本發(fā)明屬于高電壓氣體絕緣技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于提高氣體絕緣系統(tǒng)中環(huán)氧絕緣耐放電性能的方法。

背景技術(shù)：

聚合物絕緣子在原材料、配方和制造工藝上已經(jīng)歷了幾十年的改進(jìn)和發(fā)展，今天已被市場(chǎng)廣泛接受。尤其是環(huán)氧絕緣子不僅廣泛地應(yīng)用于戶外和戶內(nèi)高電壓絕緣，而且現(xiàn)今的密閉氣體絕緣系統(tǒng)，如氣體絕緣開關(guān)設(shè)備(GIS)和氣體絕緣輸電管路(GIL)中使用的所有絕緣子均為盆式或柱狀環(huán)氧絕緣子。這歸因于聚合物絕緣比傳統(tǒng)的陶瓷和玻璃絕緣具有許多優(yōu)點(diǎn)，如具有好的絕緣性能和適應(yīng)性、簡(jiǎn)單的制造工藝、重量輕而且容易運(yùn)輸和安裝、不易破損。由于突出的電絕緣性、滅弧能力以及化學(xué)穩(wěn)定性、無毒性，SF₆是這些高電壓氣體絕緣系統(tǒng)及高電壓氣吹斷路器中最常用的氣體絕緣介質(zhì)。另一方面，與SF₆極高的溫室效應(yīng)相比，N₂是典型、廉價(jià)的環(huán)境友好氣體，并且人們現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)在SF₆中混入適當(dāng)比例的N₂，不會(huì)顯著地影響氣體絕緣系統(tǒng)的絕緣性能。然而，與陶瓷和玻璃絕緣相比，聚合物絕緣使用過程中，由于放電等因素易于老化、降解，尤其是沿面閃絡(luò)或電弧事故的發(fā)生，更容易導(dǎo)致聚合物絕緣表面嚴(yán)重降解或碳化，使其絕緣性能喪失，而不得不進(jìn)行更換。這不僅會(huì)帶來直接的經(jīng)濟(jì)損失，而且由于斷電則可能會(huì)引起重大的間接經(jīng)濟(jì)損失。因此，耐放電燒蝕能力是聚合物絕緣最重要的性能之一。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種工藝簡(jiǎn)單，僅改變環(huán)氧絕緣表層的物化特征而不改變其它任何體特征及特性，可在寬的氟化條件下顯著提高氣體絕緣系統(tǒng)中環(huán)氧絕緣耐放電性能的方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種用于提高氣體絕緣系統(tǒng)中環(huán)氧絕緣耐放電性能的方法，該方法是在密閉反應(yīng)室中，于適宜的溫度及壓力條件下，使用氟氣與氮?dú)獾幕旌蠚饣蚍鷼馀c惰性氣的混合氣對(duì)環(huán)氧絕緣進(jìn)行氟化處理，在環(huán)氧絕緣表面形成含有C-F鍵的表層(氟化層)，用以提高環(huán)氧絕緣的耐放電性能。

所述的密閉反應(yīng)室的溫度為室溫-120℃，壓力為0.1-2bar。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的密閉反應(yīng)室的溫度為50-80℃，壓力為0.3-1bar。

所述的氟氣占反應(yīng)性混合氣體的體積百分含量為2-50％。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的氟氣占反應(yīng)性混合氣的體積百分含量為10-20％。

所述的反應(yīng)性混合氣體優(yōu)選為氟氣和氮?dú)饣旌蠚狻?/p>

所述的氣體絕緣系統(tǒng)中的絕緣氣體包括SF₆或N₂中的一種或兩種。

所述的氟化處理的時(shí)間為10min-24h。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的氟化處理的時(shí)間為30min-2h。

本發(fā)明中，使用含有氟氣的反應(yīng)性混合氣體對(duì)環(huán)氧絕緣進(jìn)行氟化處理，在環(huán)氧絕緣表面形成含有C-F鍵的表層(氟化層)的厚度為0.3-2μm。

本發(fā)明的設(shè)計(jì)思路是在密閉的反應(yīng)室中，在一定的溫度和反應(yīng)壓力下，使用含一定氟氣體積濃度的反應(yīng)性混合氣，氟化處理環(huán)氧絕緣一定的時(shí)間。由于環(huán)氧絕緣的表層被氟化，從而形成了具有一定厚度的氟化層(即含有C-F鍵的表層)，經(jīng)本發(fā)明改性的環(huán)氧絕緣，在SF₆氣、N₂氣或SF₆/N₂混合氣中的耐放電能力(或耐放電燒蝕次數(shù))分別提高了1.5～2.5倍、9.0～14.0倍或3.0～14.5倍(取決于氟化條件及SF₆和N₂氣的混合比例)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下特點(diǎn)：

