具有抗电树性能的电力电缆绝缘老化修复液及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种具有抗电树性能的电力电缆绝缘老化修复液及其制备方法与应用，该修复液组分以重量份数计包括：硅氧烷88～99.6份；催化剂0.3～2份；抗氧剂0.1～10份，抗氧剂为4

【技术实现步骤摘要】
具有抗电树性能的电力电缆绝缘老化修复液及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于电缆修复
，具体涉及一种具有抗电树性能的电力电缆绝缘老化修复液及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]交联聚乙烯(XLPE)电缆由于其优异的电气、机械性能而被广泛使用，但由于现代工艺的限制，电缆在制造、敷设及运行过程中不可避免地会在绝缘层留下一些气隙、裂纹等微观缺陷，在电场作用下裂纹进一步发展形成电树枝，对绝缘产生无法逆转的破坏，最终导致绝缘击穿。国内外研究者对电树枝引发与生长进行了大量的研究，目前电树枝引发理论主要为电
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机械理论、电致发光引起的光降解理论和电荷的注入和抽出理论。电
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机械理论认为在交变电场作用下，材料持续受到电
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机械应力(Maxwell应力)作用，聚合物中分子链因为应力疲劳而发生断裂形成微孔与裂纹，在强电场作用下微孔中产生局部放电，微孔与裂纹进一步发展形成电树枝。研究者们对聚乙烯(PE)样本进行电树枝引发实验，在电树枝潜伏期间在针尖处观察到了电致发光现象，电致放光产生紫外光，聚合物的分子链在紫外光作用下受到高能辐射变为激发态，由激发态分解出自由基，与氧气反应发生自动氧化链式反应，分子链大量断裂形成微孔，在强电场作用下微孔发展成为电树枝。电荷的注入和抽出理论认为，在电树枝的潜伏期，电子在注入和抽出的过程中得到加速形成“热电子”，其碰撞聚合物的分子链导致分子链断裂，产生自由基，自由基在氧气的作用下发生自氧化链式反应，导致分子链大量断裂在聚合物内形成微孔，在电场作用下微孔进一步发展最终形成电树枝。研究者们在工业运行电缆中发现了由水树枝引发电树枝的现象，电缆在潮湿的运行环境下首先在电缆中生长出水树枝，在水树区域将造成局部电场力集中最终在水树区域生长出电树枝。
[0003]为了抑制电缆中电树枝的产生提高电缆的使用寿命，人们采用了大量方法，如提高电缆制造工艺、在电缆料中添加电压稳定剂等方法。随着“干法交联”与“三层共挤”技术的应用，XLPE绝缘层内的微孔数量下降了99％，微孔直径减小了90％。进一步通过提高电缆的制造工艺难以有效提高对电缆绝缘性能且成本较大。因此，人们开始通过在电缆料中添加电压稳定剂来提高电缆的电树枝引发电压，电压稳定剂的主要作用为抑制电缆的电老化，电缆中电老化主要表现形式为电树枝的产生，即电压稳定剂的作用主要为提高XLPE电缆的电树枝引发电压。从二十世纪六十年代至今，国内外研究者对电压稳定剂展开了大量的研究，研究表明电缆中添加电压稳定剂能大幅提高电缆的电树枝引发电压，抑制聚合物的电老化，延长电缆的运行寿命。不同类型的电压稳定剂作用于XLPE电树枝引发的不同阶段，例如：(1)具有较高电子亲和能的电压稳定剂可以捕获热电子，削弱热电子的能量，减少其对聚合物分子链的破坏，抑制电树枝的产生；(2)自由基清除类电压稳定剂可以清除聚合物中的自由基，抑制自动氧化链式反应从而抑制电树枝的产生，比如抗氧剂或光稳定剂。
[0004]随着研究者对电压稳定剂的进一步研究，发现小分子电压稳定剂在聚合物中较容
易迁出，为了解决电压稳定剂易迁出这一弱点，主流的解决方法为高分子量化法(Englund V，Huuva R，Gubanski S M，et al.High efficiency voltage stabilizers for XLPE cable insulati on[J].Polymer Degradationand Stability，2009，94(5)：823
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833)、固载法(Kato H，Mae kawa N，Inoue S，e tal.Effect and mechanism of some new voltage stabilizers forcross
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lin ked polyethylene insulation[C]//Conferenceon Electrical Insulation&Dielectric Phenomena Report.IEEE，2016.)、接枝法(董伟.具有抗迁出特性的苯乙酮—聚乙烯绝缘材料制备与电性能研究[D].2019.)和插层组装(冯拥军，姜瑜，李殿卿，等.一种超分子插层结构聚合物抗氧剂[P].中国专利：CN201210312887.9，2012
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28.)四种方法。高分子量化法就是增大电压稳定剂的相对分子质量，减缓其迁移出聚合物；固载法是将小分子电压稳定剂与无机粒子反应生成“纳米
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电压稳定剂”，提高电压稳定剂的分散性和耐迁移性；接枝法就是将电压稳定剂通过反应接枝到聚合物分子链上，减缓其迁移出聚合物；插层组装技术是将抗氧剂分子作为客体，构造大分子复合型抗氧剂。
[0005]但是，上述方法均在电缆制造过程中将电压稳定剂与聚乙烯颗粒混合后，经过交联过程得到成型电缆，用于抑制电树枝的产生，电缆投入运行后，在中短期内，这些电压稳定剂能够起到较好的效果，但是随着电缆运行年限的增加，一方面会有部分电压稳定剂逐渐从绝缘层中流失，另一方面会因为其参加各种反应而被消耗，最终会使绝缘层中的电压稳定剂低于有效浓度，使电缆的老化速度增加、电树引发电压下降，更有可能发生击穿事故。并且交联过程的温度能够高达280摄氏度，许多高效的电压稳定剂由于高温易分解或易挥发等原因难以投入实际应用。针对投入运行后的电缆，进行电压稳定剂的补充以抑制绝缘劣化和电树枝引发，能够有效延长电缆的运行寿命，减少更换电缆所需耗费的人力物力财力，但是目前相关研究很少，特别是在注入后电压稳定剂的长期效果方面，有待开发长效和高效的新一代电力电缆修复液。

