[发明专利]一种无机纳米复合剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种无机纳米复合剂及其制备方法和应用，属于电缆附件安装工艺领域。用于交联聚乙烯电力电缆终端的安装工程中。

背景技术

电缆附件在6-35kV城市电网中被大量使用，电缆附件的事故率占整个电缆总故障的39％严重影响供电可靠性。电缆附件的事故经过现场调研，主要原因如下：(1)现场施工质量问题，比如：应力锥安装不到位、剥半导电层时刀具不慎在绝缘层上留下缺陷、混入杂质等。这些都可能导致在XLPE(交联聚乙烯)绝缘层和电缆附件界面处形成局部的电场高点，从而产生局部放电，进一步导致绝缘事故发生。(2)运行状况恶劣，目前整个城市电网电缆的共沟率高，大量电缆共用一个电缆沟，发热非常严重，并且大部分电缆长期处于超负荷运行，夏天电缆沟积水问题也很严重，导致电缆附件的运行状况非常恶劣。(3)电缆附件在长期冷热循环作用下，导致在主绝缘层和护套之间形成微小气隙，也容易导致局部放电发生。但由于现场施工质量的控制较为困难，而且整个城市电网的运行状况短期无法改变，因此电缆附件故障导致的问题层出不穷。如何能有效减少电缆附件的绝缘事故率，是目前城市电网中保证供电可靠性的紧迫问题。

有机高分子绝缘材料(如XLPE，交联聚乙烯)耐局部放电能力较差，一旦出现局部放电，绝缘的破坏很快。而通常的无机材料(如陶瓷、玻璃和各种无机氧化物)具有极强的耐放电烧蚀能力。美国杜邦公司通过无机纳米涂层覆盖在绝缘层上，制造了耐电晕FCR膜，该膜不仅厚度比普通膜薄，而且寿命提高了10倍以上，在各种重要工业场合得到应用。目前，国内也研制了各种纳米硅橡胶用在了外绝缘材料，其主要目的也是为了增强普通绝缘材料的耐电晕能力。经过我们前期的研究表明：无机纳米颗粒对有机绝缘进行覆盖和填充，可大大提高有机绝缘耐局部放电烧蚀的能力，延长老化寿命可提高10倍以上。

在本发明中，我们通过无机纳米涂层对电缆终端XLPE主绝缘表面处进行表面覆盖和填充(比如半导电层的断面处、电缆终端头有切痕和缺陷的地方等)，再套上外护套，该纳米颗粒具有电子和紫外线屏蔽效应，提高了传热能力，具有均匀电场、空间电荷抑制作用等，在表面上形成的无机纳米覆盖物能够形成准导电区，使电荷不易积累，能够降低电场集中，有效改善介电性能，防止局部放电；即使在电缆运行过程中有微弱放电发生，但因为无机纳米颗粒的耐局部放电烧蚀的能力，可有效保护XLPE主绝缘，大大避免放电所导致的电树、甚至击穿。检索国内外文献库，尚没有关于运用无机纳米涂料提升电缆附件耐表面局部放电能力的报道，对于纳米涂料在电缆终端XLPE主绝缘表面处进行表面覆盖，提升电缆终端使用寿命的的运用，国内外专利文献和非专利文献也均未见有报道。

发明内容：

本发明目的是针针对现有技术的不足而提供一种无机纳米复合剂及其使用方法和应用，其特点是由无机纳米颗粒和有机溶剂组成纳米复合剂，通过无机纳米粒子填充局部缺陷、削弱局部电场高点，提高有机绝缘耐局部放电烧蚀的能力，进一步延长电缆附件的使用寿命。它具有技术先进、操作简便、效果显著、安全可靠、适用面广的优点。

本发明的目的由以下技术措施实现，其中所述原料分数除特殊说明外，均为重量份数。

无机纳米复合剂的起始原料由以下组分组成为：

其中，纳米氧化物由以下组分组成为：

纳米三氧化二铝  平均粒径20～40nm                          0.5～2份

纳米二氧化硅  平均粒径10～30nm                            0.5～2份

纳米氧化锌  平均粒径40～60nm                              0.5～2份

溶剂为木糖醇、山梨醇、丙酮、四氯化碳、二甘醇和水杨醇中的至少一种。

分散剂为氧化聚乙二醇、聚乙二醇或聚丙烯酰胺中的任一种。

成膜助剂为乙二醇单丁醚、乙二醇或丙二醇乙醚中的任一种。

中和剂为乙醇胺、氨水或者氢氧化钾中的任一种。

无机纳米复合剂的制备方法包括以下步骤：

(1)将纳米二氧化硅包覆的纳米二氧化钛10～15份、纳米三氧化二铝0.5～2份、纳米二氧化硅0.5～2份、纳米氧化锌0.5～2份加入混合容器中，通过研磨和超声波分散机分散混合均匀，超声波功率为200～500W，频率为20～24kHz；