[发明专利]一种高压直流电缆用可交联聚乙烯绝缘材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种可交联聚乙烯绝缘材料。

背景技术

高压直流电缆线路具有损耗小、传输容量大、输电距离不受限制、运行稳定性高、可联接异步电网等优点，其应用日益受到重视。在一些特定领域，例如长距离跨海输电，高压直流电缆线路几乎是唯一选择。在高压直流电缆应用初期的45年间，主要采用浸渍纸绝缘电缆和充油电缆，其缺点是制造工艺复杂、成本高、维护困难。1999年交联聚乙烯(XLPE)绝缘高压直流电缆开始应用，其工作温度高、重量轻、电缆和附件结构简单、安装和维护方便、无油泄露风险等优点很快得到广泛认同。随着柔性直流输电技术日益成熟，XLPE绝缘高压直流电缆除了在联接跨越宽阔海峡的大陆电网方面继续保持绝对优势外，还在向异步电网陆上互联、大城市供电增容、孤立负荷送电、可再生能源发电输送等方面拓展应用。目前国外投入运行的XLPE绝缘高压直流电缆长度约为30000km，最高电压等级达320kV。我国在2013年底投入运行首条XLPE绝缘高压直流电缆线路，另有一条直流电缆线路在建。有专家预测，随着我国城市化进程加快、岛屿开发战略加速实施和可再生能源发电快速发展，XLPE绝缘高压直流电缆在国内用量快速增加的时代可能很快就会到来。

XLPE绝缘高压直流电缆问世滞后于同类交流电缆近30年，绝缘材料性能一直是制约其应用与发展的主要因素之一。在直流电场作用下普通XLPE容易产生空间电荷累积，而空间电荷可能导致电场严重畸变。另外，XLPE的电导特性对其直流电压下的电场分布影响较大。这些因素导致了高压直流电缆用可交联聚乙烯绝缘材料的制造难度极大，目前只有极少数跨国企业掌握了其生产的关键技术，垄断了其价格与市场，国内生产所需该材料全部依赖进口。

发明内容

本发明是要解决现有普通交联聚乙烯在直流电场作用下存在的易产生空间电荷累积和电导特性差的技术问题，从而提供了一种高压直流电缆用可交联聚乙烯绝缘材料。

本发明的一种高压直流电缆用可交联聚乙烯绝缘材料按重量份数由100份的低密度聚乙烯、1.5～2.2份的交联剂、0.2～0.5份的抗氧剂和0.5～1.2份的纳米碳材料制成。

本发明包括以下有益效果：

利用本发明的可交联聚乙烯绝缘材料制得的纳米碳材料填充的XLPE在20kV/mm以下电场中电导率基本不随电场强度改变，随温度变化约1个数量级，电导特性优异；利用本发明的可交联聚乙烯绝缘材料制得的交联聚乙烯还具有抑制空间电荷能力；利用本发明的可交联聚乙烯绝缘材料制得的交联聚乙烯材料具有优异的电导特性和抑制空间电荷能力，能够用于制造高压直流电缆，替代进口产品。

附图说明

图1为XLPE在40kV/mm电场作用30min时的空间电荷分布图；

图2为XLPE预直流后短路30min时的空间电荷分布图；

图3为利用试验一制备的可交联聚乙烯绝缘材料制得的纳米碳材料填充XLPE在40kV/mm电场作用30min时的空间电荷分布图；

图4为利用试验一制备的可交联聚乙烯绝缘材料制得的纳米碳材料填充XLPE预直流后短路30min时的空间电荷分布图；

图5为XLPE的电导特性曲线图；其中，■为30℃下XLPE的电导特性曲线图；▲为70℃下XLPE的电导特性曲线图；●为90℃下XLPE的电导特性曲线图；

图6为利用试验一制备的可交联聚乙烯绝缘材料制得的纳米碳材料填充XLPE的电导特性曲线图；其中，■为30℃下纳米碳材料填充XLPE的电导特性曲线图；▲为70℃下纳米碳材料填充XLPE的电导特性曲线图；●为90℃下纳米碳材料填充XLPE的电导特性曲线图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的一种高压直流电缆用可交联聚乙烯绝缘材料按重量份数由100份的低密度聚乙烯、1.5～2.2份的交联剂、0.2～0.5份的抗氧剂和0.5～1.2份的纳米碳材料制成。

本实施方式包括以下有益效果：

利用本实施方式的可交联聚乙烯绝缘材料制得的纳米碳材料填充的XLPE在20kV/mm以下电场中电导率基本不随电场强度改变，随温度变化约1个数量级，电导特性优异；利用本实施方式的可交联聚乙烯绝缘材料制得的交联聚乙烯还具有抑制空间电荷能力；利用本实施方式的可交联聚乙烯绝缘材料制得的交联聚乙烯材料具有优异的电导特性和抑制空间电荷能力，能够用于制造高压直流电缆，替代进口产品。