CN113948257A - 一种瓷结构胶浸纤维电容式套管及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
一种瓷结构胶浸纤维电容式套管及其使用方法，包括导电杆，所述导电杆的外侧包裹有绝缘层，所述绝缘层是由绝缘材料绕设而成，所述绝缘层内套设有若干层电容极板，所有的所述电容极板是直径不一的同心圆筒结构，所述电容极板配合绝缘层共同组成若干多层容；所述绝缘层内填充中链脂肪酸酯绝缘油。本发明所述的瓷结构胶浸纤维电容式套管及其使用方法，结构设计合理，通过电容极板配合绝缘层构成多层电容，进而利用多层电容用以均匀分担电压，绝缘层内填充中链脂肪酸酯绝缘油，具有氧化安定性强、粘度较低和闪点较高的特点，还相比天然酯绝缘油具有更好的抗老化性能。
Description
技术领域
本发明属于电容式套管技术领域，具体涉及一种瓷结构胶浸纤维电容式套管及其使用方法。
背景技术
电力电缆及其附件的安全运行是整个电力***安全的基本保障。与电缆本体相比，电缆附件是薄弱环节。以往输电线路故障发生的概率表明，电缆附件故障率占约70%，因此电缆终端作为关键的连接装置，其运行状态将直接影响到电缆线路的安全运行。
要保证电缆终端可以稳定可靠的运行，高压套管的设计及其重要。干式高压套管主要有胶浸皱纹纸型和玻璃纤维缠绕型，胶浸皱纹纸型电容式套管存在以下问题：1、传统电容极板采用铝箔材料，铝箔的组织结构致密，为非通透性材料，而且一只套管中往往需要根据电压等级设置多层电容极板，这就会造成电容芯子在进行真空浸渍环氧树脂的过程中，环氧树脂的流向及固化过程中的固化内应力受到金属极板的阻挡和屏蔽，容易形成气隙，或固化内应力无法得到释放，而造成分层，形成缺陷，往往导致产品局部放电不合格，或因耐压不够被击穿；2、矿物绝缘油作为绝缘冷却介质难以满足人们对生态环境问题的要求，天然酯绝缘油来源于植物油料作物， 是一种高燃点、绿色环保液体绝缘电介质，但由于其运动粘度较高、氧化安定性较弱的特点使其应用受限。因此，需要研发出一种瓷结构胶浸纤维电容式套管及其使用方法，以来解决上述问题。
中国专利申请号为CN202110040971.9公开了一种电力***用新型干式套管，目的是使制成的套管种类范围广，可以用于交流电力***，也可用于直流电力***，没有对瓷结构胶浸纤维电容式套管中电容芯体不能形成各向同性的均匀材质、形成分层、开裂缺陷的问题、矿物绝缘油作为绝缘冷却介质不够环保性而天然酯绝缘油存在缺陷的问题进行解决。
发明内容
发明目的：为了克服以上不足，本发明的目的是提供一种瓷结构胶浸纤维电容式套管及其使用方法，结构设计合理，通过电容极板配合绝缘层构成多层电容，进而利用多层电容用以均匀分担电压，绝缘层内填充中链脂肪酸酯绝缘油，具有氧化安定性强、粘度较低和闪点较高的特点，还相比天然酯绝缘油具有更好的抗老化性能。