專利名稱：一種直流避雷器用電阻片及其生產(chǎn)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)避雷器技術(shù)領(lǐng)域，是一種直流避雷器用電阻片及其生產(chǎn)工藝。
背景技術(shù)：
直流輸電與交流輸電相比，有著許多優(yōu)越性，如傳輸容量大、較小的輸電走廊空間、不同頻率交流系統(tǒng)的聯(lián)結(jié)等等，尤其是在大于800km的長距離輸電工程中，有著良好的技術(shù)經(jīng)濟效益比。但直流輸電目前還存在著許多未解決的難題，特別是在直流輸電工程中，直流金屬氧化物電阻片是高壓直流避雷器的核心部件，對電阻片的研制和生產(chǎn)至關(guān)重要。與交流避雷器不同，直流避雷器品種繁多，各種直流避雷器之間的主要區(qū)別是作用電壓或持續(xù)運行電壓，直流電壓下非線性電阻片的導(dǎo)電機理與交流電壓下完全不同。由于持續(xù)運行電壓波形的改變，傳統(tǒng)的交流氧化鋅電阻片在直流電壓作用下很快就會老化、熱崩潰，無法滿足直流輸電對電阻片老化性能的要求。也就是說，直流電阻片要求具有更好的老化性能，而由于且老化機理也不同這就要求采用不同的熱處理工藝?，F(xiàn)在直流氧化鋅電阻片的制造主要采用日本專利特開昭56-142601介紹的技術(shù)，即在現(xiàn)有交流電阻片燒結(jié)后，將燒結(jié)后的電阻片兩端面磨片，用去離子水清洗后，需要在電阻片兩端面涂氧化鉍漿，而后需要在900°C以上溫度進行熱處理。使得制造工藝復(fù)雜化，而且熱處理對于能源需求較大，從而增加了制造成本。中國專利申請?zhí)枮镃N101503^2A “直流氧化鋅電阻片配方”的專利公開了直流氧化鋅電阻片配方，但配方中含有Cr2O3和SiO2，其中Cr2O3有毒，S^2會與ZnO發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生產(chǎn)硅酸鋅，由于硅酸鋅的導(dǎo)熱系數(shù)較ZnO低，因此S^2的加入使氧化鋅電阻片的電性能尤其是方波通流容量變差。因此，該項技術(shù)難于推廣，目前在工藝上普遍采用的仍然是在電阻片兩端面涂氧化鉍漿，而后在900°C以上溫度進行熱處理的傳統(tǒng)工藝。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種直流氧化鋅電阻片配方及其制造方法，采用該配方制備出的直流輸電系統(tǒng)用電阻片，能夠滿足直流輸電系統(tǒng)對電阻片伏安特性、老化等各方面性能的要求，同時有利于簡化工藝和降低成本。實現(xiàn)本發(fā)明的目的所采取的技術(shù)方案是一種直流避雷器用電阻片，是由下列重量百分比的原料制成:Bi203 4. 0% 6. 0% ；Sb2O3 :4. 0% 6. 0% ； Co2O3 :1. 0% 2. 0% ；MnCO3 0. 50% 1. 50% ；NiO 0. 80% 2. 00% ；ZrO2 0. 1% 1. 0% ；Al (NO3)3 0. 03% 0. 06% ；B2O3 0. 10% 0. 20% ；粘合劑0. 6% 1. 2% ；分散劑0. 3% 0. 9%和消泡劑0. 1% 0. 4% ；余量為主料SiO。所述粘合劑采用聚乙烯醇或聚丙烯酸乳液。所述分散劑采用十四烷基醋酸胺或聚丙烯酸銨或聚乙烯亞胺。
3
所述消泡劑采用磷酸三丁酯或煤油和異丙基乙二醇按1 :1質(zhì)量配比的混合物。一種生產(chǎn)所述直流避雷器用電阻片的生產(chǎn)工藝，其工藝流程包括備料一造粒一壓制一排膠、預(yù)熱一燒成一研磨一熱處理一噴電極一涂覆絕緣層，具體工藝是按照以下方法進行