1)本發(fā)明采用一種工藝簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟、極為有效的氣相改性方法，僅改變環(huán)氧絕緣表層的物化特征、不改變其任何體特征和特性，且不同于“物理涂層”、該氟化的表層與未氟化的內(nèi)層間為一“有機(jī)(化學(xué))結(jié)合”的整體；

2)采用本發(fā)明方法，能在寬的氟化條件下顯著地提高氣體絕緣系統(tǒng)中環(huán)氧絕緣的耐放電能力，適用范圍廣，實(shí)用性好；

3)工藝步驟簡(jiǎn)單，可控性好，經(jīng)濟(jì)成本低，能批量、均勻地改性具有任意形狀和尺寸的環(huán)氧絕緣件，特別適合于商業(yè)化應(yīng)用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明方法的環(huán)氧絕緣氣相氟化處理系統(tǒng)示意圖；

圖2為經(jīng)本發(fā)明方法(實(shí)施例1)改性前后的環(huán)氧絕緣的衰減全反射紅外譜；

圖3為經(jīng)本發(fā)明方法(實(shí)施例1)改性后的環(huán)氧絕緣的斷面電子顯微鏡像；

圖4為經(jīng)本發(fā)明方法(實(shí)施例1)改性前后的環(huán)氧絕緣的表面電子顯微鏡像；

圖5為下述實(shí)施例中耐放電試驗(yàn)所用的指形電極和試樣示意圖；

圖6為經(jīng)本發(fā)明方法(實(shí)施例3)改性前后的7個(gè)環(huán)氧絕緣在SF₆氣中交流閃絡(luò)電壓隨閃絡(luò)次數(shù)的變化；

圖7為經(jīng)本發(fā)明方法(實(shí)施例3)改性前后環(huán)氧絕緣表面隨在SF₆氣中交流閃絡(luò)次數(shù)的典型變化。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

首先請(qǐng)參閱圖1。本發(fā)明方法的工藝簡(jiǎn)單，僅需將環(huán)氧絕緣置于氟化室中，在“發(fā)明內(nèi)容”中所說明的寬的氟化條件下對(duì)其進(jìn)行氣相氟化處理。

請(qǐng)參閱圖2～圖4。絕緣材料的耐放電能力取決于其化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)。本發(fā)明方法通過氟原子對(duì)環(huán)氧絕緣表層中的氫原子和其它基團(tuán)的取代及對(duì)表層中雙鍵的加成，在環(huán)氧絕緣表層中形成了有機(jī)化學(xué)中“最強(qiáng)”的單鍵(C-F鍵)，同時(shí)改變了環(huán)氧絕緣表層的化學(xué)和物理結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到了提高其耐放電性能的目的。本發(fā)明中，使用含有氟氣的反應(yīng)性混合氣體對(duì)環(huán)氧絕緣進(jìn)行氟化處理，在環(huán)氧絕緣表面形成了含有C-F鍵的表層(氟化層)的厚度為0.3-2μm。

詳細(xì)如下文中的實(shí)施例所述，及圖6和圖7的典型結(jié)果(實(shí)施例3)所顯示的，與未經(jīng)本發(fā)明方法表層改性的環(huán)氧絕緣相比，采用本發(fā)明方法改性后的環(huán)氧絕緣，在SF₆氣、N₂氣或SF₆/N₂混合氣中的耐放電能力(能夠耐放電燒蝕的次數(shù))分別提高了1.5～2.5倍、9.0～14.0倍或3.0～14.5倍(取決于氟化條件及SF₆和N₂氣的混合比例)。因此，本發(fā)明方法對(duì)延長(zhǎng)氣體絕緣系統(tǒng)中環(huán)氧絕緣的使用壽命效果顯著，具有明顯的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

下文中所列舉的用于提高氣體絕緣系統(tǒng)中環(huán)氧絕緣耐放電性能的方法的各實(shí)施例，如圖5所示，均使用相同的不銹鋼指形電極和2.5mm厚的環(huán)氧絕緣片狀試樣。環(huán)氧絕緣片狀試樣的氟化處理是在密閉反應(yīng)室中，于適宜的溫度及壓力條件下，使用氟氣/氮?dú)饣旌蠚膺M(jìn)行。在進(jìn)行耐放電能力試驗(yàn)時(shí)，不銹鋼密閉試驗(yàn)倉中SF₆氣、N₂氣或兩者的混合氣的壓力均為1bar。N₂氣的閃絡(luò)試驗(yàn)以直流、線性升壓的方式，而SF₆氣或SF₆/N₂混合氣中的閃絡(luò)試驗(yàn)，采用交流、線性升壓的方式。

