電工絕緣新材料課件

電工絕緣新材料1、背景2、新型植物絕緣油3、抗老化絕緣油4、納米植物絕緣油5、耐老化絕緣紙6、聚乙烯/納米蒙脫土復(fù)合材料7、超疏水納米涂料8、納米粒子填充型復(fù)合防腐涂料9、導(dǎo)電混凝土主要內(nèi)容1、背景《納米研究國(guó)家重大科學(xué)研究計(jì)劃“十二五”專項(xiàng)規(guī)劃》:納米電工絕緣材料?！丁笆濉眹?guó)家科技計(jì)劃材料領(lǐng)域2013年度備選項(xiàng)目征集指南》:特高壓絕緣功能材料。國(guó)家和南方電網(wǎng)公司“十二五”科技規(guī)劃的科技項(xiàng)目:特高壓絕緣材料，植物絕緣油，納米絕緣油，新型接地材料，納米防腐涂料，直流高壓絕緣材料關(guān)鍵技術(shù)等。2、新型植物絕緣油美國(guó)和歐洲的環(huán)保法令：要求充油電力設(shè)備無(wú)泄漏。防火型液體絕緣材料：難燃油，燃點(diǎn)>300C。植物絕緣油在配電變壓器中得到了應(yīng)用，IEEE出版了配電變壓器中的植物絕緣油選用導(dǎo)則。AREVA制造出275kV植物絕緣油變壓器，在巴西電網(wǎng)投入試驗(yàn)運(yùn)行。FR3(CooperPowerSys.);BIOTEMP(ABB);茶油及菜籽油(重慶大學(xué))；棕櫚油(日本)高燃點(diǎn);可再生;低碳排放;

降低變壓器全壽命周期成本。2、新型植物絕緣油參數(shù)FR3BIOTEMP性能數(shù)值測(cè)試方法數(shù)值測(cè)試方法外觀淺綠色ASTMD1524無(wú)色透明ASTMD1524密度（kg·m-3）0.92/25℃ASTMD12980.91/25℃ASTMD1298運(yùn)動(dòng)粘度（mm2·s-1）34/40ASTMD44545/40℃ASTMD445凝點(diǎn)（℃）-21ASTMD97-15到-25ASTMD97沸點(diǎn)（℃）316ASTMD92330ASTMD92酸值（mgKOH·g-1）0.04ASTMD9740.075ASTMD974表面張力（mN·m-1）24ASTMD971——ASTMD971擊穿電壓（kV）56ASTMD181665ASTMD1816介質(zhì)損耗角（%）3/100℃ASTMD9242/100℃ASTMD924相對(duì)介電常數(shù)3.2/25℃ASTMD11693.2/25℃ASTMD1169體積電阻率（Ω·m）

2×1011/25℃ASTMD9241×1011/25℃ASTMD9242、新型植物絕緣油植物油的傾點(diǎn)通常在-10C以上新的精制食用植物油的擊穿電壓通常在20kV以下食用植物油的介損通常高于10％食用植物油易于氧化25#變壓器油的要求（GB2536）傾點(diǎn)≤－22C擊穿電壓≥35kV氧化安定性介損<0.5%難點(diǎn)問(wèn)題粘度過(guò)高、介損過(guò)大、氧化安定性較低、缺乏基礎(chǔ)試驗(yàn)數(shù)據(jù)等問(wèn)題，迄今仍是阻礙植物絕緣油用于大型電力變壓器的問(wèn)題。2、新型植物絕緣油原料油堿煉脫色

植物絕緣油復(fù)合添加劑真空蒸餾菜籽絕緣油性能數(shù)值測(cè)試方法外觀淺黃色I(xiàn)EC61099密度（kg·m-3）0.90/25℃ISO3675運(yùn)動(dòng)粘度（mm2·s-1）43/40℃ISO3104凝點(diǎn)（℃）-20ISO3016沸點(diǎn)（℃）325ISO2592酸值（mgKOH·g-1）0.03ISO660表面張力（mN·m-1）30ISO6295擊穿電壓（kV）73IEC60156介質(zhì)損耗角（%）2/90℃IEC60247相對(duì)介電常數(shù)2.9/90℃IEC60247體積電阻率（Ω·m）