1)備料按所述配比分別稱取Bi203、Sb203> Co203、MnCO, NiO、ZrO2, Al (N03) 3、B2O3、粘合劑、分散劑、消泡劑和ZnMf Bi203、Sb2O3> Co2O3> MnCO3> NiO、ZrO2和B2O3混合后進行煅燒，并粉碎至粒徑< 1 μ m，制成混合粉料備用，其中煅燒溫度為750°C 850°C，煅燒時間為0. 5 1小時，再將Al (NO3) 3加水制成質(zhì)量百分比濃度為10%的Al (NO3) 3水溶液備用；
2)造粒將SiO加去離子水后，與制備的混合粉料、粘合劑、分散劑、消泡劑及制備的Al (NO3)3水溶液混合成均勻的料漿，進行噴霧干燥制成粒徑為60 120 μ m的顆粒料備用，其中，料漿中含混合粉料重量百分比控制在65 70% ；
3)壓制將顆粒料加水?dāng)嚢杈鶆蛑瞥蓾窳希瑵窳现邪粗亓亢士刂圃? 1.5%，再陳腐12 M小時，然后按照設(shè)定的直徑和厚度壓制成圓片形素坯，其中，素坯的密度應(yīng)^ 3. 20g/cm3 ；
4)排膠、預(yù)燒將素坯裝入加熱窯爐中進行排膠和預(yù)燒，排膠溫度為400 500°C，排膠時間為2 4小時，預(yù)燒溫度為800 900°C，預(yù)燒時間為2 4小時；
5)燒成將預(yù)燒后的素坯在1050°C 1250°C溫度條件下，保溫4小時燒成壓敏陶瓷
片；
6)研磨研磨燒成后的壓敏陶瓷片兩端面，按照設(shè)定值保證陶瓷片兩端面的平行度和每個端面的平整度；
7)熱處理將研磨后的壓敏陶瓷片在加熱窯爐中進行熱處理，熱處理溫度為550°C 650°C，熱處理時間為4 llh，其中，升溫速率控制在100 120°C /小時，降溫速率控制在40 60°C /小時；
8)噴涂將熱處理好的壓敏陶瓷片兩端面噴鋁電極，最后在壓敏陶瓷片側(cè)面涂敷絕緣層即可。所述加熱窯爐采用隧道式電窯。在本發(fā)明中，直流避雷器用電阻片是以氧化鋅、三氧化二鉍、三氧化二銻、氧化亞鎳、三氧化二鈷、碳酸錳、二氧化鋯為主要組分組成的新配方體系，電阻片內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加均勻穩(wěn)定，電阻片的穩(wěn)定性、老化性能更加優(yōu)良，能量耐受能力大幅度提高。本配方中引入了氧化亞鎳、二氧化鋯及氧化硼組分，使電阻片內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定均勻，大幅度提高了老化性能。氧化亞銀具有調(diào)節(jié)勢壘偏壓消除極性的作用，提高了電流沖擊的穩(wěn)定性。二氧化鋯可改善直流電阻片的導(dǎo)熱性能，提高了直流電阻片的方波通流容量。氧化硼提高了電阻片的耐老化性能。增加氧化鉍和氧化硼的添加量，改善老化性能，同時添加提高方波通流容量的氧化鋯。工藝上提高電阻片的熱處理溫度，使氧化鋅壓敏陶瓷中的氧化鉍(Bi2O3)轉(zhuǎn)化成更多的Y相氧化鉍，提高電阻片的耐老化特性。與現(xiàn)有直流避雷器用氧化鋅電阻片的制造技術(shù)相比，本方法具有添加元素成分少、不需要傳統(tǒng)的直流電阻片滲鉍工藝、工藝簡單及成本低等優(yōu)勢。本發(fā)明的直流避雷器用電阻片，采用新的氧化鋅電阻片配方體系和，其有益效果為
41)直流避雷器用電阻片綜合性能尤其是老化性能更加優(yōu)良，電阻片能量耐受能力得到大幅度提高，符合GB/T25083-2010 士800kV直流系統(tǒng)用金屬氧化物避雷器和Q/GDW276-2009 士SOOkV換流站用金屬氧化物避雷器技術(shù)規(guī)范及直流避雷器使用要求，能夠滿足組裝SOOkV直流避雷器的電性能要求，即電位梯度大于210V/mm，2ms方波耐受電流大于2000Α，4/10μ s大電流沖擊大于IOOkA,雷電壓比K小于1. 52，操作壓比U500A/UlmA小于1. ；在115°C、荷電率85% IOOOh下，功耗比(老化系數(shù))小于1. 0，為直流輸電系統(tǒng)的發(fā)展提供了保障。