[发明专利]具有二维介电常数∧型梯度分布的GIS绝缘子设计方法

说明书

本发明公开一种具有二维介电常数∧型梯度分布的GIS绝缘子设计方法，包括如下步骤:首先，制备环氧树脂材料；其次，采用阶梯固化法处理，固化过程分为两步；最后，对环氧树脂盆式绝缘子进行梯度设计：(1)将环氧树脂盆式绝缘子表面由内向外分为五个紧密相连的环形，令环形的相对介电常数先增大后减小；(2)将环氧树脂盆式绝缘子放置于磁控溅射设备内，按照∧型分布梯度在不同位置溅射不同时间，时间范围为0min‑60min，得到二维梯度分布的盆式绝缘子。

技术领域

本发明属于高电压设备制造中改性聚合材料及其制备领域，涉及一种具有二维介电常数∧型梯度分布的GIS绝缘子设计方法，具体涉及一种具有二维介电常数∧型梯度分布的GIS环氧树脂绝缘子设计方法。

背景技术

近年来，随着电力系统高电压、大容量输电的发展需求，气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)及气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)因其传输容量大、占地面积小、可靠性高等优点，得到了广泛的关注与应用。其中，盆式绝缘子既起到机械支撑的作用，又作为电气绝缘体，对整个GIS、GIL的安全稳定运行起着决定性的关键作用。然而，即使在质量严苛的1000kV交流特高压工程中，环氧浇注类绝缘子依旧故障频发。

一般认为，电场分布不均匀度较高是导致绝缘击穿、耐电性能差的根本原因。在不同介质的分界面如金属导体、绝缘子以及SF₆气体三结合点处，由于介电参数的急剧变化，使得电场分布不均匀，局部电场畸变严重，导致局部放电的发生。一方面加剧绝缘老化，另一方面引起闪络，降低绝缘的耐电性能。目前，为了提升绝缘的耐电性能，常采用优化电极或绝缘结构形状的方法，如增设均压环、屏蔽罩和改进绝缘子形状。虽然电场分布得到了改善，但是绝缘结构更加复杂，且效果有限。

将材料学领域的功能梯度材料(FunctionallyGradedMaterial，FGM)概念应用于电气绝缘领域，通过构建相对介电常数非均匀分布的绝缘结构，对交流下的电场分布进行调控，从而促使电场分布均匀，缓解局部电场过高的目的。日本名古屋大学Okubo教授团队借助无机填料离心制造技术，构建了外形结构为圆台和盘型的复合材料FGM绝缘子，研究发现三结合点处最大电场强度有效降低，闪络电压得到显著提升。然而此技术可控性差且影响因素复杂，难以大批量制造环氧绝缘子。将磁控溅射法应用于环氧树脂基表面，通过控制靶材种类、溅射时间、溅射功率等构造二维FGM绝缘子，具有操作简便、易于控制等优点，为FGM绝缘子的制造提供了全新方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有二维介电常数∧型梯度分布的GIS绝缘子设计方法，通过在环氧树脂基表面溅射不同时间形成介电常数的二维梯度分布，以调控其表面电场的分布，提升绝缘子耐电性能。

本发明为解决其技术问题提出的技术方案是：具有二维介电常数∧型梯度分布的GIS绝缘子设计方法，该方法包括如下步骤:

1)制备环氧树脂材料：

(1)将环氧树脂基、固化剂和氧化铝按照100:38:330配比加入混合罐得到环氧树脂混合材料，温度130℃；

(2)电机搅拌0.5小时、在-0.1MPa的真空度下真空脱气一个小时；

(3)将步骤(2)中环氧树脂混合材料浇注至经预热处理后模具内:预处理温度为130℃，不低于1小时；

2)采用阶梯固化法处理，固化过程分为两步：

(1)先将模具放入烤箱在130℃下进行一次固化8小时，然后脱模；

(2)脱模后的产品放入烤箱在130℃下进行二次固化8小时，冷却后即可得到环氧树脂盆式绝缘子；

3)对环氧树脂盆式绝缘子进行梯度设计：

(1)将环氧树脂盆式绝缘子表面由内向外分为五个紧密相连的环形，令环形的相对介电常数先增大后减小；