[發明專利]用于DC電氣部件的絕緣材料

有效

• 申請號: 201780089400.6
• 申請日: 2017-04-05
• 公開（公告）號: CN110494932B
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 陶志強;R.格雷莫德;張軼博;陳建升;L.東澤爾;R.加斯帕里尼;U.施特勞曼;U.里歇特;P.埃爾澤
• 申請（專利權）人: ABB電網瑞士股份公司
• 主分類號: H01B3/00
• 分類號: H01B3/00;C08K3/22
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 隋曉平

提出了一種用于DC電氣部件的絕緣材料。所述絕緣材料包含熱固性或熱塑性基質和功能性填料組分。所述功能性填料組分具有取決于所施加的電場強度的非線性DC電導率。至少在0℃至120℃的溫度范圍內，所述功能性填料組分具有在2至5eV的范圍內、任選地在2至4eV的范圍內的帶隙。此外，提出了一種生產絕緣材料的方法、絕緣材料用于高壓DC電氣部件的用途、包含所述絕緣材料的DC電氣部件和包含所述絕緣材料的DC電氣部件在高壓DC氣體絕緣裝置中的用途。

發明領域

本公開涉及一種用于DC電氣部件的絕緣材料。此外，本公開涉及一種制備所述絕緣材料的方法。此外，本公開涉及絕緣材料用于高壓DC電氣部件的用途。另外，本公開涉及一種包含至少部分地由絕緣材料的絕緣層所包圍的導體的高壓DC (HVDC)電氣部件。還此外，本公開涉及DC電氣部件在高壓DC氣體絕緣裝置中的用途。

背景技術

近年來，高壓DC設備(例如，電纜、套管和電纜接頭)的需求顯著增加。在HVDC設備中，使用的絕緣材料必須表現出特定的性質，特別是特定的電性質。特別地，特定絕緣材料在AC應用中的電行為與其在DC應用中表現的行為是無法相比的，使得適合于AC應用的大多數已知絕緣材料不能在DC情況下使用。例如，在包含現有材料的常規絕緣體的表面上可能發生電荷累積。這繼而又導致表面電位的畸變和/或使用這樣的絕緣體的整個HVDC系統的擊穿強度的減小。這種電荷累積在AC情況下實際不會發生，這也是為什么常規的絕緣材料在設計時未將這些效應考慮在內的原因之一。因此，絕緣材料應提供特定的性質，這些性質使其可用于DC應用中，而同時防止熱失控(thermal runaway)。

用于AC情況的常規的絕緣材料可含有填充材料如氧化鋁。雖然僅僅添加氧化鋁填料顆粒在用于AC時可改變絕緣體的電容行為，但在DC情況下對表面帶電和場畸變的影響非常有限。

場分級材料是在電氣應用中用于有效且可靠地控制電場的已確立措施。用于提供電流電壓特性的非線性(場分級)的普遍填料例如為碳化硅(SiC)或微變阻器(ZnO)。圖4示意性地示出了表現出非線性電流電壓特性以實現場分級的材料的不同構造。參考符號M表示基質組分，而P表示顆粒組分，G表示晶粒。示意性地示出了一種通過該材料的可能電流路徑I并用參考符號I指示。場分級在SiC或者ZnO的微變阻器中由填料的顆粒之間或顆粒內的界面提供。在示出基于SiC的材料的圖4a中，顆粒-顆粒接觸(由粗黑線示出)是造成電流-電壓特性的非線性的原因。在示出基于微變阻器的ZnO材料的圖4b中，晶界(由粗黑線示出)是造成電流-電壓特性的非線性的原因。最后，在圖4c中，整個顆粒(以黑色表示)是造成電流-電壓特性的非線性的原因。此類材料顯示出強的非線性行為，對于某些應用如電涌放電器或機器絕緣來說，這是明顯的優點。然而，這些填料具有以下限制：

需要界面摻雜以及晶粒/顆粒尺寸的精確控制以確保場分級性能的恒定性能。這意味著良好控制的過程對于微變阻器粉末的制備是必要的。對于SiC，需要連續監測填料粉末的電性質和形態性質以及從各種粉末批次的共混以確保恒定的、期望的性能。

對于作為用于DC部件的絕緣材料的應用——其中需要弱非線性行為并使用具有大量填料的大部件，需要不同的方法。這里我們提出了對于在用于DC絕緣部件的聚合物基質中的高填充含量具有弱場分級和低導電特性的成本有效填料的固有地穩健的替代解決方案。因此，本公開的一個目的在于提供一種可用于DC情況下、特別是DC或HVDC系統中的改進的絕緣材料。期望具有用于獲得絕緣材料的固有地穩健的解決方案，該解決方案成本有效，對于在用于DC絕緣部件的聚合物基質中的高填充含量具有弱場分級和低導電特性。

鑒于上述情況，提出了根據權利要求1的絕緣材料以及根據權利要求12的生產絕緣材料的方法、根據權利要求13的所述絕緣材料的用途、根據權利要求14的利用所述絕緣材料的DC電氣部件和根據權利要求15的采用所述DC電氣部件的用途。

發明概述