2)電阻片內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定均勻，由此大幅度提高了老化性能，提高了電流沖擊的穩(wěn)定性，改善了直流電阻片的導(dǎo)熱性能，提高了直流電阻片的方波通流容量。3)工藝上通過提高電阻片的熱處理溫度，使氧化鋅壓敏陶瓷中的氧化鉍(Bi2O3)轉(zhuǎn)化成更多的Y相氧化鉍，提高了電阻片的耐老化特性。4)與現(xiàn)有直流避雷器用氧化鋅電阻片的制造技術(shù)相比，本方法具有添加元素成分少、不需要傳統(tǒng)的直流電阻片滲鉍工藝、工藝簡單及成本低等優(yōu)勢。5)能夠?qū)崿F(xiàn)各種直流避雷器的通用，且能實現(xiàn)交/直流避雷器通用，具有容量大、壓比小、允許荷電率高且老化性能好等特點，能完全滿足各種直流避雷器的要求，并具有足夠的安全裕度。
具體實施例方式本發(fā)明的直流避雷器用電阻片，是由發(fā)明人在總結(jié)長期實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，對各組分原料性能及其在各種工藝條件作用下所產(chǎn)生的效果進行精細的研究，并通過反復(fù)試驗所得。其電氣參數(shù)分別能夠達到電位梯度電阻片單位厚度上的直流ImA電壓；雷電壓比8/20 μ s雷電沖擊電流下殘壓與直流ImA電壓比；操作壓比30/60 μ s操作沖擊電流下殘壓與直流ImA電壓比；泄漏電流直流0. 75 U1-下泄漏電流；直流加速老化試驗試驗溫度控制115°C，時間為IOOOh ； 2ms方波電流沖擊能量耐受試驗20次；4/10 μ s大電流沖擊能量耐受試驗2次；功耗比(K。t) :1000h后的功率損耗與起始功率損耗之比；所述電氣參數(shù)中，壓比值越低代表避雷器保護性能越優(yōu)良；方波通流容量試驗幅值愈高代表電阻片容量愈大，裝配的避雷器的能量吸收能力也愈大，功耗比的值越小說明避雷器的老化性能越好。本發(fā)明的直流避雷器用電阻片，其原料配方中各組分原料在下列重量百分比范圍內(nèi)，制成的直流避雷器用電阻片均具有良好的性能=Bi2O3 4. 0% 6. 0% ；Sb2O3 4. 0% 6. 0% ； Co2O3 1. 0% 2. 0% ；MnCO3 0. 50% 1. 50% ；NiO 0. 80% 2. 00% ；ZrO2 0. 1% 1. 0% ；Al (NO3) 3 0. 03% 0. 06% ；B2O3 :0. 10% 0. 20% ；粘合劑 0. 6% 1. 2% ；分散劑 0. 3% 0. 9%和消泡劑0. 1% 0. 4%;余量為主料&ι0。其中，所述粘合劑采用聚乙烯醇或聚丙烯酸乳液，所述分散劑采用十四烷基醋酸胺或聚丙烯酸銨或聚乙烯亞胺，所述消泡劑采用磷酸三丁酯或煤油和異丙基乙二醇按1:1質(zhì)量配比的混合物。下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明。實施例1
本實施例的直流避雷器用電阻片，是由下列重量百分比的原料制成Bi2O3 :4. 0%；Sb2O3 4. 0% ； Co2O3 1. 0% ；MnCO3 0. 50% ；NiO 0. 80% ；ZrO2 0. 1% ；Al (NO3)3 0. 03% ；B2O3
50. 10% ；粘合劑0. 6% ；分散劑0. 3%和消泡劑0. 1% ；余量為主料ZnO0其生產(chǎn)工藝是按照以下步驟進行
第一步、備料按所述配比分別稱取Bi203、Sb203、Co203、MnC03、Ni0、&02、Al (NO3) 3>B2O3>粘合劑、分散劑、消泡劑和ZnMf Bi203、Sb2O3> Co2O3> MnCO3> NiO、ZrO2和B2O3混合并在煅燒爐中進行煅燒后，送入球磨機內(nèi)球磨粉碎至粒徑< 1 μ m，制成混合粉料，其中煅燒溫度為7500C，煅燒時間為0. 5小時；同時，將Al (N03) 3加水制成質(zhì)量百分比濃度為10%的Al (NO3) 3水溶液備用；