1×1010/90℃IEC60247植物絕緣油制備基本流程2、新型植物絕緣油油樣抗氧化劑（含量）金屬減活劑（含量）IOT/℃菜籽絕緣油無(wú)無(wú)144T501（0.5%）IRGAMET39（0.1%）176T511（0.5%）IRGAMET39（0.1%）185L06（0.5%）IRGAMET39（0.1%）180L135（0.5%）IRGAMET39（0.1%）175TBHQ（0.5%）IRGAMET39（0.1%）169茶多酚IRGAMET39（0.1%）153植物絕緣油氧化安定性中國(guó)石化重慶潤(rùn)滑油公司測(cè)試報(bào)告2、新型植物絕緣油植物絕緣油的相對(duì)介電常數(shù)植物絕緣油的介質(zhì)損耗因數(shù)植物絕緣油介電特性植物絕緣油的相對(duì)介電常數(shù)3.0~3.2，而礦物油的相對(duì)介電常數(shù)是2.2。在油紙絕緣系統(tǒng)中，植物絕緣油會(huì)承受更大的電壓，使得油紙絕緣系統(tǒng)的擊穿電壓大大提高，使油紙絕緣結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)更加合理。正極性雷電擊穿電壓植物絕緣油中以高速流注放電為主。礦物絕緣油中以低速流注放電為主。負(fù)極性雷電擊穿電壓對(duì)植物絕緣雷電沖擊特性進(jìn)行研究，表明礦物絕緣油以低速流注放電為主，而植物絕緣油以高速流注放電為主。2、新型植物絕緣油加速熱老化試驗(yàn)（ASTMD4243-99）2、新型植物絕緣油90℃下絕緣紙聚合度隨時(shí)間變化關(guān)系110℃下絕緣紙聚合度隨時(shí)間變化關(guān)系通過(guò)大量植物油紙絕緣熱老化試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)植物油紙比礦物油紙具有更高的熱老化剩余壽命。植物油變壓器具有更低的全壽命周期成本。植物油變壓器具有更高的過(guò)負(fù)荷能力，其安全性更高。植物油紙絕緣熱老化特性絕緣紙：厚度0.3mm；試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：IEC06243-1植物油紙電老化壽命模型礦物絕緣油菜籽絕緣油a8.8×1017a2.2×1018b11.52b11.69c1.25×108c1.54×108k0.59k0.582、新型植物絕緣油不銹鋼試驗(yàn)罐油樣：山茶籽油/礦物油絕緣紙:厚度=0.2mm油紙重量之比=15/1測(cè)試溫度：130oC.試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：ASTMD4243-99.絕緣紙中水分初始含量：0.3wt%,2wt%和4wt%水分對(duì)熱老化的影響2、新型植物絕緣油絕緣紙130C加速熱老化130C老化下絕緣紙聚合度與老化時(shí)間關(guān)系2、新型植物絕緣油

試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：GB1094.2-1996《電力變壓器第2部分：溫升》；植物絕緣油變壓器的頂層油溫升和繞組溫升都滿足國(guó)標(biāo)要求。植物絕緣油變壓器溫升試驗(yàn)的紅外熱像圖2、新型植物絕緣油植物絕緣油變壓器的溫升溫升試驗(yàn)植物絕緣油變壓器國(guó)標(biāo)要求頂層油溫升/K48.9≤60繞組溫升

