場分級材料制造技術

一種由具有填料的聚合物基體組成的場分級材料，其特征在于所述填料包括場分級有效量的顆粒，所述顆粒具有至少一個小于或等于１００ｎｍ的尺寸。（*該技術在2023年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術
和現有技術本專利技術涉及一種場分級材料(field grading material)以及一種裝置，所述材料由具有填料顆粒的聚合物基體組成，所述裝置用于在高電壓應用中將電場分級。本專利技術還涉及一種方法，所述方法用于在電力電纜的結合處或終端將電場分級。在電場從第一介質向第二介質過渡時，由于電場的中斷會產生對電力設備有害的電應力。例如在屏蔽的高壓電纜中，沿著電纜的軸電場是均勻的，僅在徑向上電場才存在差異。當將電纜端接或疊接時，沿著電纜會將電纜的屏蔽物去除一段長度。這種屏蔽物的去除引起電場在屏蔽物末端的中斷，從而導致高電應力。為了不損害系統的期望壽命，必需降低這些高應力。在電場從第一介質向第二介質過渡，例如從屏蔽電纜部分向已去除了原始屏蔽物的電纜部分過渡時，通過將所述電場分級可降低所述電應力。已研究和采用了許多方法來進行這種場分級。本專利技術涉及所謂的電阻和電容場分級?？蓪⑺鲭娮鑸龇旨売糜诮涣饕约爸绷鞯膽?。當電壓以脈沖的形式存在時，為了實現場分級也可使用電阻場分級。在如上所述電纜終端的情況下，在最接近電纜屏蔽部分的區域，環繞所述電纜未被屏蔽的部分將具有適宜電阻的物體引入并使之同所述屏蔽物電接觸。當跨越所述電纜施加正電壓時，電流通過所述物體朝向電纜的屏蔽物流動，所述屏蔽物處于接地電位。在所述物體中于是出現電阻電壓降，這使得電位更均勻地分布。如果所述物體由一種呈現非線性電阻的材料組成，電位分布將更線性，所述非線性電阻隨著電場的增強而降低。越接近屏蔽物的邊緣，所述場分級物體中的電場越強，結果，假如所述物體呈現這樣一種非線性電阻時，所述物體中的電阻就越低。這樣，沿著該場分級物體的電壓降在呈現這種非線性電阻的物體中將比在不呈現這種電阻的物體中分布得更均勻。將電容場分級用于交流應用。當電壓以脈沖的形式存在時，為了實現場的分級也可使用電容場分級。在如上所述電纜終端的情況下，在最接近電纜屏蔽部分的區域，環繞所述電纜未被屏蔽的部分將一種介電常數比絕緣體更高以及損耗盡可能低的材料的物體引入且使之同所述屏蔽物電接觸。藉此，會實現等位線的延伸。在高電壓直流應用中，希望在適合將電場分級的材料中有電容場分級性能，以便在突然出現電壓沖擊的情況下實現有效的場分級。專利技術概要本專利技術的目的在于提供一種權利要求1前序部分所述類型的改進的場分級材料。根據本專利技術，通過具有權利要求1特征的材料來實現所述目的。已發現，當同包括由更大尺寸顆粒組成的填料的相應材料相比時，使用基本上由納米大小的顆粒，即具有至少一個小于或者等于100nm尺寸顆粒組成的填料導致以更低的填料濃度滲透所述材料。這樣，使用根據本專利技術的材料，在基體中使用相對低濃度的填料就可獲得期望的場分級性能，這意味著場分級材料操作性能和機械性能的增強。基體中填料濃度越低，場分級材料的操作性能和機械性能越好。此外，當同包括由更大尺寸顆粒組成的填料的相應材料相比時，使用基本上由納米大小顆粒組成的填料導致場分級材料電擊穿強度的增加。所述場分級材料的電擊穿強度還隨著填料濃度的降低而增加。結果，本專利技術便使獲得一種具有很高的電擊穿強度、從而完全適合高壓應用的場分級材料成為可能。在本說明書和下面的權利要求中，術語“納米大小的顆?！笔侵妇哂兄辽僖粋€小于或等于100nm尺寸的顆粒，即寬度、長度和/或高度小于或等于100nm的顆粒。當然所述納米大小的顆?？梢杂袔讉€尺寸或所有尺寸都小于或等于100nm。所述納米大小的顆粒可以基本上為例如直徑小于或等于100nm的球形或者柱形。需要強調的是，填料的納米大小的顆?？梢詾槿我庑螤?，只要它們的至少一個尺寸小于或等于100nm即可。在本說明書和下面的權利要求中，術語“場分級有效量填料顆粒”是指足以使所述材料具有期望場分級性能的填料顆粒的量。根據本專利技術的優選實施方案，所述填料包括場分級有效量的一個尺寸在2-80nm之間，優選為5-50nm，最優選為5-30nm的顆粒。已發現，當填料顆粒的大小自100nm下降時，上述本專利技術場分級材料的優點便進一步提高。但是，認為大約2nm的顆粒尺寸是實際下限。如果顆粒比之更小，在所述材料中分散該顆粒并阻止該顆粒團聚是很困難的。