第二步、造粒將SiO加去離子水后，與制備的混合粉料、粘合劑、分散劑、消泡劑及制備的Al (NO3) 3水溶液混合成均勻的料漿，進行噴霧干燥制成粒徑為60 μ m的顆粒料，在制備料漿的過程中，通過調(diào)整去離子水的加入量將料漿中含混合粉料重量百分比控制在65 70% ；
第三步、壓制將顆粒料加水?dāng)嚢杈鶆蛑瞥蓾窳?，濕料中按重量含水率控制?%，再陳腐12小時，以將顆粒料表層潤濕。然后按照設(shè)定的直徑和厚度壓制成圓片形素坯，在壓制過程中，壓力控制應(yīng)以素坯密度應(yīng)> 3. 20g/cm3為度；
第四步、排膠、預(yù)燒將素坯裝入加熱窯爐中進行排膠和預(yù)燒，排膠溫度為400° C，排膠時間為2小時，預(yù)燒溫度為800°C，預(yù)燒時間為2小時，其中加熱窯爐可采用隧道式電窯；為了實現(xiàn)下工序的燒成獲得燒結(jié)致密度高、電氣性能優(yōu)異的ZnO壓敏陶瓷片，必須將坯體經(jīng)過低溫處理，使前期加入的粘合劑、分散劑、消泡劑等有機材料充分分解，排出坯體，這個過程稱為排膠。預(yù)燒的目的是使坯體達到10%左右的體積收縮并具有一定的強度，便于燒成工序的操作和提高裝載量。經(jīng)過排膠后的坯體變得很脆，為了解決碰損問題并提高生產(chǎn)效率、節(jié)省能耗、降低成本，在同一個隧道式電窯中同時完成排膠和預(yù)燒。第五步、燒成排膠、預(yù)燒之后，在加熱窯爐中將預(yù)燒后的素坯加熱至1050°C°C，保溫4小時燒成壓敏陶瓷片；
第六步、研磨研磨燒成后的壓敏陶瓷片兩端面，按照設(shè)計的形體尺寸精度保證陶瓷片兩端面的平行度和每個端面的平整度；
第七步、熱處理將研磨后的壓敏陶瓷片在加熱窯爐中進行熱處理，熱處理溫度為550°C°C，熱處理時間為4h，其中，升溫速率控制在100°C /小時，降溫速率控制在40°C /小時，較高的熱處理溫度，可使氧化鋅壓敏陶瓷中的氧化鉍(Bi2O3)轉(zhuǎn)化成更多的Y相氧化鉍，阻止氧離子難以向外擴散，提高電阻片的耐老化特性；
第八步、噴涂將熱處理好的壓敏陶瓷片兩端面噴鋁電極；最后在壓敏陶瓷片側(cè)面涂敷絕緣層。本實施例采用新的氧化鋅電阻片配方體系，使得直流避雷器用電阻片綜合性能尤其是老化性能更加優(yōu)良，電阻片能量耐受能力得到大幅度提高，符合GB/T25083-2010士SOOkV直流系統(tǒng)用金屬氧化物避雷器和Q/GDW 276-2009 士SOOkV換流站用金屬氧化物避雷器技術(shù)規(guī)范及直流避雷器使用要求，能夠滿足組裝SOOkV直流避雷器的電性能要求，即電位梯度大于210V/mm，2ms方波耐受電流大于2000A，4/10 μ s大電流沖擊大于100kA，雷電壓比U10kA/UlmA小于1. 52，操作壓比U500A/UlmA小于1. 28 ；在115°C、荷電率85% IOOOh下，功耗比(老化系數(shù))小于1.0，為直流輸電系統(tǒng)的發(fā)展提供了保障，達到國內(nèi)領(lǐng)先水平，值得推廣應(yīng)用。電性能測試驗結(jié)果如下
權(quán)利要求
1.一種直流避雷器用電阻片，其特征在于它是由下列重量百分比的原料制成=Bi2O3 4. 0% 6. 0% ；Sb2O3 4. 0% 6. 0% ； Co2O3 1. 0% 2. 0% ；MnCO3 0. 50% 1. 50% ；NiO 0. 80% 2. 00% ；ZrO2 :0. 1% 1. 0% ；Al (NO3) 3 :0. 03% 0. 06% ；B2O3 :0. 10% 0. 20% ；粘合劑0. 6% 1. 2% ；分散劑0. 3% 0. 9%和消泡劑0. 1% 0. 4% ；余量為主料ZnO。