實(shí)施例1

環(huán)氧絕緣的氟化處理?xiàng)l件：密閉反應(yīng)室的溫度為55℃，壓力為1bar。氟氣占反應(yīng)性混合氣體的體積百分含量為12.5％，氟化處理的時(shí)間為30min。

耐放電燒蝕情形：具體結(jié)果如表1所示，經(jīng)該表層氟化改性的環(huán)氧絕緣，在N₂氣中的平均耐放電燒蝕能力(次數(shù))與未氟化的環(huán)氧絕緣相比提高了11.3倍，且平均直流閃絡(luò)電壓提高了14.1％，在SF₆氣中的平均耐放電燒蝕能力(次數(shù))與未氟化的環(huán)氧絕緣相比提高了2.0倍，而平均交流閃絡(luò)電壓沒有明顯的變化。

實(shí)施例2

環(huán)氧絕緣的氟化處理?xiàng)l件：密閉反應(yīng)室的溫度為25℃，壓力為0.1bar。氟氣占反應(yīng)性混合氣體的體積百分含量為50％，氟化處理的時(shí)間為4h。

耐放電燒蝕情形：具體結(jié)果如表1所示，經(jīng)該表層氟化改性的環(huán)氧絕緣，在N₂氣中的平均耐放電燒蝕能力(次數(shù))與未氟化的環(huán)氧絕緣相比提高了10.8倍，且平均直流閃絡(luò)電壓提高了5.0％，在SF₆氣中的平均耐放電燒蝕能力(次數(shù))與未氟化的環(huán)氧絕緣相比提高了1.5倍，而平均交流閃絡(luò)電壓沒有明顯的變化。

實(shí)施例3

環(huán)氧絕緣的氟化處理?xiàng)l件：密閉反應(yīng)室的溫度為85℃，壓力為1bar。氟氣占反應(yīng)性混合氣體的體積百分含量為12.5％，氟化處理的時(shí)間為30min。

耐放電燒蝕情形：具體結(jié)果如表1所示，經(jīng)該表層氟化改性的環(huán)氧絕緣，在N₂氣中的平均耐放電燒蝕能力(次數(shù))與未氟化的環(huán)氧絕緣相比提高了12.0倍，且平均直流閃絡(luò)電壓提高了19.8％，在SF₆氣中的平均耐放電燒蝕能力(次數(shù))與未氟化的環(huán)氧絕緣相比提高了2.2倍，而平均交流閃絡(luò)電壓沒有明顯的變化。

實(shí)施例4

環(huán)氧絕緣的氟化處理?xiàng)l件：密閉反應(yīng)室的溫度為25℃，壓力為0.5bar。氟氣占反應(yīng)性混合氣體的體積百分含量為25％，氟化處理的時(shí)間為2h。

耐放電燒蝕情形：具體結(jié)果如表1所示，經(jīng)該表層氟化改性的環(huán)氧絕緣，在N₂氣中的平均耐放電燒蝕能力(次數(shù))與未氟化的環(huán)氧絕緣相比提高了11.5倍，且平均直流閃絡(luò)電壓提高了5.9％，在SF₆氣中的平均耐放電燒蝕能力(次數(shù))與未氟化的環(huán)氧絕緣相比提高了1.6倍，而平均交流閃絡(luò)電壓沒有明顯的變化。

實(shí)施例5

環(huán)氧絕緣的氟化處理?xiàng)l件：密閉反應(yīng)室的溫度為120℃，壓力為2bar。氟氣占反應(yīng)性混合氣體的體積百分含量為2％，氟化處理的時(shí)間為10min。

耐放電燒蝕情形：具體結(jié)果如表1所示，經(jīng)該表層氟化改性的環(huán)氧絕緣，在N₂氣中的平均耐放電燒蝕能力(次數(shù))與未氟化的環(huán)氧絕緣相比提高了10.0倍，且平均直流閃絡(luò)電壓提高了13.0％，在SF₆氣中的平均耐放電燒蝕能力(次數(shù))與未氟化的環(huán)氧絕緣相比提高了1.5倍，而平均交流閃絡(luò)電壓沒有明顯的變化。

實(shí)施例6

環(huán)氧絕緣的氟化處理?xiàng)l件：密閉反應(yīng)室的溫度為100℃，壓力為1.5bar。氟氣占反應(yīng)性混合氣體的體積百分含量為5％，氟化處理的時(shí)間為15min。