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种瓷结构胶浸纤维电容式套管，包括导电杆，所述导电杆的外侧包裹有绝缘层，所述绝缘层是由绝缘材料绕设而成，所述绝缘层内套设有若干层电容极板，所有的所述电容极板是直径不一的同心圆筒结构，所述电容极板配合绝缘层共同组成若干多层容；所述绝缘层内填充中链脂肪酸酯绝缘油；所述导电杆顶端固定连接接线端子；所述导电杆的底端固定连接有法兰，所述电容极板材料层的外侧套设有瓷结构；所述电容极板采用和绝缘层相同的绝缘材料作为基材，所述基材为毫米级合成纤维单丝编织成一定目数的合成纤维网格布，所述合成纤维网格布经过除油、表面粗化处理后，在其表面电镀过渡金属层Ⅰ,所述过渡金属层Ⅰ和绝缘材料的单丝纤维具有相近的表面势能，以形成牢固、不易脱落的电镀层，处理电镀过渡金属层Ⅰ的镀层表面，在其外面电镀满足电气要求的低阻值的金属层Ⅱ；所述中链脂肪酸酯绝缘油是通过中链饱和脂肪酸与三羟甲基丙烷进行酯化反应得到，所述中链饱和脂肪酸与三羟甲基丙烷的摩尔比为3:1。
本发明所述瓷结构胶浸纤维电容式套管，结构设计合理，通过电容极板配合绝缘层构成多层电容，进而利用多层电容用以均匀分担整个装置内的电压，以降低电压对整个装置的负担；所述绝缘层内填充中链脂肪酸酯绝缘油，所述中链脂肪酸酯绝缘油以中链脂肪酸和三羟甲基丙烷为原料，由于中链脂肪酸酯绝缘油含支链醇，其空间位阻效应能够抑制水解的发生，与天然酯绝缘油相比在热老化中不易水解，在热老化过程中介电性能主要受小分子酸等强极性老化产物影响，水分与水解产生大分子酸的影响较小，由于 中链脂肪酸酯绝缘油具有较高的热氧化稳定性，极性物质的产生较少， 不易发生缩聚反应，老化后运动粘度几乎不变， 介电性能劣化程度较低，相比天然酯绝缘油具有更好的抗老化性能。
本发明所述电容极板，毫米级合成纤维单丝编织成一定目数的合成纤维布具有一定的韧性，和绝缘层所用绝缘材料具有相同的膨胀系数，和绝缘层所用绝缘材料间形成各向同性完整的统一体结构，避免了因材料膨胀系数不同导致电容极板材料断裂或分层的缺陷。
进一步的，毫米级合成纤维单丝编织成一定目数的合成纤维布具有完全通透性，使得各电容极板未形成封闭空间，为开放式结构，可以完全避免在填充中链脂肪酸酯绝缘油的过程中，在各电容极板间上升的速率保持一致，避免各层间流速不一致形成倒流、紊流导致夹气形成缺陷的风险；其次，可以使各层间的填充中链脂肪酸酯绝缘油可以相互流动，具有统一的渗透压，消除固化内应力，使所述瓷结构胶浸纤维电容式套管绝缘层内形成各向同性的均匀材质，避免残余内应力，形成分层、开裂缺陷，大幅提高产品合格率及电气性能。
所述绝缘层的外侧套设有瓷结构，所述瓷结构是由大小不一的伞状结构交替构成，通过设置瓷结构，用于外部绝缘以及改善整个装置外电场分布。
进一步的，上述的瓷结构胶浸纤维电容式套管，所述导电杆的材料采用铝合金，所述铝合金的化学成分为硅为6.5%~7.5%、镁为0.25%~0.45%、钛为0.08%~0.20%、砂型铸造的铁为 0~0.2%、金属型铸造的铁为 0~0.2%、铜≤0.1%、锰≤0.10%、锌≤0.1%、稀≤0.20%、锡≤0.01%、铅≤0.03%。
本发明所述铝合金的化学成分设计合理，抗拉强度的范围为 295~380 MPa， 伸长率 δ5≥3%，硬度大于 80 HB，抗老化防腐性能优异，机械强度高，微量杂质少，导电性能强。
进一步的，上述的瓷结构胶浸纤维电容式套管，所述接线端子的材料采用进行热处理后的紫铜，所述紫铜的化学成分为铜与银99.90%、铋0.001%、锑0.002%、砷0.002%、铁0.005%、铅0.005%、硫0.005%。