技术实现思路

[0006]针对上述现有技术中暂无技术能对投入运行后的电缆进行电压稳定剂补充的问题，本专利技术的目的在于提供一种具有抗电树性能的电力电缆绝缘老化修复液及其制备方法，该修复液可修复水树老化区域，并补充绝缘层中已流失的电压稳定剂，提高电树引发电压和绝缘击穿电压，抑制绝缘劣化和电树枝引发，增强电缆耐电性能，提升老化电缆的抗电树性能，修复长效性能更显著，延长电缆寿命；同时具有修复液制备简单、安全稳定、效果好、成本低、施工便捷等优点。
[0007]本专利技术的另一目的旨在提供上述具有抗电树性能的电力电缆绝缘老化修复液在电力电缆绝缘老化修复中的应用。
[0008]本专利技术的基本思路是：在现有的硅氧烷修复液的基础上添加电压稳定剂，一方面消除老化电缆中的水分，并通过填充老化产生的微观孔洞能够改善局部电场分布，缓和电场畸变，从而修复水树老化区域、抑制绝缘劣化和电树枝引发，另一方面补充已经流失的电压稳定剂，进一步提升老化电缆的抗电树性能。针对本专利技术的上述目的，基于前述基本思路，本专利技术提供的具有抗电树性能的电力电缆绝缘老化修复液，其组分以重量份数计包括：
[0009]硅氧烷
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88～99.6份；
[0010]催化剂
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有抗电树性能的电力电缆绝缘老化修复液，其特征在于：所述修复液组分以重量份数计包括：硅氧烷
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88～99.6份；催化剂
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0.3～2份；抗氧剂
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0.1～10份；所述抗氧剂为4
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(二甲氧基甲基甲硅烷基)丙基]
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2，6二叔丁基苯酚、抗氧剂1010、抗氧剂1076和抗氧剂168中的至少一种。2.根据权利要求1所述的具有抗电树性能的电力电缆绝缘老化修复液，其特征在于：所述修复液组分以重量份数计包括：硅氧烷
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97.5～99.5份；催化剂
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0.4～1.5份；抗氧剂
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0.1～1份。3.根据权利要求2所述的具有抗电树性能的电力电缆绝缘老化修复液，其特征在于：所述修复液组分以重量份数计包括：硅氧烷
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98.3～99.1份；催化剂
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0.5～1.0份；抗氧剂
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0.4～0.7份。4.根据权利要求1至3任一项所述的具有抗电树性能的电力电缆绝缘老化修复液，其特征在于：所述催化剂为钛酸酯、十二烷基苯磺酸、氢氧化钠、氢氧化钾、盐酸和硝酸中的至少一种。5.根据权利要求1至3任一项所述的具有抗电树性能的电力电缆绝缘老化修复液，其特征在于：所述钛酸酯为钛酸四异丙酯、钛酸四异丁酯、异丙基三钛酸酯或异丙基二辛基焦磷酸酰氧基钛酸酯中的至少一种。6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：项剑波，李诗雨，周凯，徐庆文，陈诗佳，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：