當填料中的顆粒尺寸自100nm下降時，所述填料每單位體積的表面積基本上呈現增加。對于充分分散在基體材料中的球形填料顆粒，所述填料每單位體積的表面積作為顆粒大小的函數在附圖說明圖1中加以圖解說明。就與根據本專利技術的場分級材料相關的有益效果而言，相信每單位體積表面積的增加是一種重要原因。根據本專利技術的場分級材料的另一些優選實施方案將從有關權利要求和下面的說明中呈現。根據權利要求12，本專利技術還涉及一種在高壓應用中用于將電場分級的裝置。根據權利要求13，本專利技術還涉及一種在電力電纜接合處或終端用于將電場分級的方法。附圖簡述參考附圖，將在下面對本專利技術的實施例進行更具體的說明。在所述附圖中，圖1為顯示作為顆粒大小函數的填料顆粒每單位體積表面積的曲線，所述具有球形形狀的顆粒充分分散在基體材料中，圖2為顯示作為填料濃度函數的不同場分級材料的電阻率的曲線，圖3為顯示作為填料濃度函數的不同場分級材料的電擊穿強度的曲線，圖4為顯示在1KHz時作為填料濃度函數的不同場分級材料的介電常數(電容率)的曲線，圖5為顯示作為電場強度函數的不同SiC填料電阻率的曲線，以及圖6為一電力電纜終端縱向部分的示意圖，所述電纜具有根據本專利技術的場分級材料的物體。本專利技術優選實施方案的詳細說明根據本專利技術的場分級材料由一種具有填料的聚合物基體組成。所述填料包括一種場分級有效量的顆粒，所述顆粒具有至少一個小于或等于100nm的尺寸。圖1說明所述包括球狀顆粒的填料每單位體積的表面積與顆粒大小的函數關系。從圖1的曲線中可以看出，當填料中的顆粒尺寸從100nm下降時，填料便呈現充分分散填料每單位體積的表面積最重要的增加。曲線C1顯示作為顆粒大小函數的填料每單位體積的表面積，曲線C1的梯度隨著所述顆粒大小逐漸減小至低于100nm而快速增加。已發現，當將所述填料中顆粒的尺寸減小到低于100nm時，與上述場分級材料的場分級效果有關的幾個重要性能便實質上和令人驚訝地得以改善。使根據本專利技術的場分級材料中的聚合物基體適當地配有一種包括場分級有效量顆粒的填料所述顆粒具有至少一個在2-80nm之間，優選在5-50nm之間，最優選在5-30nm之間的尺寸。圖2為顯示作為填料濃度(體積百分比)函數的一些不同場分級材料的電阻率的曲線。第一曲線C21涉及一種由LDPE基體組成的具有ZnO顆粒填料的場分級材料，所述顆粒的平均大小為大約0.3μm(300nm)。第二曲線C22涉及一種由LDPE基體組成的具有ZnO顆粒填料的場分級材料，所述顆粒的平均大小為大約49nm。第三曲線C23涉及一種由LDPE基體組成的具有ZnO顆粒填料的場分級材料，所述顆粒的平均大小為大約24nm。從這一曲線很明顯，同包括微米大小填料顆粒(曲線C21)的材料相比包括納米大小填料顆粒的材料(曲線C22和C23)在基本上更低的填料濃度開始滲透。對涉及曲線C22和C23的材料，分別在大約12體積％和15體積％的填料濃度開始滲透，而對涉及曲線C21的材料，則在大約28體積％的填料濃度開始滲透。顆粒的尺寸越小，滲透需要的濃度越低本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】1.一種由具有填料的聚合物基體組成的場分級材料，其特征在于所述填料包括場分級有效量的顆粒，所述顆粒具有至少一個小于或等于100nm的尺寸。2.根據權利要求1的場分級材料，其特征在于所述填料包括場分級有效量的顆粒，所述顆粒具有一個在2-80nm之間，優選在5-50nm之間，最優選在5-30nm之間的尺寸。3.根據權利要求1或2的場分級材料，其特征在于所述顆粒為任意半導體材料，所述材料的帶隙能大于0eV并小于5eV，優選為ZnO或SiC。4.根據權利要求1或2的場分級材料，其特征在于所述顆粒為在無限高頻下其松散料具有至少為5的介電常數的任意材料，優選為Al2O3、TiO2或BaTiO3。5.根據前述權利要求中任一項的場分級材料，其特征在于所述顆粒為縱橫比大于1，優選大于5，最優選大于10的顆粒。6.根據權利要求5的場分級材料，其特征在于使所述縱橫比大于1，優選大于5，最優選大于10的顆粒在所述基體中任意定向。7.根據權利要求5的場分級材料，其特征在于使所述縱橫比大于1，優選大于...

【專利技術屬性】
技術研發人員：C·恩內拜，A·古斯塔夫松，E·馬滕松，L·帕爾姆奎斯特，R·W·西格爾，洪禎一，L·沙德勒菲斯特，
申請(專利權)人：ABB研究有限公司，
類型：發明
國別省市：