本发明所述紫铜的化学成分设计合理，抗拉强度的范围为 295~380 MPa，伸长率δ5≥3%，硬度范围为 90~120 HB，具有良好的导电、导热、耐蚀和加工性能。
进一步的，上述的瓷结构胶浸纤维电容式套管，所述毫米级合成纤维单丝的单丝直径为0.10～0.2mm,并编织成纤维网格布；所述合成纤维为尼龙、聚丙烯或聚四氟乙烯；所述电镀过渡金属层Ⅰ为纯铜T2，厚度5μm。
进一步的，上述的瓷结构胶浸纤维电容式套管，所述毫米级合成纤维单丝编织成一定目数的合成纤维布经电镀过渡金属层处理后，分别电镀牢固粘接的铜、银金属层，形成零电阻的通透性的金属导电布。
本发明还涉及瓷结构胶浸纤维电容式套管的使用方法，所述使用方法，是将导电杆、绝缘层、电容极板、中链脂肪酸酯绝缘油、接线端子、法兰、瓷结构组装成瓷结构胶浸纤维电容式套管 ，然后使用在交流电力***或者直流电力***中 。
进一步的，上述的瓷结构胶浸纤维电容式套管的使用方法，在组装前，需要先制备中链脂肪酸酯绝缘油，所述中链脂肪酸酯绝缘油的制备，包括如下步骤：
（1）将中链脂肪酸、三羟甲基丙烷与二甲苯混合，再加入催化剂，混合均匀后，在氮气保护环境下，通过油浴进行加热反应，反应过程中温度保持在140-150℃，反应过程中磁力搅拌器的转速为500-800 rpm，反应过程中通过分液装置收集水与二甲苯的共沸物以去除酯化反应产生的水分，反应时间为 4-6 h；
（2）反应结束后，通过离心方法去除催化剂，通过减压蒸馏除去残留的脂肪酸和三羟甲基丙烷，得到中链脂肪酸酯绝缘油。
进一步的，上述的瓷结构胶浸纤维电容式套管的使用方法，所述催化剂为SnCl2，所述催化剂的添加量为中链脂肪酸和三羟甲基的0.8-1.2 wt.%；使用离心机分离催化剂SnCl2，离心机的转速为4000 -5000rpm，离心时间为10-20min；在 150~160°C 和 0.2~0.6kPa 的情况下下减压蒸馏去除未反应的的脂肪酸和三羟甲基丙烷。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
（1） 结构设计合理，通过电容极板配合绝缘层构成多层电容，进而利用多层电容用以均匀分担整个装置内的电压，以降低电压对整个装置的负担；
（2） 所述绝缘层内填充中链脂肪酸酯绝缘油，由于中链脂肪酸酯绝缘油含支链醇，其空间位阻效应能够抑制水解的发生，与天然酯绝缘油相比在热老化中不易水解，在热老化过程中介电性能主要受小分子酸等强极性老化产物影响，水分与水解产生大分子酸的影响较小，由于 中链脂肪酸酯绝缘油具有较高的热氧化稳定性，极性物质的产生较少， 不易发生缩聚反应，老化后运动粘度几乎不变， 介电性能劣化程度较低，相比天然酯绝缘油具有更好的抗老化性能；
（3） 述电容极板，毫米级合成纤维单丝编织成一定目数的合成纤维布具有一定的韧性，和绝缘层所用绝缘材料具有相同的膨胀系数，和绝缘层所用绝缘材料间形成各向同性完整的统一体结构，避免了因材料膨胀系数不同导致电容极板材料断裂或分层的缺陷。
附图说明
图1为本发明所述瓷结构胶浸纤维电容式套管的结构示意图；
图2为本发明所述瓷结构胶浸纤维电容式套管的图1的A处放大图；
图3为本发明所述瓷结构胶浸纤维电容式套管的电容极板的合成纤维导电布单丝结构图；
图4为本发明所述瓷结构胶浸纤维电容式套管的电容极板的合成纤维导电布示意图；