/K高壓繞組60.1≤65低壓繞組61.3≤653、抗老化絕緣油混合油礦物油參數(shù)新型混合油GB2536凝點(diǎn)/℃-26≤-22閃點(diǎn)/℃147≥140運(yùn)動(dòng)粘度(40℃)/mm2/s12.9≤13酸值/mgKOH/g0.01≤0.03水溶性酸或堿5.6>5.4擊穿電壓(20℃)/kV58>35新型混合絕緣油20%天然酯（橄欖油）+80%礦物油+0.3%T501+0.3%L063、抗老化絕緣油C60納米粒子改性礦物絕緣油C60納米粒子C60與礦物油產(chǎn)生特定結(jié)合C60分散于礦物油納米絕緣油制備流程密度1.72g/cm3外徑1nm體積彈性模量14×109Pa德拜溫度185K熱導(dǎo)率（300K）0.4W/mK沸點(diǎn)800K介電常數(shù)4.0-4.5電阻率1014Ω·mC60基本物理性質(zhì)3、抗老化絕緣油C60改性礦物油老化后的含水量老化時(shí)間(h)含水量(ppm)不同老化時(shí)間C60改性礦物油水分含量3、抗老化絕緣油老化中期C60改性礦物油的擊穿電壓介于60-70kV之間；老化后期擊穿電壓有所下降，C60濃度越高擊穿電壓越高。改性礦物油擊穿電壓C60濃度(mg/L)擊穿電壓(kV)C60改性礦物油的擊穿電壓3、抗老化絕緣油C60改性礦物油的介損老化時(shí)間（h）介損值相同老化時(shí)間下C60改性礦物絕緣油的介損值全部降低3、抗老化絕緣油C60濃度（mg/L）電阻值（Ω·cm）C60改性礦物油電阻值C60濃度增加改性礦物油電阻值降低，老化時(shí)間越長(zhǎng)電阻值下降越多4、納米植物絕緣油納米植物絕緣油及應(yīng)用擊穿特性穩(wěn)定性介電特性制備方法已有方法制備納米植物絕緣油易團(tuán)聚、沉降。納米絕緣油擊穿機(jī)理和影響因素尚不明確，亟待研究。缺乏納米植物絕緣油在復(fù)雜環(huán)境下的穩(wěn)定性研究。納米植物絕緣油介電性能研究少，缺乏實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。難點(diǎn)問(wèn)題4、納米植物絕緣油納米絕緣油：納米粒子的制備兩步法共沉淀法制備納米粒子表面改性獲得親油性納米粒子硫酸鐵

表面活性劑硫酸亞鐵一步法高溫分解法制備親油性納米粒子(油酸鈉+氯化鐵=油酸鐵)4、納米植物絕緣油納米植物絕緣油制備流程納米粒子表面改性前納米粒子表面改性后共沉淀法制備納米粒子表面改性獲得親油性納米粒子納米粒子在油中超聲分散提出了采用油酸對(duì)Fe3O4納米粒子進(jìn)行表面改性的方法，解決了納米粒子分散穩(wěn)定性的問(wèn)題，制備出分散穩(wěn)定納米植物絕緣油。油樣擊穿電壓(kV)12345均值植物絕緣油48.651.545.356.248.049.9納米絕緣油58.354.763.162.560.459.8改性前后油樣分穩(wěn)定性對(duì)比圖(納米粒子質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%）工頻擊穿電壓納米絕緣油工頻擊穿電壓比普通植物絕緣油提高近20%納米油的擊穿特性（兩步法）4、納米植物絕緣油4、納米植物絕緣油納米植物絕緣油的正、負(fù)極性雷電沖擊擊穿電壓分別比植物絕緣油高37%和12%。油樣負(fù)極性雷電擊穿電壓(kV)12345均值植物絕緣油85.384.283.282.184.283.8納米絕緣油96.194.092.996.189.693.7油樣正極性雷電擊穿電壓(kV)12345均值植物絕緣油77.873.474.570.273.473.9納米絕緣油104.899.499.4102.6101.5101.5雷電沖擊擊穿電壓國(guó)外研究結(jié)果（ABB）油樣沖擊擊穿電壓(kV)正極性負(fù)極性礦物油Univolt6086170納米油Univolt157154油樣沖擊擊穿電壓(kV)正極性負(fù)極性礦物油Nytro-10X88177納米油Nytro156173V.Segal,etal.“ACandimpulsebreakdownstrengthofacolloidalfluidbasedontransformeroilandmagnetitenanoparticles”.Recordof1998IEEE-ISEI,pp.619-622,Arlington,VA,USA,June7-10,1998.球內(nèi)外電勢(shì)滿足拉普拉斯方程

