[发明专利]用于DC电气部件的绝缘材料

说明书

提出了一种用于DC电气部件的绝缘材料。所述绝缘材料包含热固性或热塑性基质和功能性填料组分。所述功能性填料组分具有取决于所施加的电场强度的非线性DC电导率。至少在0℃至120℃的温度范围内，所述功能性填料组分具有在2至5eV的范围内、任选地在2至4eV的范围内的带隙。此外，提出了一种生产绝缘材料的方法、绝缘材料用于高压DC电气部件的用途、包含所述绝缘材料的DC电气部件和包含所述绝缘材料的DC电气部件在高压DC气体绝缘装置中的用途。

发明领域

本公开涉及一种用于DC电气部件的绝缘材料。此外，本公开涉及一种制备所述绝缘材料的方法。此外，本公开涉及绝缘材料用于高压DC电气部件的用途。另外，本公开涉及一种包含至少部分地由绝缘材料的绝缘层所包围的导体的高压DC (HVDC)电气部件。还此外，本公开涉及DC电气部件在高压DC气体绝缘装置中的用途。

背景技术

近年来，高压DC设备(例如，电缆、套管和电缆接头)的需求显著增加。在HVDC设备中，使用的绝缘材料必须表现出特定的性质，特别是特定的电性质。特别地，特定绝缘材料在AC应用中的电行为与其在DC应用中表现的行为是无法相比的，使得适合于AC应用的大多数已知绝缘材料不能在DC情况下使用。例如，在包含现有材料的常规绝缘体的表面上可能发生电荷累积。这继而又导致表面电位的畸变和/或使用这样的绝缘体的整个HVDC系统的击穿强度的减小。这种电荷累积在AC情况下实际不会发生，这也是为什么常规的绝缘材料在设计时未将这些效应考虑在内的原因之一。因此，绝缘材料应提供特定的性质，这些性质使其可用于DC应用中，而同时防止热失控(thermal runaway)。

用于AC情况的常规的绝缘材料可含有填充材料如氧化铝。虽然仅仅添加氧化铝填料颗粒在用于AC时可改变绝缘体的电容行为，但在DC情况下对表面带电和场畸变的影响非常有限。

场分级材料是在电气应用中用于有效且可靠地控制电场的已确立措施。用于提供电流电压特性的非线性(场分级)的普遍填料例如为碳化硅(SiC)或微变阻器(ZnO)。图4示意性地示出了表现出非线性电流电压特性以实现场分级的材料的不同构造。参考符号M表示基质组分，而P表示颗粒组分，G表示晶粒。示意性地示出了一种通过该材料的可能电流路径I并用参考符号I指示。场分级在SiC或者ZnO的微变阻器中由填料的颗粒之间或颗粒内的界面提供。在示出基于SiC的材料的图4a中，颗粒-颗粒接触(由粗黑线示出)是造成电流-电压特性的非线性的原因。在示出基于微变阻器的ZnO材料的图4b中，晶界(由粗黑线示出)是造成电流-电压特性的非线性的原因。最后，在图4c中，整个颗粒(以黑色表示)是造成电流-电压特性的非线性的原因。此类材料显示出强的非线性行为，对于某些应用如电涌放电器或机器绝缘来说，这是明显的优点。然而，这些填料具有以下限制：

需要界面掺杂以及晶粒/颗粒尺寸的精确控制以确保场分级性能的恒定性能。这意味着良好控制的过程对于微变阻器粉末的制备是必要的。对于SiC，需要连续监测填料粉末的电性质和形态性质以及从各种粉末批次的共混以确保恒定的、期望的性能。

对于作为用于DC部件的绝缘材料的应用——其中需要弱非线性行为并使用具有大量填料的大部件，需要不同的方法。这里我们提出了对于在用于DC绝缘部件的聚合物基质中的高填充含量具有弱场分级和低导电特性的成本有效填料的固有地稳健的替代解决方案。因此，本公开的一个目的在于提供一种可用于DC情况下、特别是DC或HVDC系统中的改进的绝缘材料。期望具有用于获得绝缘材料的固有地稳健的解决方案，该解决方案成本有效，对于在用于DC绝缘部件的聚合物基质中的高填充含量具有弱场分级和低导电特性。

鉴于上述情况，提出了根据权利要求1的绝缘材料以及根据权利要求12的生产绝缘材料的方法、根据权利要求13的所述绝缘材料的用途、根据权利要求14的利用所述绝缘材料的DC电气部件和根据权利要求15的采用所述DC电气部件的用途。

发明概述