图中：导电杆1、绝缘层2、电容极板3、中链脂肪酸酯绝缘油4、接线端子5、法兰6、瓷结构7、合成纤维单丝a、过渡金属层Ⅰb、金属层Ⅱc、纤维网格布d。
具体实施方式
下面将结合具体实施例和附图1-4，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1-4所示，以下实施例提供了一种瓷结构胶浸纤维电容式套管，包括导电杆1，所述导电杆2的外侧包裹有绝缘层2，所述绝缘层2是由绝缘材料绕设而成，所述绝缘层2内套设有若干层电容极板3，所有的所述电容极板3是直径不一的同心圆筒结构，所述电容极板3配合绝缘层2共同组成若干多层容；所述绝缘层2内填充中链脂肪酸酯绝缘油4；所述导电杆1顶端固定连接接线端子5；所述导电杆1的底端固定连接有法兰6，所述电容极板材料层2的外侧套设有瓷结构7；所述电容极板3采用和绝缘层2相同的绝缘材料作为基材，所述基材为毫米级合成纤维单丝编织成一定目数的合成纤维网格布，所述合成纤维网格布经过除油、表面粗化处理后，在其表面电镀过渡金属层Ⅰ,所述过渡金属层Ⅰ和绝缘材料的单丝纤维具有相近的表面势能，以形成牢固、不易脱落的电镀层，处理电镀过渡金属层Ⅰ的镀层表面，在其外面电镀满足电气要求的低阻值的金属层Ⅱ；所述中链脂肪酸酯绝缘油4是通过中链饱和脂肪酸与三羟甲基丙烷进行酯化反应得到，所述中链饱和脂肪酸与三羟甲基丙烷的摩尔比为3:1。
进一步的，所述导电杆1的材料采用铝合金，所述铝合金的化学成分为硅为6.5%~7.5%、镁为0.25%~0.45%、钛为0.08%~0.20%、砂型铸造的铁为 0~0.2%、金属型铸造的铁为 0~0.2%、铜≤0.1%、锰≤0.10%、锌≤0.1%、稀≤0.20%、锡≤0.01%、铅≤0.03%。
进一步的，所述接线端子5的材料采用进行热处理后的紫铜，所述紫铜的化学成分为铜与银99.90%、铋0.001%、锑0.002%、砷0.002%、铁0.005%、铅0.005%、硫0.005%。
进一步的，所述毫米级合成纤维单丝的单丝直径为0.10～0.2mm,并编织成纤维网格布；所述合成纤维为尼龙、聚丙烯或聚四氟乙烯；所述电镀过渡金属层Ⅰ为纯铜T2，厚度5μm。
进一步的，所述毫米级合成纤维单丝编织成一定目数的合成纤维布经电镀过渡金属层处理后，分别电镀牢固粘接的铜、银金属层，形成零电阻的通透性的金属导电布。
实施例
本发明所述的瓷结构胶浸纤维电容式套管的使用方法，是将导电杆1、绝缘层2、电容极板3、中链脂肪酸酯绝缘油4、接线端子5、法兰6、瓷结构7组装成瓷结构胶浸纤维电容式套管 ，然后使用在交流电力***或者直流电力***中 。
在组装前，需要先制备中链脂肪酸酯绝缘油4，所述中链脂肪酸酯绝缘油4的制备，包括如下步骤：
（1）将中链脂肪酸、三羟甲基丙烷与二甲苯混合，再加入催化剂，混合均匀后，在氮气保护环境下，通过油浴进行加热反应，反应过程中温度保持在150℃，反应过程中磁力搅拌器的转速为600rpm，反应过程中通过分液装置收集水与二甲苯的共沸物以去除酯化反应产生的水分，反应时间为 5 h；
（2）反应结束后，通过离心方法去除催化剂，通过减压蒸馏除去残留的脂肪酸和三羟甲基丙烷，得到中链脂肪酸酯绝缘油4。