松弛時(shí)間遠(yuǎn)小于流注發(fā)展時(shí)間球外電場(chǎng)滿足松弛時(shí)間滿足機(jī)理分析4、納米植物絕緣油充電電流充電時(shí)間4、納米植物絕緣油納米粒子對(duì)空間電場(chǎng)的影響4、納米植物絕緣油5、耐老化絕緣紙研究背景隨著變壓器等設(shè)備電壓等級(jí)的提高，絕緣紙的耐受電壓和耐熱等級(jí)需要提高。換流變壓器出線端油紙絕緣在直流電場(chǎng)下的空間電荷集聚問(wèn)題亟需解決。高電氣強(qiáng)度和機(jī)械強(qiáng)度的耐老化絕緣紙技術(shù)備杜邦等少數(shù)國(guó)外大公司所壟斷。5、耐老化絕緣紙纖維解離器打漿機(jī)紙樣抄造設(shè)備絕緣紙樣5、耐老化絕緣紙納米蒙脫土改性纖維素絕緣紙抗拉強(qiáng)度老化120天時(shí)，普通絕緣紙的抗張強(qiáng)度還剩77%，而改性絕緣紙的抗拉強(qiáng)度還剩90%以上。5、耐老化絕緣紙納米蒙脫土改性纖維素絕緣紙擊穿電壓MMT提高了絕緣紙的工頻擊穿場(chǎng)強(qiáng)，并且使老化過(guò)程中改性絕緣紙的工頻擊穿場(chǎng)強(qiáng)分散性減小。納米蒙脫土的阻隔作用5、耐老化絕緣紙老化120天的絕緣紙樣的介質(zhì)損耗熱老化120天的紙樣老化120天的絕緣紙樣的微觀形貌5、耐老化絕緣紙耐老化紙樣的SEM圖a）100倍；b）400倍普通老化紙樣的SEM圖a）100倍；b）400倍6、聚乙烯/納米蒙脫土復(fù)合材料高密度聚乙烯納米復(fù)合材料在日本已成功用于500kV及以上電壓等級(jí)電力電纜。電樹枝和水樹枝老化是影響聚乙烯電纜壽命的主要因素，聚乙烯納米復(fù)合材料顯示出更好的耐受電樹枝和水樹枝老化的能力。高壓直流電纜的應(yīng)用要求聚乙烯材料具有更強(qiáng)的空間電荷消散能力，通過(guò)納米復(fù)合，可以達(dá)到此目的。6、聚乙烯/納米蒙脫土復(fù)合材料納米蒙脫土有機(jī)化處理6、聚乙烯/納米蒙脫土復(fù)合材料MMT含量對(duì)PE/MMT復(fù)合材料力學(xué)性能的影響MMT含量對(duì)PE/MMT復(fù)合材料介電強(qiáng)度的影響6、聚乙烯/納米蒙脫土復(fù)合材料MMT含量對(duì)PE/MMT復(fù)合材料吸水率的影響介電常數(shù)和介電損耗聚乙烯改性前后在工頻下的介電常數(shù)變化聚乙烯改性前后在工頻下的介電損耗變化6、聚乙烯/納米蒙脫土復(fù)合材料6、聚乙烯/納米蒙脫土復(fù)合材料工頻電壓下電樹枝生長(zhǎng)特性純PE的電樹枝以枝狀為主。PE/MMT以叢林狀為主。MMT有助于更好地抑制電樹枝的生長(zhǎng)。6、聚乙烯/納米蒙脫土復(fù)合材料使用長(zhǎng)鏈有機(jī)改性劑改性MMT制備的PE/MMT復(fù)合材料有助于減小空間電荷積聚時(shí)的峰值和消散后的殘留電荷，并加快空間電荷的消散速率。輸電線路、線路絕緣子、變電站支柱絕緣子、套管防污(雨)閃。線路絕緣子、變電站支柱絕緣子、套管防覆冰。金屬構(gòu)件的腐蝕防護(hù)。除廣泛應(yīng)用于電力行業(yè)，超疏水涂料還可用于防霧、油水分離、流體減阻、船舶防腐等，具有廣泛的應(yīng)用前景。7、超疏水納米涂料7、超疏水納米涂料超疏水現(xiàn)象7、超疏水納米涂料超疏水的蟬翼表面(a)蚱蟬的光學(xué)圖片;(b)蟬翼表面的納米結(jié)構(gòu)蟬翼表面由規(guī)則排列的納米柱狀結(jié)構(gòu)組成．納米柱的直徑大約在80nm，納米柱的間距大約在180nm．規(guī)則排列納米突起所構(gòu)建的粗糙度使其表面穩(wěn)定吸附了一層空氣膜，誘導(dǎo)了其超疏水的性質(zhì)，從而確保了自清潔功能。7、超疏水納米涂料超疏水涂料的研制研制出超疏水涂層工藝配方，建立了中試系統(tǒng)，滿足批量生產(chǎn)的要求。超疏水涂層疏水接觸角接近1600，接觸角滯后為4.10

