【技术实现步骤摘要】
基于3D打印的电导率梯度聚合物绝缘子制造方法
本专利技术属于高电压设备制造领域,具体涉及基于3D打印的电导率梯度聚合物绝缘子制造方法。
技术介绍
我国长期存在着能源资源和负荷中心不均衡的情况,能源资源总体分布呈现“西多东少,北多南少”的特点,而负荷中心主要集中在东中部地区。随着电力需求的快速增长及环境压力的加大,国家及社会对远距离、大容量、高效率输电方式的要求日益迫切。超/特高压直流输电由于其线路投资少、线路损耗低,无功角稳定问题等优点,特别适合于远距离及超远距离的电能输送。经过多年的自主研究和建设,目前我国已经掌握了±800kV特高压输电的技术,正在向±1100kV特高压直流输电迈进。在超/特高压直流输电的实践中,固体绝缘系统的放电破坏时有发生,此类破坏事故往往由电场不均匀带来的绝缘耐电性能薄弱造成,给设计、制造带来很高的技术难度和成本,严重危及系统的安全可靠运行。此外,在脉冲功率系统中也存在着大量的高压直流设备,如加速器、高压直流电源等,其绝缘问题也制约着相关设备的安全稳定,并限制了设备向“小型化”、“集成化”方向进一步发展。一般认为,电场分布不均匀是导致绝缘击穿破坏、耐电特性差的重要原因。对于绝大多数的超/特高压直流设备,其绝缘所承受的电场分布往往极不均匀,例如各种绝缘子的高压端部分,尤其是不同材料之间的结合处(如金属导体、固体绝缘与气、液、真空等构成的复合绝缘系统的界面和表面),由于材料介电特性的急剧变化,往往承受数倍于平均场强的电场强度。过于集中的电场强度会带来绝缘子的局部放电,加剧绝缘材料的老化,进而发展为击穿破坏。传统的解决方法主要是 ...
【技术保护点】
基于3D打印的电导率梯度聚合物绝缘子制造方法,其特征在于,包含以下步骤:步骤1:构建绝缘子几何形状和电导率空间分布三维CAD模型,将模型分割成多个几何单元并生成模型的STL文件,使用切片软件将STL文件转换成3D打印装置的制造数据;步骤2:利用三维有限元方法计算绝缘子内部及表面的电场分布,根据实际绝缘子的电气特性需求,获得绝缘子的电导率空间分布;步骤3:制备用于电导率梯度绝缘子3D打印的低电导率聚合物材料和高电导率聚合物材料;步骤4:根据步骤2中的电导率空间分布,确定绝缘子内部不同空间位置上两种材料的混合比例;步骤5:将步骤1中的制造数据输送至3D打印设备,并根据步骤3中确定的混合比例,控制3D打印设备完成电导率梯度绝缘子的3D打印;步骤6:将步骤5制造得到的绝缘子进行后处理,处理方法为二次固化或机械加工。
【技术特征摘要】
1.基于3D打印的电导率梯度聚合物绝缘子制造方法,其特征在于,包含以下步骤:步骤1:构建绝缘子几何形状和电导率空间分布三维CAD模型,将模型分割成多个几何单元并生成模型的STL文件,使用切片软件将STL文件转换成3D打印装置的制造数据;步骤2:利用三维有限元方法计算绝缘子内部及表面的电场分布,根据实际绝缘子的电气特性需求,获得绝缘子的电导率空间分布;步骤3:制备用于电导率梯度绝缘子3D打印的低电导率聚合物材料和高电导率聚合物材料;步骤4:根据步骤2中的电导率空间分布,确定绝缘子内部不同空间位置上两种材料的混合比例;步骤5:将步骤1中的制造数据输送至3D打印设备,并根据步骤4中确定的混合比例,控制3D打印设备完成电导率梯度绝缘子的3D打印;步骤6:将步骤5制造得到的绝缘子进行后处理,处理方法为二次固化或机械加工。2.根据权利要求1所述的基于3D打印的电导率梯度聚合物绝缘子制造方法,其特征在于,所述低电导率聚合物材料为电导率10–16~10–8S/m且适用于3D打印的高分子材料。3.根据权利要求1所述的基于3D打印的电导率梯度聚合物绝缘子制造方法,其特征在于,所述低电导率聚合物材料为光敏树脂、聚乳酸、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚碳酸酯、聚苯砜或尼龙。4.根据权利要求1所述的基于3D打印的电导率梯度聚合物绝缘子制造方法,其特征在于,高电导率聚合物材料的制备方法为:将高电导率填料以相对于基体聚合物一定的质量比例,填充于低电导率聚合物材料中,得到电导率10–6~102S/m的高电导率聚合物材料;所述高电导率填料为:金属系填料、金属氧化物系填料、无机非金属填料或导电聚合物填料。5.根据权利要求4所述的基于3D打印的电导率梯度聚合物绝缘子制造方法,其特征在于,所述的金属系填料为金、银、铜、镍、镍合金、铝、镁中一种或多种的复合,填料形态为粉末状、鳞片状或纤维状,填充质量百分比控制在10%以下。6.根据权利要求4所述的基于3D打印的电导率梯度聚合物绝缘子制造方法,其特征在于,所述的金属氧化物系填...
【专利技术属性】
技术研发人员:张冠军,李文栋,杨庆浩,穆海宝,邓军波,刘哲,李晓冉,
申请(专利权)人:西安交通大学,
类型:发明
国别省市:陕西;61
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