进一步的，所述催化剂为SnCl2，所述催化剂的添加量为中链脂肪酸和三羟甲基的0.85 wt.%；使用离心机分离催化剂SnCl2，离心机的转速为4500rpm，离心时间为15min；在160°C 和 0.5kPa 的情况下下减压蒸馏去除未反应的的脂肪酸和三羟甲基丙烷。
本发明所述瓷结构胶浸纤维电容式套管，结构设计合理，通过电容极板3配合绝缘层2构成多层电容，进而利用多层电容用以均匀分担整个装置内的电压，以降低电压对整个装置的负担；所述绝缘层2内填充中链脂肪酸酯绝缘油4，所述中链脂肪酸酯绝缘油4以中链脂肪酸和三羟甲基丙烷为原料，由于中链脂肪酸酯绝缘油4含支链醇，其空间位阻效应能够抑制水解的发生，与天然酯绝缘油相比在热老化中不易水解，在热老化过程中介电性能主要受小分子酸等强极性老化产物影响，水分与水解产生大分子酸的影响较小，由于 中链脂肪酸酯绝缘油4具有较高的热氧化稳定性，极性物质的产生较少， 不易发生缩聚反应，老化后运动粘度几乎不变， 介电性能劣化程度较低，相比天然酯绝缘油具有更好的抗老化性能。
本发明所述电容极板3，毫米级合成纤维单丝a编织成一定目数的合成纤维布具有一定的韧性，和绝缘层2所用绝缘材料具有相同的膨胀系数，和绝缘层2所用绝缘材料间形成各向同性完整的统一体结构，避免了因材料膨胀系数不同导致电容极板3材料断裂或分层的缺陷。
进一步的，毫米级合成纤维单丝a编织成一定目数的合成纤维布具有完全通透性，使得各电容极板3未形成封闭空间，为开放式结构，可以完全避免在填充中链脂肪酸酯绝缘油4的过程中，在各电容极板3间上升的速率保持一致，避免各层间流速不一致形成倒流、紊流导致夹气形成缺陷的风险；其次，可以使各层间的填充中链脂肪酸酯绝缘油可以相互流动，具有统一的渗透压，消除固化内应力，使所述瓷结构胶浸纤维电容式套管绝缘层2内形成各向同性的均匀材质，避免残余内应力，形成分层、开裂缺陷，大幅提高产品合格率及电气性能。
所述绝缘层2的外侧套设有瓷结构7，所述瓷结构7是由大小不一的伞状结构交替构成，通过设置瓷结构7，用于外部绝缘以及改善整个装置外电场分布。
本发明所述铝合金的化学成分设计合理，抗拉强度的范围为 295~380 MPa， 伸长率 δ5≥3%，硬度大于 80 HB，抗老化防腐性能优异，机械强度高，微量杂质少，导电性能强。
本发明所述紫铜的化学成分设计合理，抗拉强度的范围为 295~380 MPa，伸长率δ5≥3%，硬度范围为 90~120 HB，具有良好的导电、导热、耐蚀和加工性能。
本发明具体使用方法途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，以上实施例仅用于说明本发明，而并不用于限制本发明的保护范围。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种瓷结构胶浸纤维电容式套管，其特征在于，包括导电杆（1），所述导电杆（2）的外侧包裹有绝缘层（2），所述绝缘层（2）是由绝缘材料绕设而成，所述绝缘层（2）内套设有若干层电容极板（3），所有的所述电容极板（3）是直径不一的同心圆筒结构，所述电容极板（3）配合绝缘层（2）共同组成若干多层容；所述绝缘层（2）内填充中链脂肪酸酯绝缘油（4）；所述导电杆（1）顶端固定连接接线端子（5）；所述导电杆（1）的底端固定连接有法兰（6），所述电容极板材料层（2）的外侧套设有瓷结构（7）；所述电容极板（3）采用和绝缘层（2）