。納米分散反應(yīng)過(guò)程涂層制備7、超疏水納米涂料超疏水與靜態(tài)接觸角疏水：接觸角大于900。超疏水：接觸角大于1500。（例1；例2）疏水超疏水超疏水絕緣子的雨閃和污閃電壓高于普通絕緣子的結(jié)果。超疏水涂層防污性能7、超疏水納米涂料雨閃電壓污閃電壓超疏水涂層耐酸、耐堿性能優(yōu)良靜態(tài)接觸角滾動(dòng)角超疏水涂層穩(wěn)定性7、超疏水納米涂料超疏水涂層防冰性能超疏水涂層具有比普通RTV涂層和普通絕緣子更好的防冰性能。絕緣子串覆冰閃絡(luò)電壓隨覆冰時(shí)間的變化情況涂覆超疏水涂層絕緣子與涂覆RTV涂層絕緣子串，普通玻璃絕緣子串對(duì)比試驗(yàn)（覆冰時(shí)間3小時(shí)）。7、超疏水納米涂料粗糙表面下的液滴接觸角與界面張力的關(guān)系7、超疏水納米涂料8、納米粒子填充型復(fù)合防腐涂料地網(wǎng)的腐蝕與防護(hù)問(wèn)題土壤腐蝕是指土壤的不同組分、不同因素對(duì)金屬的協(xié)同腐蝕作用，即腐蝕除化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕外，還應(yīng)包括機(jī)械、生物、物理腐蝕和它們的聯(lián)合破壞。8、納米粒子填充型復(fù)合防腐涂料防腐蝕機(jī)理屏蔽作用

使基體與外部環(huán)境隔離，以免受到腐蝕。阻擋水、氧和離子的透入，就可防止金屬腐蝕。緩蝕作用涂層中含有的化學(xué)防銹涂料，在有水存在時(shí)，從涂料中離解出緩蝕離子，從而引起陽(yáng)極極化，或陰極極化，或陰陽(yáng)極同時(shí)極化，抑制腐蝕進(jìn)行。電化學(xué)作用

涂料中加入對(duì)基體金屬能成為犧牲陽(yáng)極的金屬粉，金