2.如權(quán)利要求1所述的直流避雷器用電阻片，其特征在于所述粘合劑采用聚乙烯醇或聚丙烯酸乳液。
3.如權(quán)利要求1所述的直流避雷器用電阻片，其特征在于所述分散劑采用十四烷基醋酸胺或聚丙烯酸銨或聚乙烯亞胺。
4.如權(quán)利要求1所述的直流避雷器用電阻片，其特征在于所述消泡劑采用磷酸三丁酯或煤油和異丙基乙二醇按1 :1質(zhì)量配比的混合物。
5.一種生產(chǎn)所述直流避雷器用電阻片的生產(chǎn)工藝，其特征在于其工藝流程包括備料一造粒一壓制一排膠、預(yù)熱一燒成一研磨一熱處理一噴電極一涂覆絕緣層，具體工藝是按照以下方法進行1)備料按所述配比分別稱取Bi203、Sb203> Co203、MnCO, NiO、ZrO2, Al (N03) 3、B2O3、粘合劑、分散劑、消泡劑和ZnMf Bi203、Sb2O3> Co2O3> MnCO3> NiO、ZrO2和B2O3混合后進行煅燒，并粉碎至粒徑< 1 μ m，制成混合粉料備用，其中煅燒溫度為750°C 850°C，煅燒時間為0. 5 1小時，再將Al (NO3) 3加水制成質(zhì)量百分比濃度為10%的Al (NO3) 3水溶液備用；2)造粒將SiO加去離子水后，與制備的混合粉料、粘合劑、分散劑、消泡劑及制備的Al (NO3)3水溶液混合成均勻的料漿，進行噴霧干燥制成粒徑為60 120 μ m的顆粒料備用，其中，料漿中含混合粉料重量百分比控制在65 70% ；3)壓制將顆粒料加水?dāng)嚢杈鶆蛑瞥蓾窳?，濕料中按重量含水率控制? 1.5%，再陳腐12 M小時，然后按照設(shè)定的直徑和厚度壓制成圓片形素坯，其中，素坯的密度應(yīng)^ 3. 20g/cm3 ；4)排膠、預(yù)燒將素坯裝入加熱窯爐中進行排膠和預(yù)燒，排膠溫度為400 500°C，排膠時間為2 4小時，預(yù)燒溫度為800 900° C，預(yù)燒時間為2 4小時；5)燒成將預(yù)燒后的素坯在1050°C 1250°C溫度條件下，保溫4小時燒成壓敏陶瓷片；6)研磨研磨燒成后的壓敏陶瓷片兩端面，按照設(shè)定值保證陶瓷片兩端面的平行度和每個端面的平整度；7)熱處理將研磨后的壓敏陶瓷片在加熱窯爐中進行熱處理，熱處理溫度為550°C 650°C，熱處理時間為4 llh，其中，升溫速率控制在100 120°C /小時，降溫速率控制在40 60°C /小時；8)噴涂將熱處理好的壓敏陶瓷片兩端面噴鋁電極，最后在壓敏陶瓷片側(cè)面涂敷絕緣層即可。
6.如權(quán)利要求5所述生產(chǎn)所述直流避雷器用電阻片的生產(chǎn)工藝，其特征在于所述加熱窯爐采用隧道式電窯。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種直流避雷器用電阻片，是由Bi2O3、Sb2O3、Co2O3、MnCO3、NiO、ZrO2、Al(NO3)3、B2O3、粘合劑、分散劑、消泡劑和ZnO十二種原料制成。該電阻片采用了新的配方體系和生產(chǎn)工藝，添加元素成分少、工藝簡單及成本低，電阻片內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定均勻，由此大幅度提高了耐老化性、電流沖擊的穩(wěn)定性、導(dǎo)熱性、方波通流容量等各種性能，能完全滿足各種直流避雷器的要求，并能實現(xiàn)各種直流避雷器的通用，實現(xiàn)交/直流避雷器通用，容量大、壓比小、允許荷電率高，并具有足夠的安全裕度。
文檔編號C04B35/622GK102390992SQ20111022638
公開日2012年3月28日 申請日期2011年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月9日
發(fā)明者劉明新, 徐學(xué)亭, 王蘭義, 胡淑慧, 趙冬一 申請人:南陽金冠電氣有限公司