相同的绝缘材料作为基材，所述基材为毫米级合成纤维单丝编织成一定目数的合成纤维网格布，所述合成纤维网格布经过除油、表面粗化处理后，在其表面电镀过渡金属层Ⅰ,所述过渡金属层Ⅰ和绝缘材料的单丝纤维具有相近的表面势能，以形成牢固、不易脱落的电镀层，处理电镀过渡金属层Ⅰ的镀层表面，在其外面电镀满足电气要求的低阻值的金属层Ⅱ；所述中链脂肪酸酯绝缘油（4）是通过中链饱和脂肪酸与三羟甲基丙烷进行酯化反应得到，所述中链饱和脂肪酸与三羟甲基丙烷的摩尔比为3:1。
2.根据权利要求1所述瓷结构胶浸纤维电容式套管，其特征在于，所述导电杆（1）的材料采用铝合金，所述铝合金的化学成分为硅为6.5%~7.5%、镁为0.25%~0.45%、钛为0.08%~0.20%、砂型铸造的铁为 0~0.2%、金属型铸造的铁为 0~0.2%、铜≤0.1%、锰≤0.10%、锌≤0.1%、稀≤0.20%、锡≤0.01%、铅≤0.03%。
3.根据权利要求1所述瓷结构胶浸纤维电容式套管，其特征在于，所述接线端子（5）的材料采用进行热处理后的紫铜，所述紫铜的化学成分为铜与银99.90%、铋0.001%、锑0.002%、砷0.002%、铁0.005%、铅0.005%、硫0.005%。
4.根据权利要求1所述瓷结构胶浸纤维电容式套管，其特征在于，所述毫米级合成纤维单丝的单丝直径为0.10～0.2mm,并编织成纤维网格布；所述合成纤维为尼龙、聚丙烯或聚四氟乙烯；所述电镀过渡金属层Ⅰ为纯铜T2，厚度5μm。
5.根据权利要求4所述瓷结构胶浸纤维电容式套管，其特征在于，所述毫米级合成纤维单丝编织成一定目数的合成纤维布经电镀过渡金属层处理后，分别电镀牢固粘接的铜、银金属层，形成零电阻的通透性的金属导电布。
6.根据权利要求1-5任一项所述瓷结构胶浸纤维电容式套管的使用方法，其特征在于，所述使用方法，是将导电杆（1）、绝缘层（2）、电容极板（3）、中链脂肪酸酯绝缘油（4）、接线端子（5）、法兰（6）、瓷结构（7）组装成瓷结构胶浸纤维电容式套管 ，然后使用在交流电力***或者直流电力***中 。
7.根据权利要求6所述瓷结构胶浸纤维电容式套管的使用方法，其特征在于，在组装前，需要先制备中链脂肪酸酯绝缘油（4），所述中链脂肪酸酯绝缘油（4）的制备，包括如下步骤：
将中链脂肪酸、三羟甲基丙烷与二甲苯混合，再加入催化剂，混合均匀后，在氮气保护环境下，通过油浴进行加热反应，反应过程中温度保持在140-150℃，反应过程中磁力搅拌器的转速为500-800 rpm，反应过程中通过分液装置收集水与二甲苯的共沸物以去除酯化反应产生的水分，反应时间为 4-6 h；
反应结束后，通过离心方法去除催化剂，通过减压蒸馏除去残留的脂肪酸和三羟甲基丙烷，得到中链脂肪酸酯绝缘油（4）。
8.根据权利要求7所述瓷结构胶浸纤维电容式套管的使用方法，其特征在于，所述催化剂为SnCl2，所述催化剂的添加量为中链脂肪酸和三羟甲基的0.8-1.2 wt.%；使用离心机分离催化剂SnCl2，离心机的转速为4000 -5000rpm，离心时间为10-20min；在 150~160°C 和0.2~0.6 kPa 的情况下下减压蒸馏去除未反应的的脂肪酸和三羟甲基丙烷。
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