[发明专利]一种直流氧化锌电阻片的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及过电压保护电阻器或避雷器技术领域，尤其涉及一种能够提高氧化锌电阻片耐老化性能的制备方法。

背景技术

随着经济的发展，对输运电容、电压的要求不断提高，对输变电设备的安全性、可靠性要求也越来越高，氧化锌(ZnO)电阻片以其优越的非线性特性，被广泛应用于电子、电力系统以保护输变电设备免受雷电等过电压的破坏。

大功率换流器(整流和逆变)的研究成功，使高压直流输电突破了技术上的障碍，直流输电获得新生，成为最有前途的输电方式。目前，直流输电系统在轨道交通、电力机车、船舶冶金、电解行业等越来越多领域获得应用，因此，直流电压保护电阻器或避雷器成为直流输电中迫切需要的保护器件。与交流保护电阻器或避雷器相比，由于直流输电没有过电压零点，电阻片长期处于高电压负荷状态下，运行时发热较严重，因此，对耐老化能力要求非常高。另外，与交流系统用避雷器相比，直流避雷器种类较多，就目前工程上采用的基本换流单元6脉动环流单元和12脉动换流单元而言，其中要用到的避雷器种类有：交流母线避雷器(A)、换流桥避雷器(B)、换流器避雷器(C)、换流器直流母线避雷器(CB)、直流母线避雷器(DB)直流线路避雷器(DL)、平波电抗避雷器(DR)、阀避雷器(V)等10余类，在换流站内设置的这些避雷器，除了限制交流线路、直流线路和中性线的雷电过电压外，主要是限制换流器动作时产生的过电压。换向过冲可能产生的总峰值为直流值分量的2.2～2.3倍，如果在较大的延迟角下运行会产生更大的换向过冲。特别是在上部换流变压器至换流阀间连接对地闪络时产生的过电压是避雷器要承受的最严重的过电压负载。因此，对于避雷器要求通流能力很大。但是，目前直流电阻片还处于研发阶段，一般仍然采用性能较高的交流电阻片代替直流电阻片，由于通流容量小，耐老化能力差等不足，使用中常采用多柱并联并留有很大的裕度的方式，有的高达几十柱。多柱并联使用时，柱间电流分布相当重要，当电流分布不均时会导致个别避雷器由于过载而热崩溃，但是目前国内尚缺乏并联柱较多情况下的检验经验。因此，研发具有大通流容量、耐老化的直流电阻片，以减少并联柱数量是最直接有效的解决方式。

组分和制备工艺共同决定了电阻片的电学性能，目前一般通过调整氧化锌电阻片的组分和制备方法提高氧化锌电阻片的性能。

一般情况下，电阻片的性能和微观结构的均匀性密切相关，微观结构不均匀会导致电流分布不均，电流集中通过的区域由于发热量大而使温度升高，温度的升高又导致电流的进一步上升，最终会由于局部过热而发生炸裂或熔融贯穿破坏。氧化锌电阻是多组分掺杂的多晶陶瓷，通过各种不同添加物对微观结构的形成起到不同的作用，目前，应用最广的是铋系氧化锌压敏电阻，其中氧化铋(Bi₂O₃)是重要的添加物，不仅促进液相烧结，而且形成富Bi₂O₃的晶相并且部分Bi被吸附到ZnO晶粒间界上，形成富Bi薄层，产生表面态，从而形成晶界势垒，使压敏陶瓷具有非线性。但是，由于Bi₂O₃在高温下以液相的形态存在，液相传质导致氧化锌晶粒生长速度很快，容易导致晶粒反常长大。因此，一般还添加Sb₂O₃形成尖晶石相钉扎在晶界，有效抑制晶粒生长，控制晶粒生长速度；添加SiO₂和SnO₂以促使氧化锌晶粒的均匀生长，提高电阻片中氧化锌晶粒的粒度分布均匀性。另外，日本专利JP2003119074通过添加钪氧化物改善氧化锌电阻片的微观结构，从而提高了通流能力；中国专利88100513.4通过使用添加元素的硝酸盐代替其氧化物，有效地改善了氧化锌电阻片的均匀性，提高了耐浪涌能力；中国专利CN200910010647.1通过添加氧化亚镍及玻璃粉使氧化锌电阻片内部结构更加稳定，提高其耐老化性能。但是，这些方法或是本较高，或是工艺复杂，不适用于工业生产。