耐放電燒蝕情形：具體結(jié)果如表1所示，經(jīng)該表層氟化改性的環(huán)氧絕緣，在N₂氣中的平均耐放電燒蝕能力(次數(shù))與未氟化的環(huán)氧絕緣相比提高了11.0倍，且平均直流閃絡(luò)電壓提高了12.3％，在SF₆氣中的平均耐放電燒蝕能力(次數(shù))與未氟化的環(huán)氧絕緣相比提高了1.6倍，而平均交流閃絡(luò)電壓沒有明顯的變化。

實(shí)施例7

環(huán)氧絕緣的氟化處理?xiàng)l件：密閉反應(yīng)室的溫度為15℃，壓力為1bar。氟氣占反應(yīng)性混合氣體的體積百分含量為15％，氟化處理的時(shí)間為24h。

耐放電燒蝕情形：具體結(jié)果如表1所示，經(jīng)該表層氟化改性的環(huán)氧絕緣，在N₂氣中的平均耐放電燒蝕能力(次數(shù))與未氟化的環(huán)氧絕緣相比提高了13.5倍，且平均直流閃絡(luò)電壓提高了6.7％，在SF₆氣中的平均耐放電燒蝕能力(次數(shù))與未氟化的環(huán)氧絕緣相比提高了2.5倍，而平均交流閃絡(luò)電壓沒有明顯的變化。

表1未氟化環(huán)氧絕緣和實(shí)施例1-7的氟化環(huán)氧絕緣、在N₂氣和SF₆氣中的平均耐放電燒蝕次數(shù)與平均閃絡(luò)電壓

實(shí)施例8

環(huán)氧絕緣的氟化處理?xiàng)l件：密閉反應(yīng)室的溫度為95℃，壓力為1.5bar。氟氣占反應(yīng)性混合氣體的體積百分含量為8％，氟化處理的時(shí)間為20min。

在SF₆/N₂體積比為1:4、1:1或4:1的混合絕緣氣中的耐放電燒蝕情形：具體結(jié)果如表2所示，經(jīng)該表層氟化改性的環(huán)氧絕緣的平均耐放電燒蝕能力(次數(shù))與未氟化的環(huán)氧絕緣相比分別提高了11.4、6.8或3.8倍，而平均交流閃絡(luò)電壓沒有明顯的變化。

實(shí)施例9

環(huán)氧絕緣的氟化處理?xiàng)l件：密閉反應(yīng)室的溫度為65℃，壓力為0.2bar。氟氣占反應(yīng)性混合氣體的體積百分含量為35％，氟化處理的時(shí)間為2h。

在SF₆/N₂體積比為1:4、1:1或4:1的混合絕緣氣中的耐放電燒蝕情形：具體結(jié)果如表2所示，經(jīng)該表層氟化改性的環(huán)氧絕緣的平均耐放電燒蝕能力(次數(shù))與未氟化的環(huán)氧絕緣相比分別提高了10.8、6.1或3.2倍，而平均交流閃絡(luò)電壓沒有明顯的變化。

實(shí)施例10

環(huán)氧絕緣的氟化處理?xiàng)l件：密閉反應(yīng)室的溫度為120℃，壓力為0.1bar。氟氣占反應(yīng)性混合氣體的體積百分含量為50％，氟化處理的時(shí)間為12h。

在SF₆/N₂體積比為1:4、1:1或4:1的混合絕緣氣中的耐放電燒蝕情形：具體結(jié)果如表2所示，經(jīng)該表層氟化改性的環(huán)氧絕緣的平均耐放電燒蝕能力(次數(shù))與未氟化的環(huán)氧絕緣相比分別提高了10.1、5.9或3.2倍，而平均交流閃絡(luò)電壓沒有明顯的變化。

實(shí)施例11

環(huán)氧絕緣的氟化處理?xiàng)l件：密閉反應(yīng)室的溫度為15℃，壓力為2bar。氟氣占反應(yīng)性混合氣體的體積百分含量為2％，氟化處理的時(shí)間為24h。

在SF₆/N₂體積比為1:4、1:1或4:1的混合絕緣氣中的耐放電燒蝕情形：具體結(jié)果如表2所示，經(jīng)該表層氟化改性的環(huán)氧絕緣的平均耐放電燒蝕能力(次數(shù))與未氟化的環(huán)氧絕緣相比分別提高了13.7、8.1或4.5倍，而平均交流閃絡(luò)電壓沒有明顯的變化。

表2未氟化環(huán)氧絕緣和實(shí)施例8-11的氟化環(huán)氧絕緣、在SF₆/N₂混合絕緣氣中的平均耐放電燒蝕次數(shù)與平均閃絡(luò)電壓

上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和使用發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。