍而言，由于绝缘设备或部件自身承受电压分布的不均匀性，电场强度较大部位的电介质材料，其老化速度往往更快，程度也更为严重(包括局部放电等现象导致的结果)，由此对系统的长期安全稳定运行带来更大的威胁。

在高压输变电系统的实际工程应用中，为了改善绝缘设备或部件整体电压分布的均匀程度，缓和局部的高电场强度，已经试验并采用了诸多的技术手段，包括：改变电极形状、在绝缘介质内嵌入金属起到内屏蔽作用、在绝缘介质内部加多层平行电容极板、在绝缘介质表面或外围布置均压环作为中间电极、安装并联的均压电容，等等。这些措施对于缓和绝缘设备或部件局部的高电场强度具有一定效果，但也具有比较明显的局限性：附加的均压元件大大增大了设备制造的复杂度和困难度，而均压效果往往并不能达到比较理想的程度。与均压元件的效果相比，并联(或内嵌)均压电容往往能够更好地改善绝缘设备或部件整体电压分布的均匀程度，但是并联均压电容方案在设计上更加困难，同时引入的高压电容器存在容易发生击穿事故的安全隐患，并且在很多场合无法使用并联均压电容的措施。

如果能够通过改变绝缘介质材料自身的性能，使其具备一定的电容特性，从而将拟安装的集中式并联均压电容转化为内嵌于绝缘介质中的分布式微电容，起到同样的改善绝缘设备或部件整体电压分布均匀程度的效果，那么高压输变电系统实际工程应用中的各种绝缘设备或部件极有可能出现创新性的改进：电压分布均匀程度更好，结构更加简单、尺寸重量更小，相应的制造建设成本和难度降低，而安全可靠性更高。上述技术方案存在的最大困难在于：由于绝缘设备或部件整体电压分布的不均匀性，因此承受不同电场强度的绝缘介质，需要内嵌不同容量的分布式微电容，才能实现较为理想的整体均压效果；而实际工程应用中各种绝缘设备或部件的情况千差万别，要针对性地设计绝缘介质内嵌分布式微电容的合适容量，并制备出相应的绝缘介质材料，无疑会使该项技术方案实现起来更加困难、成本更加高昂。如果能够使绝缘介质内嵌的分布式微电容容量具有电压自适应的效果，即绝缘介质所处的电场强度越大，内嵌的分布式微电容容量也越大，那么上述技术方案面临的最大困难就可以得到完满解决。

发明内容

本发明的目的是提出一种具有自适应均匀电场作用的非线性复合材料的制备方法，以解决已有技术中高压输变电系统绝缘设备或部件电压分布不均匀的难题，抑制绝缘介质局部高电场强度的作用，实现对其电场分布均匀性的有效控制。

本发明提出的具有自适应均匀电场作用的非线性复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备具有压敏特性的氧化锌粉体：

(a)按以下摩尔百分比称量原料：

氧化锌    96.05mol％，

氧化铋    0.7mol％，

氧化锰    0.5mol％， 

氧化钴    1mol％，

氧化铬    0.5mol％，

氧化锑    1.0mol％，

氧化铝    0.25mol％。

(b)将上述称量的原料混合，取混合原料总重量1.5～2倍的酒精，加入到混合原料中，作为弥散剂，用纯氧化硅制成的研磨球进行研磨，球磨机转速设置为180～220转/分钟，球磨6～10小时；

(c)将球磨后的浆料置于干燥箱中进行干燥，干燥温度为100℃～140℃，干燥时间22～26小时，将干燥后的块状料粉碎后，过220目筛，得到氧化锌压敏粉体；